CN103264198B - 一种面齿轮磨齿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面齿轮磨齿方法，所述面齿轮固定安装在机床C轴旋转轴上，所述机床C轴旋转轴安装在机床X轴上，所述机床X轴安装在机床水平床身上；对面齿轮进行磨齿的砂轮安装在机床A轴摆动轴上，所述机床A轴摆动轴安装在机床Z轴上，所述机床Z轴安装在机床Y轴上，所述机床Y轴安装在机床竖直床身上；工作时，机床X轴、Y轴、Z轴在三个方向同时做平移运动，面齿轮随机床C轴旋转轴绕自身轴线旋转，所述砂轮随机床A轴摆动轴而摆动，同时，砂轮绕自身轴线旋转。

Description

一种面齿轮磨齿方法

技术领域：

本发明涉及一种齿轮加工方法，特别涉及一种面齿轮磨齿方法。

背景技术：

面齿轮传动是圆柱齿轮与锥齿轮啮合实现相交或相错轴之间的一种传动。与锥齿轮相比，面齿轮传动具有重合度大、稳定性好、震动小、易于安装、结构紧凑、制造成本低等优点。尤其在航空领域，面齿轮传动在减速器中的应用表现突出，国外已将其成功用于直升机传动系统。

目前国内对面齿轮的加工方法大多为插齿加工，加工出的面齿轮精度较低，承载能力较差，不能满足航空器械的传动要求，为了提高面齿轮综合传动性能，一般需对面齿轮进行热处理，热处理后的齿面会变形且硬度很高，需要磨齿加工。对于面齿轮磨齿加工，国内外有蜗杆砂轮磨削方法，成形砂轮磨齿法和格里森公司的Coniface磨齿法。

图1是蜗杆砂轮磨削加工，蜗杆砂轮齿面法向截形与面齿轮配对圆柱齿轮的轴向截形一样，面齿轮与蜗杆砂轮按一定速比转动，蜗杆砂轮如同圆柱齿轮渐开线齿面包络出面齿轮，为了加工整个齿宽方向齿面，蜗杆砂轮还需沿齿宽方向做进给运动。由于是连续磨削其加工效率较高，但是蜗杆砂轮形状复杂，价格昂贵且修正费时耗力。

图2是成形砂轮磨齿加工，成形砂轮法向截面轮廓与对应圆柱齿轮轴向截面轮廓相同，面齿轮与成形砂轮按一定速比转动加工，成形砂轮如同圆柱齿轮单个齿包络出面齿轮，可同时加工面齿轮的两个齿面，为了加工整个齿宽方向齿面，成形砂轮还需沿齿宽方向反复做进给运动，故其加工效率比较低，且刀具通用性差。

图3是格里森公司的Coniface磨齿法，其原理是平面大砂轮绕着虚啮合的圆柱齿轮轴线摆动，摆动过程中砂轮磨削平面始终与圆柱齿轮渐开线齿面相切，同时被加工的面齿轮绕自身轴线转动，为了在加工过程中让砂轮平面更接近圆柱齿轮渐开线齿面来包络出面齿轮，Coniface磨齿法对面齿轮的转角做了微量修改，即面齿轮与圆柱齿轮啮合不再是恒定传动比，其滚比引入高阶系数，类似锥齿轮变性法加工。该方法克服了前述两种方法的不足，但加工出的面齿轮与圆柱齿轮的接触斑不易控制。

发明内容：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种面齿轮磨齿方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种面齿轮磨齿方法，所述面齿轮固定安装在机床C轴旋转轴上，所述机床C轴旋转轴安装在机床X轴上，所述机床X轴安装在机床水平床身上；对面齿轮进行磨齿的砂轮安装在机床A轴摆动轴上，所述机床A轴摆动轴安装在机床Z轴上，所述机床Z轴安装在机床Y轴上，所述机床Y轴安装在机床竖直床身上；工作时，机床X轴、Y轴、Z轴在三个方向分别做平移运动，面齿轮随机床C轴旋转轴绕自身轴线旋转，所述砂轮随机床A轴摆动轴而摆动。

作为本发明的优选实施例，所述砂轮在摆动的过程中，绕着虚啮合的圆柱齿轮轴线摆动，且摆动过程中，砂轮磨削面始终与圆柱齿轮渐开线齿面相切。

作为本发明的优选实施例，所述机床A轴摆动轴和机床C轴旋转轴之间满足如下关系：

$C/A=\frac{N_f{\mathrm{\φ}}_s}{N_s({\mathrm{\φ}}_s+{\mathrm{\θ}}_s+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}})},$

