CN103071741A - 准双曲面齿轮摆辗加工装置及加工准双曲面齿轮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及准双曲面齿轮摆辗加工装置及加工准双曲面齿轮的方法，包括安装于机床主轴上绕机床主轴公转、并绕自身轴线自转的摆辗头，机床主轴轴线与摆辗头的自转轴线之间的夹角为2度～15度，机床工作台上设置有用于在加工时安装待加工齿轮的回转工作台，回转工作台的轴线与待加工齿轮轴线重合，回转工作台能够准确分度以便对待加工齿轮进行逐个齿加工，回转工作台的回转轴线与机床主轴之间的夹角与待加工齿轮的根锥角互为余角，摆辗头上安装有齿形模具，齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头自转轴线旋转一周形成的环形回转体。本发明适于准双曲面齿轮的加工，所需的摆辗驱动力小，对装置冲击小，能够提高装置加工精度稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种准双曲面齿轮摆辗加工装置及加工准双曲面齿轮的方法。
背景技术
准双曲面齿轮以其减速比大、体积小而被广泛应用于汽车驱动桥的主减速传动中，准双曲面齿轮传动失效会造成行驶中断甚至出现事故。载重汽车驱动桥齿轮易断齿、可靠性差等因素已经严重影响着国产汽车的竞争力和信誉度。准双曲面齿轮传统的加工方法都是采用切削去除材料的方法，如范成法或成形法切削，齿形表面会留下刀痕，在齿面和齿根部位形成应力集中，易形成疲劳裂纹甚至折断，因此对准双曲面齿轮进行少、无切削加工和抗疲劳制造研究尤为重要。抗疲劳制造技术是指在不改变零件材料和截面尺寸的前提下，通过在制造过程中改变材料的组织及应力分布状态来提高零件的疲劳寿命。
冷摆辗工艺又称回转锻造或轴向轧制，它是采用锥体模在工件轴向端面上局部接触并加压滚动，使工件连续变形的成形方法。冷摆辗工艺是在冷摆辗机上实现的，常用的冷摆辗机包括安装在机床主轴上绕机床主轴公转并绕自身轴线自转作摆动辗压运动的锥形摆辗头，还包括安装在机床工作台上的下模，坯料装夹于下模中，随下模一起在气缸的作用下仅沿轴向做进给运动，下模轴线与机床主轴轴线重合。采用摆动辗压进行齿轮的加工，可以改变齿轮纤维组织流向，提高齿轮抗疲劳性能。授权公告号为CN 2743058Y的中国专利申请公开了一种振动摆动辗压装置，是在常规的摆辗装置中加入周期性变化的振动系统，从而完成振动与摆动辗压的结合，减小锻坯塑性变形所需的摆辗力，但是现有的摆动辗压装置不适用于加工准双曲面齿轮。
发明内容
本发明提供一种适于加工准双曲面齿轮的摆辗加工装置。本发明还提供一种加工准双曲面齿轮的方法。
为解决上述问题，本发明中加工准双曲面齿轮的摆辗加工装置采用的技术方案是：
准双曲面齿轮摆辗加工装置，包括安装于机床主轴上绕机床主轴公转、并绕自身轴线自转的摆辗头，所述机床主轴轴线与所述摆辗头的自转轴线之间的夹角为2度～15度，机床工作台上设置有用于安装待加工齿轮的回转工作台，所述回转工作台的轴线与待加工齿轮轴线重合，所述回转工作台能够准确分度以便对待加工齿轮进行逐个齿加工，所述回转工作台的回转轴线与所述机床主轴之间的夹角与待加工齿轮的根锥角互为余角，所述摆辗头上安装有齿形模具，所述齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周形成的环形回转体。
所述的回转工作台是数控转台或机械式转台。
本发明中加工准双曲面齿轮的方法采用的技术方案是：
加工准双曲面齿轮的方法，包括以下步骤：
步骤一，在回转轴线与待加工齿轮轴线重合的回转工作台上安装待加工齿轮，调节回转工作台回转轴线的倾斜角度，使机床的主轴轴线与回转工作台上装配的待加工齿轮轴线之间的夹角为待加工齿轮根锥角的余角；调整装配有齿形模具的摆辗头，使摆辗头的自转轴线与机床主轴轴线之间的夹角为2度～15度，所述齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周形成的环形回转体；
