CN103286388A - 一种齿轮精加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种齿轮精加工装置，用于解决齿轮加工精度不高的问题。它包括箱体、第一齿轮轴固定与调节总成以及第二齿轮轴定位总成；箱体内腔中盛放油液和磨料混合物；第一齿轮轴两端通过轴承固定在所述第一齿轮轴固定与调节总成中；第一齿轮轴固定与调节总成包括轴承盖板、轴承、滑动轴承座、密封垫片、定位螺钉和弹簧顶珠机构；第二齿轮轴定位总成包括轴承组件、垫圈和轴承端盖，在箱体的两侧壁上设有与轴孔，轴承组件、垫圈和轴承端盖依次固定在轴孔所在的箱体侧壁上。本发明提出的齿轮精加工装置及方法是通过齿轮和磨料之间的接触采用范成法原理进行磨削加工，表面粗糙度Ra值至少可以达到0.01μm的表面精度。

Description

一种齿轮精加工装置及方法

技术领域

本发明涉及齿轮精加工技术领域，具体的说是一种齿轮精加工方法，并提供一种齿轮精加工装置。 

背景技术

齿轮传动机构常常应用于自动化设备中，对其形状、尺寸、表面质量要求较高，需要进行精加工。为了提高齿轮的运动精度、耐磨性和使用寿命等，需要对齿轮进行淬火处理以提高其硬度。齿轮精加工是在淬火后完成的，一般采用机械打磨的方式进行，例如磨床磨削，因此对淬火后的齿轮进行精加工需要超硬刀具，刀具成本高。常用的齿轮精加工方法普通的刀具、普通的加工参数无法完成。在高精度多轴数控铣床上也常采用铣削加工代替磨削精加工，而铣削加工的表面质量不高。对于高质量传动要求的场合，需要进行研磨。 

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出的精加工方法是通过齿轮和磨料之间的接触采用范成法原理进行磨削加工，表面粗糙度Ra值至少可以达到0.01μm级别的表面精度。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为： 

一种齿轮精加工装置，其特征在于，包括箱体、齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一齿轮轴固定与调节总成和第二齿轮轴定位总成， 

所述箱体是其他零部件的安装基础，在箱体的左右侧壁上皆设有长条孔和轴孔，且其内腔中盛放油液和磨料混合物，且其内腔中盛放至少浸没齿轮三分之二的油液和磨料混合物，是整个装置的支撑； 

所述第一齿轮轴两端通过轴承固定在所述第一齿轮轴固定与调节总成中； 且在第一齿轮轴上至少设有一个固定待加工齿轮的工位； 

所述的第一齿轮轴固定与调节总成包括轴承盖板、轴承、滑动轴承座、密封垫片、定位螺钉和弹簧顶珠机构，所述轴承盖板固定在所述箱体侧壁上并将所述侧壁上的长条孔完全盖住，安装有轴承的所述滑动轴承座套在轴承盖板中的滑槽中，在所述轴承盖板中设有一个沿长条孔方向布置的定位螺钉，在所述弹簧顶珠机构和滑动轴承座之间设置弹簧顶珠机构；所述弹簧顶珠机构包括彼此连接的弹簧和钢珠，所述钢珠抵靠在滑动轴承座上，所述弹簧另一端固定在定位螺钉上。 

所述第二齿轮轴两端通过轴承组件固定在所述第二齿轮轴定位总成中；且在第二齿轮轴上至少设有一个固定待加工齿轮的工位； 

所述第二齿轮轴定位总成包括轴承组件、垫圈和轴承端盖，所述轴承组件、垫圈和轴承端盖依次固定在轴孔所在的箱体侧壁上；用于定位安装需要精加工的齿轮工件，并起到密封的作用。 

将所述齿轮两端分别安装在所述第二齿轮轴定位总成中，所述第二齿轮轴的一端通过联轴器与动力源连接。 

所述第一齿轮轴和第二齿轮轴上的齿轮工件进行啮合配合。 

在所述箱体上设有一个箱盖。 

在上述方案中，所述弹簧顶珠机构使得两齿轮贴合部位始终啮合在一起，模拟齿轮机构实际运行情况，此时，通过齿轮与齿轮的啮合带动箱体内的油液和磨料混合液在啮合处缝隙内流动，通过啮合力、摩擦力与液体流动力等共同作用起到研磨作用。 

