CN102303219B - 大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，包括以下步骤：一）渗碳－淬火前的粗加工；二）渗碳－淬火后的半精加工；三）最后的精加工；步骤二）所述的半精加工，使用数控车床采用陶瓷刀片车削齿形两侧面，保证齿厚单面留量为0.18～0.22mm；步骤三）所述的精加工，使用数控车床采用数控外径切槽刀杆和刀片，控制切削速度和进给量分别控制在48.25米/分和5丝/转以下。本发明扩大了数控车床的加工范围，提高了工艺水平和操作能力并降低了成本，缩短了生产周期。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，特别涉及一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法。
背景技术
刀轴即刀具主轴，它是所有机床重要的关键件之一。根据插齿机的插齿原理，插齿机的刀轴结构必须满足机床的运动要求。插齿机刀轴既做旋转运动，同时又做上下往复运动，而刀轴的上下往复运动是由扇形齿轮带动刀轴蜗杆形成的。与扇形齿轮相啮合的刀轴蜗杆齿形的精度如何，将直接影响被加工齿轮的质量。所以刀轴的蜗杆齿形的加工精度很关键。
目前，蜗杆齿形的机加工工序主要有：1）渗碳－淬火前的粗加工；2）渗碳－淬火后的半精加工和精加工。粗加工用普通车床加工，而半精加工和精加工是用螺纹磨经两次螺磨加工而成，且两次螺磨之间还有万磨－定性―车―加工中心―钳―超精磨等工序。插齿机刀轴的机加工工序长、工艺复杂。就蜗杆齿形渗碳－淬火后的精加工来说，螺纹磨加工刀轴蜗杆齿形难度很大，因为刀轴蜗杆的螺旋角等于零，与磨削螺纹、丝杠不同，不能连续加工，磨削时工作台不动只能一个齿面磨削后移动工作台再进行下一个齿面的磨削。这样一来，满足蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差为±0.02的要求对操作者确实是一个考验。
随着军工、风电、矿山等行业的需求，齿轮机床必须向大型、精密、高速发展。机床的大型化，带来零件的尺寸、重量加大，具备这种大型、精密加工能力的企业、人员又不多，现有螺纹磨机床S7332（L1500、φ320）已满足不了加工要求。所以大型零件特别是重要件、关键件及关键工序等的机加工就受到严重挑战。因此，如何应用新工艺新技术进行技术创新就迫在眉睫。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形加工方法，该方法以车代磨，有效地利用了现有设备，扩大了数控车床的加工范围，提高了工艺水平和操作能力，并降低了成本，缩短了生产周期。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，包括以下步骤：
一）渗碳－淬火前的粗加工；
二）渗碳－淬火后的半精加工；
三）最后的精加工；
步骤一）所述的粗加工，控制齿厚单面留量为0.35～0.45㎜，控制蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差在0.1以内；
步骤二）所述的半精加工，使用数控车床采用陶瓷刀片车削齿形两侧面，保证齿厚单面留量为0.18～0.22㎜；
步骤三）所述的精加工，使用数控车床采用数控外径切槽刀杆和刀片，控制切削速度和进给量分别控制在48.25米/分和5丝/转以下，用刀片右侧刃部按螺距车削齿形左侧至最终要求尺寸，所有齿形左侧一次切削，不可断刀；保持工件不动，再用刀片左侧刃部按螺距车削齿部右侧至最终要求尺寸，所有齿形右侧一次切削，不可断刀。
步骤一）所述的粗加工采用车床完成。
在进行步骤一）所述的粗加工前，先找正刀轴，使其外圆对中心孔的同轴度不大于0.05mm。
在进行步骤二）所述的半精加工前，先找正刀轴，使其两端外圆跳动允差不大于0.03mm。
在进行步骤三）所述的精加工前，先找正刀轴，使其两端外圆及中间各处跳动允差不大于0.002mm。
本发明具有的优点和积极效果是：用数控车床代替螺纹磨的新工艺实施后，刀轴的蜗杆齿形经检验：与相啮合的扇形齿轮配接触区可达到90％以上，粗糙度、蜗杆螺牙的径向跳动允差和蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差及各项指标均达到设计要求。这种新的加工方法不但解决了没有大型螺纹磨的难题，同时也有效地利用了现有设备，扩大了数控车床的加工范围，提高了工艺水平和操作能力并降低了成本，缩短了生产周期。
附图说明
图1是采用本发明加工的刀轴示意图；
图2是图1刀轴齿形结构局部剖1:1示意图；
图3是粗车留磨齿形样板结构示意图；
图4是图3的A-A局部剖视图；
图5是刀轴蜗杆齿形与扇形齿轮的啮合示意图。
图中：1、粗车留磨齿形样板，2、粗车留磨齿形样板校对板，3、刀轴，4、扇形齿轮。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1～图5。