其中，N_s与N_f分别为虚啮合直齿轮与面齿轮的齿数，φ_s为直齿轮的转角，θ_s为齿面渐开线展角，θ_os为基圆齿槽半角，A表示加工时机床A轴的转角，而C表示机床C轴的转角。

作为本发明的优选实施例，所述砂轮在摆动的同时还沿面齿轮上选取的移动路径平移，所述移动路径是圆柱齿轮包络的面齿轮上与圆柱齿轮接触线上的点连接形成。

作为本发明的优选实施例，所述砂轮移动时，其径线依次通过移动路径上的各点，所述径线为砂轮磨削面圆心与砂轮磨削面上深入齿槽最低点之间的连线。

作为本发明的优选实施例，选取所述移动路径的各点时，满足关系R-R₀-k(H₀-H)=0，其中，K为常数，（R₀，H₀）为移动路径起始点旋转投影坐标，（R，H）为移动路径上任一点旋转投影坐标。

作为本发明的优选实施例，磨齿时，首先对左齿面进行磨齿，待面齿轮的所有左齿面加工完之后，再对面齿轮的右齿面依次加工。

作为本发明的优选实施例，所述砂轮与面齿轮是线接触。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：1）可以选用带一定锥角砂轮并对移动路径进行优化，因而能控制修形，实现理想的齿面接触和传递误差曲线（即本发明方法砂轮沿着固定移动路径进行磨齿，而移动路径是根据理想所需要的面而设计的，因此，当砂轮沿着固定移动路径磨齿后，得到的齿面是最接近的理想齿面）；2）不需反复多次磨削同一齿槽，故效率高（即砂轮沿着固定移动路径进行，不需要来回磨，因此，效率高）。

附图说明：

图1为蜗杆砂轮磨削面齿轮示意图。

图2为成形砂轮磨削面齿轮示意图。

图3为格里森Coniface磨齿法原理示意图。

图4为本专利磨齿原理示意图，其中，图4（a）为主视图，图4（b）为左视图。

图5为本专利选取砂轮移动路径的示意图。

图6为砂轮移动路径示意图。

图7为加工面齿轮安装示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本专利解决的技术问题是：针对目前面齿轮磨齿加工存在刀具形状复杂，不易修正和加工效率比较低的缺点，发明了在现有数控机床上，利用大平面砂轮实现高效磨齿的加工方法。且采取主动设计思想能控制修形，实现理想的齿面接触。

图4是本专利的面齿轮磨齿加工，原理为：面齿轮1绕自身轴线转动，平面大砂轮2（或带有一定锥角砂轮）绕着虚啮合的圆柱齿轮轴线摆动，摆动过程中砂轮2磨削平面始终与虚啮合圆柱齿轮渐开线齿面相切，并且，砂轮2摆动的同时还沿面齿轮1上选取的移动路径平移，移动路径如图5所示，它是圆柱齿轮包络的面齿轮上与圆柱齿轮接触线上一系列点P₀，…，P_i，…，P_n连接形成，砂轮2移动时其径线（径线，即砂轮磨削面圆心与砂轮磨削面深入齿槽最低点之间的连线）OgT依次通过前述所有点，当砂轮2磨削面选取一定锥角后，这样的移动就可用来控制面齿轮1上的接触班大小，从而实现接触斑主动设计。砂轮2沿齿面的移动不会降低加工效率，因为砂轮2与面齿轮1仍然是线接触。

本专利发明的面齿轮加工方法，面齿轮1安装在机床工作台上，砂轮2安装在机床主轴上，具体地说，所述面齿轮固定安装在机床C轴旋转轴上，所述机床C轴旋转轴安装在机床X轴上，所述机床X轴安装在机床水平床身上；对面齿轮进行磨齿的砂轮安装在机床A轴摆动轴上，所述机床A轴摆动轴安装在机床Z轴上，所述机床Z轴安装在机床Y轴上，所述机床Y轴安装在机床竖直床身上。在加工过程中，面齿轮1随机床C轴轴线绕自身轴线旋转，砂轮2随机床A轴轴线而摆动，同时，砂轮绕自身轴线旋转，此外砂轮还沿机床X、Y、Z轴做平移运动,由加工原理决定进行单面磨齿，先加工面齿轮各齿的左齿面，加工完一个齿面后，面齿轮进行分度运动来加工下一个齿面，直到加工面齿轮1全部齿的左齿面，再换到另外一工位加工面齿轮1的右齿面，直到加工完整个面齿轮。

面齿轮1随机床C轴旋转轴轴线绕自身轴线旋转，砂轮2随机床A轴轴线而摆动，A轴和C轴的转角满足关系：

$C/A=\frac{N_f{\mathrm{\φ}}_s}{N_s({\mathrm{\φ}}_s+{\mathrm{\θ}}_s+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}})}$

