CN103433569A - 凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，主要步骤包括：蜗杆砂轮的修整，蜗杆砂轮与齿轮的对中，蜗杆砂轮的轨迹规划；用蜗杆砂轮磨代替基于插齿原理的成形砂轮展成磨削凸节曲线非圆齿轮。蜗杆砂轮磨能够实现多齿同时磨削，比单齿的基于插齿原理的成形砂轮展成磨削方法效率高，成本也相应减少。因而，本发明具有加工效率高、加工成本低的特点，为凸节曲线非圆齿轮磨削提供了一种新选择。另外，凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法与传统圆柱齿轮蜗杆砂轮磨十分相似，主要不同点在于联动轨迹的规划上，因而易于将非圆齿轮软件控制模块集成于数控蜗杆砂轮磨齿机中。
Description
技术领域
本发明属于齿轮的制造领域，尤其是非圆齿轮制造领域，涉及一种凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法。
背景技术
非圆齿轮是一种能够实现变速比传动的集成化传动元件，具有结构紧凑、传动精确、平稳、容易实现动平衡等优点，可以代替传统的凸轮、连杆变传动比机构，因而广泛应用于自动化机械和仪器仪表中。如在流量仪表行业中，常以非圆齿轮作为核心部件构成容积式流量计；在纺织机械中，使用椭圆齿轮传动装置等来周期性的改变纬纱的密度；在印刷行业中，辊桶式平板印刷机的自动送纸装置中就使用了非圆齿轮；在造纸机械中，通过非圆齿轮改变工作行程和空行程的时间比例。
非圆齿轮节曲线由一段或多段不规则函数构成，其每个齿的轮廓形状也各不相同，导致加工十分困难。传统加工方法中，粗加工主要有数控铣齿加工、数控插齿加工、数控滚齿加工和线切割加工；精加工主要采用基于插齿原理的成形砂轮展成磨削方式，使用成形砂轮逐一进行单齿展成磨削，不但效率低下，加工成本也非常高。为此，很多生产企业一般不对非圆齿轮进行磨削加工，如纺织机械中的椭圆齿轮大都采用互相配对研磨的方式，即将一对粗加工后的非圆齿轮进行长时间对滚，以期配对的非圆齿轮能达到要求的啮合状态，存在非圆齿轮互换性差、对滚时间长等突出问题。非圆齿轮现有精加工方法所存在的缺陷，已成为限制其发展与应用的一大瓶颈问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种提高非圆齿轮精密加工的效率、降低加工成本的凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，主要步骤包括：蜗杆砂轮的修整，砂轮与齿轮的对中，砂轮的轨迹规划；用蜗杆砂轮磨代替基于插齿原理的成形砂轮展成磨削凸节曲线非圆齿轮。
作为本发明的一种优选方案，蜗杆砂轮的修整是利用金刚滚轮走螺旋线的方式进行修整。
作为本发明的另一种优选方案，砂轮与齿轮的对中类似于传统的圆柱齿轮对中，不同点在于非圆齿轮的顶部曲率半径随着回转角度的变化而变化，要求非圆齿轮在极角 =0处与砂轮对刀。
作为本发明的又一种优选方案，砂轮的轨迹规划中涉及联动轴和辅助运动轴；联动轴包括蜗杆砂轮沿齿轮径向运动的X轴、蜗杆砂轮沿齿轮轴向运动的Z轴、蜗杆砂轮旋转运动的B轴和非圆齿轮旋转运动的C轴；辅助运动轴包括蜗杆砂轮安装角调整轴A轴和蜗杆砂轮沿齿轮切向移动Y轴，A轴在加工前根据蜗杆砂轮、齿轮螺旋角预先调整好，Y轴用于蜗杆砂轮的修整、对刀和加工使用长度的分配。
作为本发明的一种改进方案，砂轮和工作台严格按照联动数学模型运动规律联动，使砂轮投影齿条与齿坯纯滚动，且保持齿坯节曲线与蜗杆砂轮节曲线相接触；蜗杆砂轮转速
恒定，齿坯转速
、蜗杆砂轮X向速度、蜗杆砂轮Z向速度
联动；联动数学模型如下：
式中： r为节曲线节径，
为极角，
为蜗杆砂轮头数，m为齿轮法向模数，
为齿轮螺旋角。
本发明的有益效果是：用蜗杆砂轮磨代替传统的基于插齿原理的成形砂轮展成磨削方法，蜗杆砂轮磨能够实现多齿同时磨削，比单齿的基于插齿原理的成形砂轮展成磨削方法效率高，成本也相应减少。因而，本发明具有加工效率高、加工成本低的特点，为凸节曲线非圆齿轮磨削提供了一种新选择。另外，凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法与传统圆柱齿轮蜗杆砂轮磨十分相似，主要不同点在于联动轨迹的规划上，因而易于将非圆齿轮软件控制模块集成于数控蜗杆砂轮磨齿机中。
附图说明
图1为本发明凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，包括如下步骤：
1）首先对蜗杆砂轮进行修整，根据齿轮的几何参数（模数、压力角、螺旋角、齿顶高系数、齿根高系数等）修整出蜗杆砂轮廓形，蜗杆砂轮的修整方法与传统的渐开线蜗杆砂轮修整方法类似，即是利用金刚滚轮走螺旋线的方式进行修整；然后在非圆齿轮极角