步骤二，由摆辗头带动其上的齿形模具绕机床主轴轴线公转摆动，同时绕自身轴线自转，保持摆辗头上安装的齿形模具与待加工齿轮的理论齿面形成瞬时线接触，摆辗头带动其上的齿形模具连续摆动辗压迫使轮齿不断塑性变形直至一个齿槽形成；完成一个齿槽的摆辗加工后旋转回转工作台使齿形模具与下一个齿的齿槽对中，重复上述摆辗加工过程，直至完成整个齿轮轮齿的加工。
所述的回转工作台是数控转台或机械式转台。
所述齿形模具在摆辗加工时与待加工齿轮的理论齿面瞬时接触线所形成的包络曲面与使用成形法磨齿加工准双曲面齿轮所使用的砂轮形状相同。
本发明提出的准双曲面齿轮摆辗加工装置及加工准双曲面齿轮的方法，当机床主轴上安装的摆辗头绕机床主轴轴线公转并绕自身轴线自转时，对安装在回转工作台上的待加工齿轮进行加工，由于回转工作台的回转轴线与机床主轴之间具有与待加工齿轮的根锥角互为余角的夹角，因此，当摆辗头对待加工齿轮进行加工的时候，可以加工出符合设计要求的准双曲面齿轮，通过回转工作台的分度，可实现待加工齿轮的逐个轮齿的加工。该装置适用于加工准双曲面齿轮，所需的摆辗驱动力较小，因此对摆辗装置的冲击小，能有效的保证了摆辗装置加工精度和稳定性。
特别需要说明的是，采用数控回转台或者机械式回转工作台进行分度控制，加工定位准确，加工精度高。
附图说明
图1 是本发明中准双曲面齿轮摆辗加工装置的一种实施例的结构示意图；
图2是图1所示实施例的摆辗头和齿形模具的结构及运动示意图；
图3是本发明中采用摆辗加工装置加工准双曲面齿轮的方法的实施例的加工坐标系图。
具体实施方式
本发明中准双曲面齿轮摆辗加工装置的一种实施例如图1～图2所示，下面结合附图对其进行详细说明：
将摆辗头1装夹于机床主轴上，所述摆辗头为锥形，齿形模具2镶嵌在摆辗头1上，摆辗头1与齿形模具2的形状如图2所示，齿形模具2为与待加工齿轮齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周所形成的环状回转体，摆辗头带动其上的齿形模具绕机床主轴轴线公转摆动并绕自身轴线自转，锥形摆辗头的轴线与机床主轴A轴的夹角γ为7度，机床工作台上设置有轴线可倾斜的回转工作台，所述回转工作台的轴线与待加工齿轮轴线重合，所述回转工作台能够准确分度以便对待加工齿轮进行逐个齿加工，所述回转工作台的回转轴线与所述机床主轴之间的夹角与待加工齿轮的根锥角互为余角，加工时，齿形模具2在与待加工准双曲面齿轮4接触处理论上是线接触，摆辗头带动齿形模具摆动而使齿形模具与待加工准双曲面齿轮4的齿槽之间的接触线包络面是垂于A轴的梯形圆环，相当于一个梯形砂轮磨削加工准双曲面齿轮4。由于齿形模具2与待加工准双曲面齿轮4理论上是线接触，因此接触面积小，减小加工所需的摆辗力，从而减小装置所需的驱动动力，挤压时冲击小，有效保证装置加工精度的稳定性。
本实施例中的回转工作台可以采用数控转台或机械式转台。
本发明中采用上述摆辗加工装置加工准双曲面齿轮的方法的实施例如图1～3所示，下面结合附图进行详细说明：
按照如图3所示的加工坐标系，在待加工齿轮为右旋时，摆辗头中心线位于平面Z0=0的第一象限，当待加工齿轮为左旋时其位于第四象限。本实施例以大轮右旋为例将齿形模具和待加工齿轮安装在上述所述摆辗装置中：（1）摆辗装置机床坐标系为O0X0Y0Z0，其原点O0位于机床中心，平面Z0=0位于机床平面内；（2）根据成形法磨齿加工齿轮的加工调整参数，确定成形法磨齿加工齿轮时的砂轮坐标系OcXcYcZc，即砂轮中心Oc与O0在X方向偏离H2（水平刀位），在Y方向偏离V2（垂直刀位），（3）根据砂轮坐标系以及使齿形模具与砂轮加工齿轮具有相同轨迹的前提下，确定摆辗头及齿形模具坐标系OdXdYdZd，其原点Od即为锥形摆辗头的锥顶点，它相对于砂轮中心Oc在－Xc方向上偏移距离L，在－Zc方向上偏移距离N，坐标轴Zd相对于坐标轴Zc顺时针方向偏斜7度；（4）确定待加工齿轮坐标系O2X2Y2Z2，使得待加工齿轮中心O2与O0间距离为△X2（水平轮位修正量），并且保持O0X0与O0X2之间的夹角γ2为被加工齿轮的根锥角。
