CN101168183A - 齿轮精密热滚挤碾机及其加工的方法 - Google Patents

Abstract

齿轮精密热滚挤碾机及其加工的方法属精加工机械设备和工艺技术领域。其目的是提供一种经济实用、误差小、精度高，且适用大批量生产的齿轮精密热滚挤碾机及其加工的方法。其技术要点是：机架跨设在油箱的两侧，其上设置有由液压油缸控制的滑块，滑块上自左向右依次竖向悬吊第一滚齿模传动机构、工件装卸压紧机构和第二滚齿模传动机构；滑块下部两侧对应设置的第一丝杆推进机构和第二丝杆推进机构中的推架，分别对应与第一滚齿模传动机构和第二滚齿模传动机构中的上轴承座和下轴承座连接。与现有工艺和设备相比，本发明更为先进、合理和科学，是一种经济实用、误差小、适用大批量生产的、高效、高精度、无切削的精密齿轮加工设备和工艺。

Description

齿轮精密热滚挤碾机及其加工的方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮精密热滚挤碾机及其加工的方法。

背景技术

齿轮是机械设备中重要的动力传动零件，其应用极为广泛。在国内传统的齿轮加工中，广泛采用的是滚(插)齿-剃齿-热处理-精加工工艺。而要获得高精度的硬齿面齿轮，通常采用精加工的方法有：珩齿、磨齿、硬齿面精剃、硬面齿轮滚齿等。

珩齿虽然效率高、表面质量好、无烧伤，可消除齿轮硬齿面滚、插后其表面的粗糙度及因轻微磕碰而造成的齿面毛刺和划痕，在一定程度上也能纠正齿向和齿形的局部误差，但由于珩磨轮的精度是提高珩齿精度的关键，而高精度珩磨轮的制造与修磨则比较困难，在应用中有一定的局限性。

硬齿面滚齿是一种采用硬质合金滚刀进行硬齿面滚削以修正热处理变形、提高齿轮精度的方法。这种方法在刮削加工过程中，存在刮削力大、振动、刮刀蹦刃等现象，并且刮刀重磨误差大。因此这种方法不适合大批量齿轮生产，一般用来代替粗磨齿以减少精磨齿的磨削余量以提高效率。

硬齿面精剃是一项比较成熟的工艺。以前都用于热处理前的软齿面齿轮精加工。近年来在国内推出了采用硬质合金剃齿刀加工的硬齿面剃齿法，主要用于硬度为HRC50左右的中硬齿面加工，采用单刃型硬质合金剃齿刀加工硬齿面，其切削能力大致相当于普通剃齿刀加工软齿面的能力。但是，剃齿刀在加工时接触压力大，对于齿面硬度高达HRC60左右的齿轮加工，不能采用剃齿法。而且剃齿刀制造复杂，价格较贵，剃前工件的误差对剃齿精度影响很大。

磨齿是获得高精度齿轮最可靠的方法，也是现在获得高精度硬齿面齿轮的主要加工手段。但由于磨齿机价格贵，制造成本高等原因，致使其在齿轮生产中的应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种经济实用、误差小、精度高，且适用大批量生产的齿轮精密热滚挤碾机；本发明的另一个目的是提供一种利用齿轮精密热滚挤碾机对齿轮进行热滚挤加工的方法，它能够在齿轮热处理的过程中，直接加入精加工工序，在齿轮受热的状态下，对其进行热滚挤，使其产生热塑性变形，从而达到提高加工精度和表面质量的目的。

其技术方案是：

一种齿轮精密热滚挤碾机，其特征在于：包括第一滚齿模传动机构、第二滚齿模传动机构、工件装卸压紧机构、升降机构、第一丝杆推进机构、第二丝杆推进机构、油箱和温度控制装置及机架；

第一滚齿模传动机构自上而下由伺服电机、减速器、电磁离合器、过滤连接座、万向联轴器、主轴、上轴承座、滚齿模和下轴承座依次连接构成；

第二滚齿模传动机构自上而下由伺服电机、减速器、万向联轴器、主轴、上轴承座、滚齿模和下轴承座依次连接构成；

工件装卸压紧机构自上而下由气缸或液压缸、芯棒轴承座滑块、芯棒、卸料板、工件和工件轴承座依次连接构成；

升降机构由液压缸、滑块和滑块轨道构成；

第一丝杆推进机构和第二丝杆推进机构分别由伺服电机、减速器、一对锥齿轮、丝杆、丝杆座、丝杆螺母、推架和导轨调节板依次连接构成；

机架跨设在油箱的两侧，升降机构中的滑块安装在机架两侧设置的滑块轨道上，并与固定在机架上的液压缸的活塞杆连接；滑块上自左向右依次竖向悬吊第一滚齿模传动机构、工件装卸压紧机构和第二滚齿模传动机构，且第一滚齿模传动机构和第二滚齿模传动机构中的滚齿模分别对称置于工件的两侧；