所述定位螺钉和轴承盖板之间设有刻度指示装置。通过同时调节箱体两侧面的第一齿轮轴固定与调节总成使两齿轮工件啮合。调节第一齿轮轴固定与调节总成上的刻度调整定位螺钉在侧面刻度盘上的位置，推动弹簧顶珠机构压紧第一齿轮轴的轴承座，起到调整第一齿轮轴位置的作用，同时调整箱体两侧面 的第一齿轮轴固定与调节总成上的刻度保持一致，来确保第一、第二齿轮轴的平行度。 

一种齿轮精加工方法，其特征在于，包括以下步骤， 

步骤一： 

准备两个齿轮毛坯件，将经过粗加工、半精加工获得需要精加工的齿轮毛坯件待用； 

步骤二： 

将步骤一中的两个齿轮毛坯件分别安装固定到第一齿轮轴和第二齿轮轴上，让两齿轮毛坯件正确啮合； 

步骤三： 

调节所述第一齿轮轴固定与调节总成中的定位螺钉使得两齿轮毛坯件啮合力度符合研磨要求；通过弹簧压力实现中心距可调满足精加工不同尺寸齿轮以及齿轮精加工过程中切削余量改变的需求； 

步骤四； 

在箱体内放入由油液、磨料组成的混合流体，此流体起到磨削、润滑等作用；箱体内油液、磨料组成的混合流体至少浸没三分之二的齿轮； 

步骤五： 

接通动力源带动齿轮运转，磨料在齿轮转动力的作用下和油液一起在两齿轮毛坯件之间流动，实现对齿轮研磨加工，随着精加工的进行，当齿轮之间的间隙与磨料粒度相适应时，弹簧弹性力推动第一齿轮轴到达极限位置，精加工结束。 

本发明的有益效果是： 

本发明设计了一种齿轮精加工的方法和装置，不受齿轮自身硬度的影响，因为磨料可以采取金刚石等高硬度材料，可以加工任何比其硬度低的材料；不受铣削刀具形状的影响，加工成本低；而且加工形状精度、尺寸精度和表面质 量高；加工中心距可调适合多尺寸齿轮加工，属于柔性加工。该方法采用的磨料硬度高，悬浮于液体中，不受齿轮本身硬度的限制，加工形状精度高、尺寸精度高、表面质量高。 

附图说明

图1为本发明的立体图； 

图2为本发明的俯视图； 

图3为图1中A--A局部断面图； 

图4为第二齿轮轴定位总成的剖面图； 

图5为分度盘与齿轮配合示意图； 

图6分度盘固定与调节装置示意图； 

图7为图5去掉轴承盖板后的示意图； 

图8为齿轮在齿轮轴上的安装固定结构； 

图9为多组齿轮同时精加工的示意图。 

具体实施方式

如图1至图8所示， 

箱体1是其他零部件的安装基础，为矩形槽，可以采用钢板或者不锈钢板焊接形成，在两侧壁上安装第一齿轮轴固定与调节总成和第二齿轮轴定位总成，两齿轮安装在内部，且其内腔中盛放油液和磨料混合物，并在箱体的上部可扣合一个箱盖，防止内部的液体外溢，是整个装置的支撑部件。在箱体1的左右侧壁上皆设有长条孔11和轴孔12，其中的长条孔用于安装第一齿轮轴，其中的轴孔12用于安装第二齿轮轴，安装状态下，两齿轮轴彼此平行。其中的两个待精加工的齿轮分别固定在第一齿轮轴和第二齿轮轴上，关于齿轮的固定方案，如图7中所示，在齿轮轴和齿轮4之间使用键41进行配合，并在轴向上设有锁紧螺母42进行紧固，使得两者紧固为一体，这是常用的齿轮的固定方式。 

如图3所示，第一齿轮轴固定与调节总成包括轴承盖板21、轴承22、滑动 轴承座23、密封垫片24、定位螺钉25和弹簧顶珠机构26，轴承盖板21为一矩形钢板，在轴承盖板上设有四个螺栓紧固长槽，通过螺栓将轴承盖板固定在箱体壁上。轴承盖板固定在箱体侧壁上可以将侧壁上的长条孔11完全盖住，为了增加密封性能，在两者之间增加一个密封垫片24，密封垫片的形状与轴承盖板的轮廓相同。安装有轴承的滑动轴承座套在轴承盖板中的滑槽27中，在轴承盖板中设有一个沿长条孔方向布置的定位螺钉25，在所述弹簧顶珠机构和滑动轴承座之间设置弹簧顶珠机构，这样可以通过定位螺钉调节两齿轮的间距，这是容易理解的。第一齿轮轴固定与调节总成左右各一的固定在对应的长条孔处，形成第一齿轮轴的两个固定点，这是容易理解的。 