=0处与砂轮进行对刀，砂轮与齿轮的对中是为了确定砂轮轨迹规划的起始点，方法类似于传统的圆柱齿轮对中方法，不同点在于非圆齿轮的节曲线不是圆，其上各点处的曲率半径是不同的，根据微分几何，顶部各点曲率半径的计算公式为：
，式中：
为曲率半径，r为节曲线节径，
为极角。因此顶部曲率半径随着回转角度的变化而变化，要求非圆齿轮在极角
=0处与砂轮对刀；最后进行砂轮的轨迹规划。
2）蜗杆砂轮移动轴X轴、Z轴、蜗杆砂轮转动轴B轴、齿轮转动轴C轴按照联动模型进行运动，展成加工出凸节曲线非圆齿轮，即用蜗杆砂轮磨代替基于插齿原理的成形砂轮展成磨削凸节曲线非圆齿轮。
其中，砂轮的轨迹规划中涉及联动轴和辅助运动轴，如图1所示。联动轴包括蜗杆砂轮沿齿轮径向运动的X轴、蜗杆砂轮沿齿轮轴向运动的Z轴、蜗杆砂轮旋转运动的B轴和非圆齿轮旋转运动的C轴四轴。辅助运动轴包括蜗杆砂轮安装角调整轴A轴和蜗杆砂轮沿齿轮切向移动Y轴，A轴在加工前根据蜗杆砂轮、齿轮螺旋角预先调整好，在磨削过程中固定不变，Y轴用于蜗杆砂轮的修整、对刀和加工使用长度的分配。图1示意了本发明凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法中各轴联动的关系。独立数控轴A能使蜗杆砂轮在竖直平面内旋转，自动调整蜗杆砂轮安装角。磨非圆直齿轮时，蜗杆砂轮的安装角
只取决于蜗杆砂轮的升角
，且
；磨非圆斜齿轮时，蜗杆砂轮的安装角取决于蜗杆砂轮的升角
和齿轮的螺旋角
，当蜗杆砂轮与齿轮螺旋线旋向一致时，当蜗杆砂轮与齿轮螺旋线旋向相反时
。
在齿轮端面内，蜗杆砂轮的投影为一假想齿条，蜗杆砂轮的旋转运动
可形成工具齿条。蜗杆砂轮的旋转
与齿轮旋转
按照严格的传动比构成展成啮合运动，使非圆齿轮节曲线相对于工具齿轮做无相对滑动的纯滚动。纯滚动要求除了齿轮做
转动，蜗杆砂轮还需沿X轴的移动
。为了切制非圆斜齿轮，蜗杆砂轮还需要沿Z轴的运动，该运动会在齿轮上附加一个额外的转动。
砂轮和工作台严格按照联动数学模型运动规律联动，使砂轮在齿轮端面上的投影齿条与齿坯纯滚动，且保持齿坯节曲线与蜗杆砂轮节曲线相接触；蜗杆砂轮转速恒定，齿坯转速
、蜗杆砂轮X向速度
、蜗杆砂轮Z向速度
联动；联动数学模型如下：
式中： r为节曲线节径，
为极角，
为蜗杆砂轮头数，m为齿轮法向模数，
为齿轮螺旋角。
展成运动的传动比及蜗杆砂轮与工件的中心距是不停变化的，这正是磨削非圆齿轮的关键所在。蜗杆砂轮磨具有效率高、精度高、适应性强等特点，相比传统的基于插齿原理的成形砂轮展成磨削方式，加工效率高、成本较低且易于实现自动化控制。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，其特征在于，主要步骤包括：蜗杆砂轮的修整，砂轮与齿轮的对中及砂轮的轨迹规划；用蜗杆砂轮磨代替基于插齿原理的成形砂轮展成磨削凸节曲线非圆齿轮。
2.根据权利要求1所述的凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，其特征在于，蜗杆砂轮的修整是利用金刚滚轮走螺旋线的方式进行修整。
3.根据权利要求1所述的凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，其特征在于，蜗杆砂轮与齿轮的对中类似于传统的圆柱齿轮对中，不同点在于非圆齿轮的顶部曲率半径随着回转角度的变化而变化，要求非圆齿轮在极角 
=0处与砂轮对刀。
4.根据权利要求1所述的凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，其特征在于，砂轮的轨迹规划中涉及联动轴和辅助运动轴；联动轴包括蜗杆砂轮沿齿轮径向运动的X轴、蜗杆砂轮沿齿轮轴向运动的Z轴、蜗杆砂轮旋转运动的B轴和非圆齿轮旋转运动的C轴；辅助运动轴包括蜗杆砂轮安装角调整轴A轴和蜗杆砂轮沿齿轮切向移动Y轴；A轴在加工前根据蜗杆砂轮、齿轮螺旋角预先调整好，Y轴用于蜗杆砂轮的修整、对刀和加工使用长度的分配。
5.根据权利要求1所述的凸节曲线非圆齿轮蜗杆砂轮磨削方法，其特征在于，蜗杆砂轮和工作台严格按照联动数学模型运动规律联动，使砂轮在齿轮端面上的投影齿条与齿坯纯滚动，且保持齿坯节曲线与蜗杆砂轮节曲线相接触；蜗杆砂轮转速
恒定，齿坯转速
、蜗杆砂轮X向速度
、蜗杆砂轮Z向速度联动；联动数学模型如下：
式中： r为节曲线节径，
为极角，
为蜗杆砂轮头数，m为齿轮法向模数，
为齿轮螺旋角。
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