其中N_s与N_f分别为虚啮合直齿轮与面齿轮1的齿数，φ_s为直齿轮的转角，θ_s齿面渐开线展角，θ_os基圆齿槽半角，A表示加工时机床A轴的转角，而C表示机床C轴的转角。同时，砂轮还沿机床X、Y、Z轴做平移运动。

由加工原理决定进行单面磨齿，先加工面齿轮的左齿面，加工完一个完整的齿面后，面齿轮进行分度运动来加工下一个齿面，直到加工完面齿轮全部齿的左齿面，再换到另外一工位加工面齿轮1的右齿面，直到加工完整个面齿轮。

前述直齿圆柱齿轮是虚拟的，实际加工过程它不存在，引入只是便于说明加工原理。

以下对本发明磨齿方法做详细阐述：

1.把面齿轮1安装在机床工作台上，砂轮2安装在机床主轴上，

2.将平面砂轮移至工位1加工位置，砂轮2绕主轴高速旋转并随机床A轴轴线而摆动，面齿轮1随机床C轴轴线绕自身轴线旋转，A轴和C轴转角满足前述要求，同时砂轮还需沿机床X、Y、Z轴平移，直到磨削完成整个左齿面。

3.加工完一个完整的左齿面后，砂轮退出面齿轮齿槽，机床工作台进行分度运动来加工下一个齿槽。依次反复直到加工完整个面齿轮的所有左齿面。

4.将平面砂轮移至工位2加工位置，砂轮2绕主轴高速旋转并随机床C轴轴线而摆动，面齿轮1随机床A轴轴线绕自身轴线旋转，A轴和C轴转角满足前述要求，同时砂轮还需沿机床X、Y、Z轴平移，直到磨削完成一个右齿面。

5.加工完一个完整的右齿面后，砂轮退出面齿轮齿槽，机床工作台进行分度运动来加工下一个齿槽。依次反复直到加工完面齿轮的所有右齿面。

6.若加工余量分几次工序分配，则重复上述1、2、3、4、5的操作直至加工完成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种面齿轮磨齿方法，其特征在于：所述面齿轮固定安装在机床C轴旋转轴上，所述机床C轴旋转轴安装在机床X轴上，所述机床X轴安装在机床水平床身上；对面齿轮进行磨齿的砂轮安装在机床A轴摆动轴上，所述机床A轴摆动轴安装在机床Z轴上，所述机床Z轴安装在机床Y轴上，所述机床Y轴安装在机床竖直床身上；工作时，机床X轴、Y轴、Z轴在三个方向同时做平移运动，面齿轮随机床C轴旋转轴绕自身轴线旋转，所述砂轮随机床A轴摆动轴而摆动，同时，砂轮绕自身轴线转动；所述砂轮在摆动的同时还沿面齿轮上选取的移动路径平移，所述移动路径是圆柱齿轮包络的面齿轮上与圆柱齿轮接触线上选取的点连接形成，所述砂轮移动时，其径线依次通过移动路径上的各点，所述径线为砂轮磨削面圆心与砂轮磨削面上深入齿槽最低点之间的连线。

2.如权利要求1所述的一种面齿轮磨齿方法，其特征在于：所述砂轮在绕自身轴线转动的同时，绕着虚啮合的圆柱齿轮轴线摆动，且摆动过程中，砂轮磨削面始终与圆柱齿轮渐开线齿面相切。

3.如权利要求2所述的一种面齿轮磨齿方法，其特征在于：所述机床A轴摆动轴和机床C轴旋转轴转动过程中满足如下关系：

$C/A=\frac{N_f{\mathrm{\φ}}_s}{N_s({\mathrm{\φ}}_s+{\mathrm{\θ}}_s+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}})},$

其中，N_s与N_f分别为虚啮合直齿轮与面齿轮的齿数，φ_s为直齿轮的转角，θ_s为齿面渐开线展角，θ_os为基圆齿槽半角，A表示加工时机床A轴的转角，而C表示机床C轴的转角。

4.如权利要求1所述的面齿轮磨齿方法，其特征在于：选取所述移动路径的各点时，满足关系R-R₀-k(H₀-H)＝0，其中，K为常数，(R₀，H₀)为移动路径起始点旋转投影坐标，起始点为面齿轮的齿顶的最外端点，坐标原点为虚啮合的圆柱齿轮与面齿轮的轴线交点，(R，H)为移动路径上任一点的旋转投影坐标。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的面齿轮磨齿方法，其特征在于：磨齿时，首先对面齿轮各齿左齿面逐一进行磨齿，待所有左齿面加工完之后，再对剩余的右齿面依次加工。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的面齿轮磨齿方法，其特征在于：所述砂轮(2)与面齿轮(1)是线接触。