做和重型高精度回转顶尖及在滚齿机上的应用

重型高精度回转顶尖及在滚齿机上的应用

1 引言

大螺旋角宽斜人字齿轮的齿向精度是决定其啮合时齿长方向接触长度和接触区稳定性的重要精度指标。在滚齿加工中，机床尾座顶尖的径向圆跳动是影响被加工齿轮齿向精度的一项关键因素。作为一类机床附件产品，顶尖已形成了标准系列规格。根据其结构形式，大体可分为固定顶尖和回转顶尖两大类。固定顶尖结构简单、精度较高、承载能力强，多用于对定位精度要求较高的回转切削加工中，但使用时易发生研死、拉毛等现象，从而破坏其定位精度。回转顶尖的高速转动性能好、不易研死、定位可靠，但定位精度和像大多数中小型企业承载能力不如固定顶尖，多用于高转速、低精度的回转切削加工中。P60S 滚齿机主要用于加工重型高精度齿轮，工作转速较低，加工精度要求高，且被加工齿轮的结构尺寸和自重很大。因此，该机床所用顶尖应兼具高精度、高承载能力的综合优点。为此，我们研制了重型高精度回转顶尖，并在P60S 滚齿机上成功实现了加工应用。

图1 重型高精度回转顶尖结构

2 顶尖径向跳动和支撑刚度分析

重型高精度回转顶尖的结构如图1所示。

顶尖径向跳动影响因素分析

轴承结构的影响

由于回转顶尖的前支撑精度对顶尖径向圆跳动的影响程度大于后支撑精度，因此设计顶尖时应重点考虑前支撑精度。普通回转顶尖大多采用单列球轴承结构，其支撑形式可简化为两点支撑(见图2a)。前支撑的径向跳动误差d与顶尖径向跳动y的关系为

y=(a+b)d/b (1)

(a)单列球轴承结构

(b)双列圆柱滚子轴承结构

图2 轴承结构对顶尖径向跳动的影响

重型高精度回转顶尖的前支撑采用双列圆柱滚子轴承结构，由于滚子与滚道为双列线接触，且有足够支撑宽度，因此在跨距/轴径比小于3时，可视为三点支撑(见图2b)。前支撑的径向跳动误差d与顶尖径向跳动y的关系为y≈d (2)

显然，采用双列圆柱滚子轴承结构可减小支撑点误差对顶尖径向跳动的影响。

轴承预紧力的影响

回转顶尖前支撑的径向跳动误差为

d=dt+dj+dc (3)

式中：dt——滚动体及轴承内、外圈的弹性变形

dj——轴承的径向间隙

dc实现地区错位、协同发展——滚动体及轴承内、外圈的径向跳动

双列圆柱滚子轴承是通过带锥面的轴承内圈在带锥面的轴径上移动来调节轴承的径向间隙。为实现径向预紧，此类轴承的径向间隙通常取负值(即采用过盈配合)。当预紧力适当时，可使dt、dj两项误差为零，从而使d=dc。因此，通过选用具有适当预紧力的高精度轴承可有效减小顶尖的径向跳动。

轴承定向装配的影响

装配顶尖轴承时，应尽量采用定向装配法，即将轴承内圈的最大径向跳动点与轴承轴心线的最大偏差点置于同一轴向剖面内，但方向相反(见图3)，从而使顶尖的最终径向跳动最小，即dmin=dzj+dnj (4)

图3 定向装配法

配合方案 工序 无负载 静载 加工后

方案Ⅰ 精磨 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.007

-------东华理工大学 那兵 副院长/教授方案Ⅱ 精磨 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.005

粗磨 ≤0.005 ≤0.005 ≤0.005

同理，装配轴承外圈时也可采用相同方法。

轴承外圈与孔的配合称材料冲击值精度的影响

双列圆柱滚子轴承的内孔为锥孔，且可直接安装在带锥度的轴上，其过盈量是由内圈在带锥面的轴上作轴向移动时产生的径向尺寸膨胀量来产生。为此将轴承外圈与孔的配合设计为过渡配合(方案Ⅰ)，但发现据此方案制造的顶尖在精加工后径向跳动变化很大(见表1)，且在旋转中有松紧不匀现象。经过分