滑块下部两侧对应设置第一丝杆推进机构和第二丝杆推进机构，第一丝杆推进机构中的推架的上、下臂分别与第二滚齿模传动机构中的上轴承座和下轴承座连接固定；第二丝杆推进机构中的推架的上、下臂分别与第一滚齿模传动机构中的上轴承座和下轴承座连接固定。

一种利用齿轮精密热滚挤碾机对齿轮进行热滚挤加工的方法，其特征在于其热滚挤的工艺步骤：

A.加热工件，随即快速油淬，得到热力学不稳定的亚稳奥氏体组织；

B.工件在快速油淬过程中与滚齿模展开滚挤，使齿面发生塑性变形，得到所需的尺寸精度和表面精度；

C.工件在低温油中继续滚挤，减少奥氏体稳定化的影响，减少残余奥氏体数量，得到坚硬的马氏体组织，获得高的尺寸稳定性。

其技术效果是：本发明的齿轮精密热滚挤碾机由于采用精密数控四轴联动且各轴独立变速的驱动方式，将齿轮的热处理和精加工、淬火工艺合为一体，因此，使得高精度硬齿面齿轮的生产过程较之现有的珩齿、磨齿、硬齿面精剃、硬面齿轮滚齿等设备，更为先进、合理和科学，是一种经济实用、误差小、适用大批量生产的、高效、高精度、无切削的精密齿轮加工设备。同时，本发明利用齿轮精密热滚挤碾机对齿轮进行热滚挤加工的方法，在齿轮热处理的过程中，直接加入精加工工序，在齿轮受热的状态下，对其进行热滚挤，使其产生热塑性变形，从而获得高精度和表面质量的齿轮，与现有的珩齿、磨齿、硬齿面精剃、硬面齿轮滚齿等加工工艺相比，其大大简化了工艺过程，节省了加工时间，提高了劳动生产率，

附图说明

图1为本发明齿轮精密热滚挤碾机的结构示意图；

图2为滚齿模结构示意图；

图3为齿轮热滚挤加工过程图。

具体实施方式

如图1所示，一种齿轮精密热滚挤碾机，由第一滚齿模传动机构1、第二滚齿模传动机构5、工件装卸压紧机构6、升降机构4、第一丝杆推进机构7、第二丝杆推进机构14、油箱13和温度控制装置及机架2组成。机架跨设在油箱的两侧，升降机构中的滑块42安装在机架两侧设置的滑块轨道上，并与固定在机架上的液压缸41的活塞杆连接。滑块上自左向右依次竖向悬吊第一滚齿模传动机构、工件装卸压紧机构和第二滚齿模传动机构。

第一滚齿模传动机构1自上而下由伺服电机111、减速器112、电磁离合器113、过滤连接座114、万向联轴器115、主轴116、上轴承座117、滚齿模118和下轴承座119依次连接构成。

第二滚齿模传动机构5自上而下由伺服电机、减速器、万向联轴器、主轴、上轴承座、滚齿模和下轴承座依次连接构成。

工件装卸压紧机构6自上而下由气缸或液压缸61、芯棒轴承座滑块62、芯棒63、卸料板64、工件65、工件轴承座66依次连接构成。第一滚齿模传动机构和第二滚齿模传动机构中的滚齿模对称置于工件的两侧。由于在滚齿模与工件对滚挤过程中，工件要产生轴向的塑性延伸，其两侧端面就会出现毛边，为使工件表面光滑平整，在滚齿模的上下两端面上设置有限位轮110(见图2)，从而使齿轮在碾压过程轮坯在轴向的塑性延伸可以得到控制。

滑块下部两侧对应设置有第一丝杆推进机构7和第二丝杆推进机构14。第一丝杆推进机构7由伺服电机、减速器、一对锥齿轮、丝杆、丝杆座、丝杆螺母、推架和导轨调节板依次连接构成。伺服电机71连接减速器72，减速器与锥齿轮73连接，连接在丝杆76上的锥齿轮74与锥齿轮73啮合，丝杆的另一端穿过固定在导轨调节板77端的丝杆座75，与固定在推架79上的丝杆螺母78连接，推架设置在导轨调节板的导轨上，推架的上、下臂分别与第二滚齿模传动机构中的上轴承座和下轴承座连接固定。

第二丝杆推进机构14的结构与第一丝杆推进机构7的结构完全相同。其推架的上、下臂分别与第一滚齿模传动机构1中的上轴承座117和下轴承座119连接固定。

油箱13内设有加热器和油温传感器，油箱内的介质油通过进出管道与设置在油箱外的冷却器、电磁阀和蓄油池及油泵构成回路。当油箱内油温低于所归定的温度下限时，加热器3就开始加温，当油温传感器12显示油温高于所要求的温度上限时，油泵8就开始从蓄油池9中抽取经冷却器11降温过的油注入油箱中，保证工件在恒定温度范围内的油中滚挤，从而也保证了工件尺寸精度的稳定性。