根据上述方法确定各坐标系位置进行装夹定位后开始摆辗加工准双曲面齿轮，按照以下步骤进行摆辗加工：（1）在回转轴线与待加工齿轮轴线重合的回转工作台上安装待加工齿轮，并调节回转工作台回转轴线的倾斜角度，使机床的主轴轴线与回转工作台（图中未显示）上装配的待加工齿轮轴线之间的夹角为待加工齿轮根锥角的余角；调整装配有齿形模具的摆辗头，使摆辗头的自转轴线B轴与机床主轴A轴轴线之间的夹角γ为7度，γ角即为摆辗头的摆角，所述齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周形成的环形回转体； （2）由摆辗头带动其上的齿形模具绕机床主轴轴线公转摆动，同时绕自身轴线自转，保持摆辗头上安装的齿形模具与待加工齿轮的理论齿面形成瞬时线接触，摆辗头带动其上的齿形模具连续摆动辗压迫使轮齿不断塑性变形直至一个齿槽形成；完成一个齿槽的摆辗加工后旋转回转工作台使齿形模具与下一个齿槽对中，重复上述摆辗加工过程，直至完成整个齿轮轮齿的加工。
在上述摆辗加工准双曲面齿轮的过程中，齿形模具2与待加工准双曲面齿轮4的理论齿面为瞬时线接触，摆辗头1带动齿形模具2旋转摆动时与待加工准双曲面齿轮4的齿槽之间的接触线形成的包络面与采用成形法磨齿加工所需的砂轮形状完全重合，保证了辗压的精度和质量。
本实施例中的回转工作台可以采用数控转台或机械式转台。
在本实施例中锥形摆辗头的轴线与机床主轴A轴的夹角γ为7度，在本发明的其他实施例中可根据摆辗机的规格和被加工齿轮的节锥距取2度、15度或2度～15度之间的任意值。
Claims (5)
1.准双曲面齿轮摆辗加工装置，包括安装于机床主轴上绕机床主轴公转、并绕自身轴线自转的摆辗头，其特征在于：所述机床主轴轴线与所述摆辗头的自转轴线之间的夹角为2度～15度，机床工作台上设置有用于安装待加工齿轮的回转工作台，所述回转工作台的轴线与待加工齿轮轴线重合，所述回转工作台能够准确分度以便对待加工齿轮进行逐个齿加工，所述回转工作台的回转轴线与所述机床主轴之间的夹角与待加工齿轮的根锥角互为余角，所述摆辗头上安装有齿形模具，所述齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周形成的环形回转体。
2.根据权利要求1所述的准双曲面齿轮摆辗加工装置，其特征在于：所述的回转工作台是数控转台或机械式转台。
3.加工准双曲面齿轮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，在回转轴线与待加工齿轮轴线重合的回转工作台上安装待加工齿轮，调节回转工作台回转轴线的倾斜角度，使机床的主轴轴线与回转工作台上装配的待加工齿轮轴线之间的夹角为待加工齿轮根锥角的余角；调整装配有齿形模具的摆辗头，使摆辗头的自转轴线与机床主轴轴线之间的夹角为2度～15度，所述齿形模具是由与待加工齿轮的齿形吻合的梯形截面绕摆辗头的自转轴线旋转一周形成的环形回转体；
步骤二，由摆辗头带动其上的齿形模具绕机床主轴轴线公转摆动，同时绕自身轴线自转，保持摆辗头上安装的齿形模具与待加工齿轮的理论齿面形成瞬时线接触，摆辗头带动其上的齿形模具连续摆动辗压迫使轮齿不断塑性变形直至一个齿槽形成；完成一个齿槽的摆辗加工后旋转回转工作台使齿形模具与下一个齿的齿槽对中，重复上述摆辗加工过程，直至完成整个齿轮轮齿的加工。
4.根据权利要求3所述的加工准双曲面齿轮的方法，其特征在于：所述的回转工作台是数控转台或机械式转台。
5.根据权利要求3所述的加工准双曲面齿轮的方法，其特征在于：所述齿形模具在摆辗加工时与待加工齿轮的理论齿面瞬时接触线所形成的包络曲面与使用成形法磨齿加工准双曲面齿轮所使用的砂轮形状相同。
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