一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，被加工的大型插齿机刀轴尺寸、参数及技术要求是：1）材质：20Cr；热处理：S0.9～C59（螺纹除外）；2）总长：1860±0.5；蜗杆长度572；牙数22；最大直径192； 3）蜗杆齿形的主要参数：螺旋角0°、蜗杆法向模数8、啮合角15°、轴向节距25.133、节圆直径176、精度等级6－D6、相啮合轮齿数78；4）对蜗杆齿形的技术要求：a、蜗杆螺牙的径向跳动允差0.017；b、蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差为±0.02。刀轴零件的机加工工艺很复杂不算毛坯准备还有二十六道工序，其中图1、图2所示刀轴的蜗杆齿形，涉及它的机加工工艺有三道工序。一是渗碳－淬火前的齿形粗加工；二是渗碳－淬火后的半精加工；三是精加工。
一、粗加工
齿形的粗加工是在刀轴粗车-正火后进行的，其粗加工就是蜗杆齿形的开槽。刀轴的材质是20Cr，经过渗碳－淬火热处理后齿面硬度很高且硬度值随深度而降低，为确保齿面硬度要求，渗碳－淬火前的粗加工的齿厚留量就要严格控制必须适量合理。留量大，渗碳层被加工掉齿面硬度下降达不到要求。留量小，渗碳－淬火后齿面变形机加工没有量。众所周知车床与磨床不同，加工量太小无法进刀，但为达到要求粗加工时，齿厚的留量与原工艺必须一样。为了最后的精加工，粗加工就要打好基础，对齿形的尺寸公差、形位公差和精度等加以控制。在进行粗加工前，先使用普通车床或数控车床找正刀轴，使其外圆对中心孔的同轴度在0.05以内；车削齿形齿厚至13.3＋0.1，齿厚单面留量0.40±0.05㎜，并用图3和图4所示的留磨齿形样板1检验啮合角为15°，在留磨齿形样板1使用前，应经粗车留磨齿形样板校对板2验证，将蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差控制在0.1以内，注意：测齿厚时外圆要有余量。
二、半精加工
粗加工对齿形的尺寸公差、形位公差等加以控制，为精加工打下了良好的基础。因渗碳－淬火后齿面硬度很高一般刀具无法加工，从经济效益上考虑使用数控车床采用陶瓷刀片加工。在进行半精加工前，先找正刀轴，使其两端外圆跳动不大于0.03mm，车削齿槽，使齿厚两侧面距离为12.9＋0.1，齿厚单面留量为0.20±0.02㎜。
三、精加工
此序最关键，所有的误差都需要在此序消除。要满足图纸要求达到加工精度，陶瓷刀片已经满足不了要求。为此使用数控车床采用适于切削淬火后硬度为HRC60的特殊切槽刀杆和刀片-数控外径切槽刀杆和刀片，切槽刀杆的型号为：KGMR2525M－6T30，切槽刀片的型号为GMN6 KBN10B。在进行精加工前，先找正刀轴，使其外圆两端及中间各处跳动允差不大于0.002。用切槽刀片右侧刃部按螺距车削齿部左侧至要求，所有齿形左侧一次切削不可断刀；保持工件不动，用刀片左侧刃部按螺距车削齿部右侧至要求，所有齿形右侧一次切削不可断刀；加工时，将切削速度和进给量分别控制在48.25米/分和5丝/转以下，以此来提高齿面粗糙度。
参阅图5，为保证刀轴3上下往复运动平稳，以与其相啮合的扇形齿轮4的齿面为基准，配接触区并编相同号成对入库。测量齿厚时注意外圆留量保证技术要求。
经检验，刀轴的蜗杆齿形与相配扇形齿轮配接触区可达到90％以上。蜗杆螺牙的径向跳动允差小于0.017；蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差在±0.02以内，粗糙度和各项指标均达标，得到了预期的效果。
本发明以车带磨工艺与原工艺工序相同只是改变了加工设备，将半精加工和精加工的螺纹磨改为数控车。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，包括以下步骤：
一）渗碳－淬火前的粗加工；
二）渗碳－淬火后的半精加工；
三）最后的精加工；
其特征在于，
步骤一）所述的粗加工，控制齿厚单面留量为0.35～0.45㎜，控制蜗杆螺牙轴向齿距的累积误差在0.1以内；
步骤二）所述的半精加工，使用数控车床采用陶瓷刀片车削齿形两侧面，保证齿厚单面留量为0.18～0.22㎜；
步骤三）所述的精加工，使用数控车床采用数控外径切槽刀杆和刀片，控制切削速度和进给量分别控制在48.25米/分和5丝/转以下，用刀片右侧刃部按螺距车削齿形左侧至最终要求尺寸，所有齿形左侧一次切削，不可断刀；保持工件不动，再用刀片左侧刃部按螺距车削齿部右侧至最终要求尺寸，所有齿形右侧一次切削，不可断刀。
2.根据权利要求1所述大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，其特征在于，步骤一）所述的粗加工采用车床完成。
3.根据权利要求2所述大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，其特征在于，在进行步骤一）所述的粗加工前，先找正刀轴，使其外圆对中心孔的同轴度不大于0.05mm。
4.根据权利要求3所述大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，其特征在于，在进行步骤二）所述的半精加工前，先找正刀轴，使其两端外圆跳动允差不大于0.03mm。
5.根据权利要求4所述大型插齿机刀轴的蜗杆齿形的加工方法，其特征在于，在进行步骤三）所述的精加工前，先找正刀轴，使其两端外圆及中间各处跳动允差不大于0.002mm。
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