其工作过程及齿轮热滚挤加工方法：见图3，将工件在高频炉中快速加热到900℃左右(不同的材料温度有区别)，使齿面组织奥氏体化(a-b)，取出并夹紧在工件装卸压紧机构6上，升降机构中的液压油缸快速推动滑块下移，滑块带动工件装卸压紧机构上的工件，迅速进入油箱淬火油温为200℃左右的油中冷却(b-c)，并等温保持(c-d)。在等温保持过程中，第二滚齿模传动机构和第一丝杆推进机构7工作，第二滚齿模传动机构的滚齿模作为主动轮，靠近并带动工件转动。第一滚齿模传动机构的滚齿模在第二丝杆推进机构的作用下只作直线运动，作为被动轮靠近工件，当与工件啮合后，第一滚齿模传动机构中的电磁离合器吸合，在伺服电机的控制下开始用相同的速度带动滚齿模转动。这时，第一滚齿模传动机构中的滚齿模与第二滚齿模传动机构的滚齿模同时作为主动轮，既转动又缓慢进给挤压啮合工件，使工件的挤压面塑性变形。同时正、反转，使齿形两侧工作面均匀塑性变形，形成齿轮。由于工件在高温下有膨胀余量，随着温度的不断下降，膨胀量也随着减小，所以第一和第二滚齿模传动机构中的两个滚齿模挤压工件时也应根据膨胀量的变化不断调整进给量。当工件与滚齿模中心距达到规定的距离要求时，第一和第二丝杆推进机构随即停止直线进给，并在恒定温度范围的低温油中(c-d)，加速第一和第二滚齿模传动机构的滚齿模正、反转动速度，使齿轮达到高质量的齿面组织性能和高精度几何形状。然后，第一和第二滚齿模传动机构停止转动，第一和第二丝杆推进机构反向退出，使两个滚齿模同时脱离工件，升降机构中的液压油缸带动滑块上升复位。工件装卸压紧机构中的气缸或液压缸也带动芯棒和工件上升复位，上升过程中工件碰撞卸料板64，脱离芯棒，取下工件，修正滚挤由于材料流动在齿顶产生的卷边，就完成了工件的精加工。

Claims (4)

1.一种齿轮精密热滚挤碾机，其特征在于：包括第一滚齿模传动机构(1)、第二滚齿模传动机构(5)、工件装卸压紧机构(6)、升降机构(4)、第一丝杆推进机构(7)、第二丝杆推进机构(14)、油箱(13)和温度控制装置及机架(2)；

第一滚齿模传动机构(1)自上而下由伺服电机、减速器、电磁离合器、过滤连接座、万向联轴器、主轴、上轴承座、滚齿模和下轴承座依次连接构成；

第二滚齿模传动机构(5)自上而下由伺服电机、减速器、万向联轴器、主轴、上轴承座、滚齿模和下轴承座依次连接构成；

工件装卸压紧机构(6)自上而下由气缸或液压缸、芯棒轴承座滑块、芯棒、卸料板、工件和工件轴承座依次连接构成；

升降机构(4)由液压缸、滑块和滑块轨道构成；

第一丝杆推进机构(7)和第二丝杆推进机构(14)分别由伺服电机、减速器、一对锥齿轮、丝杆、丝杆座、丝杆螺母、推架和导轨调节板依次连接构成；

机架(2)跨设在油箱(13)的两侧，升降机构中的滑块(42)安装在机架两侧设置的滑块轨道上，并与固定在机架上的液压缸(41)的活塞杆连接；滑块上自左向右依次竖向悬吊第一滚齿模传动机构(1)、工件装卸压紧机构(6)和第二滚齿模传动机构(5)，且第一滚齿模传动机构和第二滚齿模传动机构中的滚齿模分别对称置于工件的两侧；

滑块下部两侧对应设置第一丝杆推进机构(7)和第二丝杆推进机构(14)，第一丝杆推进机构中的推架的上、下臂分别与第二滚齿模传动机构(5)中的上轴承座和下轴承座连接固定；第二丝杆推进机构中的推架的上、下臂分别与第一滚齿模传动机构(1)中的上轴承座(117)和下轴承座(119)连接固定。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮精密热滚挤碾机，其特征在于：所述第一滚齿模传动机构(1)和第二滚齿模传动机构(5)中的滚齿模的上下两端面上设置有限位轮(110)。

3.根据权利要求1所述的一种齿轮精密热滚挤碾机，其特征在于：所述油箱(13)内设有加热器(3)和油温传感器(12)，油箱内的介质油通过进出管道与依次设置在油箱外的冷却器、电磁阀和蓄油池及油泵构成回路。

4.一种利用齿轮精密热滚挤碾机对齿轮进行热滚挤加工的方法，其特征在于其热滚挤的工艺步骤：

A.加热工件，随即快速油淬，得到热力学不稳定的亚稳奥氏体组织；

B.工件在快速油淬过程中与滚齿模展开滚挤，使齿面发生塑性变形，得到所需的尺寸精度和表面精度；

C.工件在低温油中继续滚挤，减少奥氏体稳定化的影响，减少残余奥氏体数量，得到坚硬的马氏体组织，获得高的尺寸稳定性。

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