为增加两者之间的调节可视性，在定位螺钉和轴承盖板之间设有刻度指示装置，例如，通过同时调节箱体两侧面的第一齿轮轴固定与调节总成使两齿轮正确啮合。调节第一齿轮轴固定与调节总成上的刻度调整定位螺钉在侧面刻度盘上的位置，推动弹簧顶珠机构压紧第一齿轮轴的轴承座，起到调整第一齿轮位置的作用，同时调整箱体两侧面的第一齿轮轴固定与调节总成上的刻度保持一致，来确保两齿轮轴的平行度。 

如图4所示，第二齿轮轴定位总成3包括轴承组件31、垫圈32和轴承端盖33，在箱体的两侧壁上设有齿轮工件平行的轴孔12，轴承组件31、垫圈32和轴承端盖33依次固定在轴孔所在的箱体侧壁上；用于定位安装需要精加工的齿轮工件，并起到密封的作用，使用时，将齿轮两端安装在轴承中即可，实现将齿轮工件两端分别安装在第二齿轮轴定位总成中。 

另外需要说明两齿轮轴两端和箱体之间是如何实现不漏液的密封的，主要体现在以下两点： 

1、第二齿轮轴与箱体之间通过滚动轴承连接，外侧有密封圈和轴承端盖实现密封，如图4。 

2、第一齿轮轴由于位置可调所以它的连接结构比较复杂一些，结构如图5 所示。首先，箱体上留有一个尺寸大于轴径又满足不同中心距要求的长条孔11，第一齿轮轴通过此孔，箱体外侧紧接着装上密封垫片24（如图3所示，起到密封作用，也可以用毛毡圈，周圈四孔用于调整螺栓安装固定位置的变化，中间一孔对应箱体上的孔适应第一齿轮轴位置的变化），外侧装有滚动轴承，外侧安装有轴承端盖，在轴承端盖一侧开有圆螺纹孔，通过孔内侧安装弹簧顶珠机构和定位螺钉，定位螺钉在轴承端盖外部的部分有刻度，调整螺栓端部有类似风扇调速开关一样的结构与刻度对应，最后轴承端盖通过螺栓固定在箱体上。实现密封以及分度盘轴的位置调整。 

一种齿轮精加工方法，其特征在于，包括以下步骤， 

步骤一： 

准备齿轮毛坯件，将经过粗加工、半精加工获得需要精加工的齿轮毛坯件待用； 

步骤二： 

将步骤一中的两个齿轮毛坯件分别安装固定到第一齿轮轴和第二齿轮轴上，让两齿轮毛坯件正确啮合；检查两端的轴承部位不漏液； 

步骤三： 

调节所述第一齿轮轴固定与调节总成中的定位螺钉使得两齿轮毛坯件啮合力度符合研磨要求；通过弹簧压力实现中心距可调满足精加工不同尺寸齿轮以及齿轮精加工过程中切削余量改变的需求；所谓的研磨要求是指，当齿轮安装到箱体内固定的位置上，通过同时调节箱体两侧面的定位螺钉使分度盘装配与齿轮啮合，调节定位螺钉在侧面刻度盘上的位置，可以推动弹簧顶珠机构压紧第一齿轮轴的轴承座，起到调整第一齿轮轴位置的作用，同时调整箱体两侧面的第一齿轮轴固定与调节总成中上的刻度保持一致，来确保两齿轮轴的平行度。 

步骤四； 

在箱体内放入由油液、磨料等组成的混合流体，此流体起到磨削、润滑等 作用；为保证研磨效果，箱体内油液、磨料组成的混合流体至少浸没三分之二的齿轮。 

步骤五： 

接通动力源带动齿轮运转，由于两齿轮啮合，磨料在齿轮转动力的作用下和油液一起在齿轮之间流动，实现对齿轮研磨加工，随着精加工的进行，当齿轮之间的间隙与磨料粒度相适应时，弹簧弹性力推动第一齿轮到达极限位置，精加工结束。 

加工过程中与两齿轮啮合，通过弹簧顶珠机构的弹簧压力始终保持啮合状态，起到范成法加工的作用，通过齿轮的啮合带动箱体内的油液和磨料混合液在啮合缝隙内流动，通过啮合力、摩擦力与液体流动力等共同作用起到研磨作用；当磨削余量与磨料粒度相适应时加工结束。 

容易理解的，当第一齿轮轴和第二齿轮轴上设计多个安装齿轮的工位时，可以同时对多组齿轮进行精加工，当然多组齿轮的规格和尺寸等数据必须一致，效率更高，如图9所示。在此过程中，由于每组的齿轮的初始啮合角度不一致，将第一齿轮轴与齿轮之间的键配合处在周向上留有一定的转动余量，齿轮即可正常啮合。 

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种齿轮精加工装置，其特征在于包括箱体、齿轮、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第一齿轮轴固定与调节总成和第二齿轮轴定位总成，

在所述箱体的左右侧壁上皆设有长条孔和轴孔，且其内腔中盛放油液和磨料混合物；且其内腔中盛放至少浸没齿轮三分之二的油液和磨料混合物；

所述第一齿轮轴两端通过轴承固定在所述第一齿轮轴固定与调节总成中；且在第一齿轮轴上至少设有一个固定待加工齿轮的工位；

所述的第一齿轮轴固定与调节总成包括轴承盖板、轴承、滑动轴承座、密封垫片、定位螺钉和弹簧顶珠机构，所述轴承盖板固定在所述箱体侧壁上并将所述侧壁上的长条孔完全盖住，安装有轴承的所述滑动轴承座套在轴承盖板中的滑槽中，在所述轴承盖板中设有一个沿长条孔方向布置的定位螺钉，在所述弹簧顶珠机构和滑动轴承座之间设置弹簧顶珠机构；

所述第二齿轮轴两端通过轴承组件固定在所述第二齿轮轴定位总成中，且在第二齿轮轴上至少设有一个固定待加工齿轮的工位；

所述第二齿轮轴定位总成包括轴承组件、垫圈和轴承端盖，所述轴承组件、垫圈和轴承端盖依次固定在轴孔所在的箱体侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮精加工装置，其特征是，所述第二齿轮轴的一端通过联轴器与动力源连接。

3.根据权利要求2所述的一种齿轮精加工装置，其特征是，所述第一齿轮轴和第二齿轮轴上的齿轮进行啮合配合。

4.根据权利要求1所述的一种齿轮精加工装置，其特征是，在所述箱体上设有一个箱盖。

5.根据权利要求1所述的一种齿轮精加工装置，其特征是，所述定位螺钉和轴承盖板之间设有刻度指示装置。

6.根据权利要求1所述的一种齿轮精加工装置，其特征是，所述弹簧顶珠机构包括彼此连接的弹簧和钢珠，所述钢珠抵靠在滑动轴承座上，所述弹簧另一端固定在定位螺钉上。

7.利用权利要求1至6中任何一装置进行的一种齿轮精加工方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一：准备两个齿轮毛坯件，将经过粗加工、半精加工获得需要精加工的齿轮毛坯件待用；

步骤二：将步骤一中的两个齿轮毛坯件分别安装固定到第一齿轮轴和第二齿轮轴上，让两齿轮毛坯件正确啮合；

步骤三：调节所述第一齿轮轴固定与调节总成中的定位螺钉使得两齿轮毛坯件啮合力度符合研磨要求；通过弹簧压力实现中心距可调以满足精加工不同尺寸齿轮以及齿轮精加工过程中切削余量改变的需求；

步骤四；在箱体内放入由油液、磨料组成的混合流体；

步骤五：接通动力源带动齿轮运转，磨料在齿轮转动力的作用下和油液一起在两齿轮毛坯件之间流动，实现对齿轮研磨加工，随着精加工的进行，当齿轮之间的间隙与磨料粒度相适应时，弹簧弹性力推动分度盘到达极限位置，精加工结束。

8.根据权利要求7所述的一种齿轮精加工方法，其特征在于，在步骤四中，箱体内油液、磨料组成的混合流体至少浸没三分之二的齿轮。

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