CN103692026A - 基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法 - Google Patents

Abstract

基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法。本发明方法包括:通过采用双虚拟小齿轮，并以平面砂轮的工作平面模拟齿条刀的工作齿面的方法进行面齿轮的磨齿加工，在加工过程中面齿轮绕Ｚ_ｆ轴摆动，平面砂轮以恒定的转速Ｗ_ｓ绕其自身轴线Ｚ_ｓ旋转，同时平面砂轮还绕插齿刀具的轴线Z₃摆动，虚拟直齿轮A以转速Ｗ₃绕自身轴线Ｚ₃旋转，虚拟直齿轮B以转速W₄绕自身轴线Z₄旋转，在旋转过程中，平面砂轮齿面磨削掉与其相接触的正交面齿轮齿面，平面砂轮每摆动一个角度，就沿着正交面齿轮的径向直线往返进给一次，加工完成一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个正交面齿轮。本发明用于正交面齿轮的磨削加工。

Description

基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法

技术领域：

本发明涉及一种基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法。

背景技术：

面齿轮是一种与圆柱齿轮相互啮合,可以实现交错轴或相交轴之间转矩和运动的传递的齿轮。面齿轮传动具有轴间位置关系适应性强、重合度大、变速比大、单位质量轻、占用空间小、传递功率大、工作平稳性好、噪声低等优点。相关研究及实践表明面齿轮传动在低速、高速，轻载、重载情况下都有很好的应用，在设计中可以替代直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮和蜗轮蜗杆传动。面齿轮传动具有广泛的适用性，代表未来航空工业和汽车工业发展的主要方向，引起各国学者和企业的广泛关注，成为齿轮传动的研究热点。

由于面齿轮传动中的小齿轮是设计和制造技术已经非常成熟的圆柱齿轮，所以面齿轮传动的综合性能主要取决于面齿轮的设计和制造精度。面齿轮的加工方法主要有插齿、滚齿、铣齿和磨齿。面齿轮的磨齿是提高面齿轮传动质量的根本手段。面齿轮的磨齿方法主要有蜗杆砂轮磨削、蝶形砂轮磨削和仿形指状磨削。蜗杆砂轮磨的设备与刀具非常复杂，国内目前难以实现，另外蜗杆齿面受奇异性影响，导致某些参数的插齿刀不存在对应蜗杆。蝶形砂轮磨削的砂轮磨损后的修整难度比蜗杆砂轮磨小，但是磨削不同参数的面齿轮时，需要设计不同的蝶形砂轮和其磨削段的齿廓，刀具的互换性差。如何提高砂轮互换性、降低砂轮的复杂程度和砂轮磨损后的修整难度，使我国掌握面齿轮磨削技术，是当前亟待解决的问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，通过采用双虚拟小齿轮，并以平面砂轮的工作平面模拟齿条刀的工作齿面的方法进行面齿轮的磨齿加工，其中，正交面齿轮与虚拟直齿轮A正确啮合，所述的虚拟直齿轮A与虚拟直齿轮B正确啮合，所述的虚拟直齿轮B与所述的齿条刀啮合，即是与平面砂轮啮合；在加工过程中面齿轮绕Ｚ _ｆ 轴摆动，平面砂轮以恒定的转速Ｗ _ｓ 绕其自身轴线Ｚ _ｓ 旋转，同时平面砂轮还绕插齿刀具的轴线Z ₃ 摆动，所述的虚拟直齿轮A以转速Ｗ ₃ 绕自身轴线Ｚ ₃ 旋转，所述的虚拟直齿轮B以转速W ₄ 绕自身轴线Z ₄ 旋转，在旋转过程中，平面砂轮齿面磨削掉与其相接触的正交面齿轮齿面，达到磨削加工正交面齿轮的效果，所述的平面砂轮每摆动一个角度，就沿着正交面齿轮的径向直线往返进给一次，加工完成一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个正交面齿轮。

所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，正交面齿轮绕Z _f 的转速C与平面砂轮绕Z ₃ 的转速B之间的转速比是恒定的，并且

ω ₃ /ω _f  = N ₃ /N _f        

其中Nc与N _f 分别是所述的直齿轮与所述的正交面齿轮的齿数；

所述的平面砂轮在磨削加工正交面齿轮时，使用的是砂轮端面，此端面是一个平面；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B需满足

Z ₃  = Z ₄ ，ω ₃  = -ω ₄   

其中Z ₃ 、Z ₄ 、ω ₃ 、ω ₄ 分别是所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B的齿数和转速；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的齿条刀与所述的虚拟齿轮B需满足

m ₄  = m ₅  , α ₄  = α ₅ ， V ₅  =d ₄ ω ₄ /2

其中，m ₄ 、m ₅ 、α ₄ 、α ₅ 分别为所述的虚拟齿轮B与所述的齿条刀的模数和压力角，V ₅ 为所述的齿条刀的速度，d ₄ 为所述的虚拟齿轮B的分度圆直径。

所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，所述的平面砂轮在加工过程中，在绕Z ₃ 摆动的同时，还绕其自身轴线做高速旋转，其转速是恒定的；所述的平面砂轮的工作表面与所述的齿条刀5的工作表面重合；

所述的平面砂轮每绕Z ₃ 摆动一个由磨齿机床的精度决定的角度，就在所述的正交面齿轮的径向进行一次往返进给运动；另外的半个齿的齿面，由一只配对使用的砂轮进行磨削；在加工完一个完整的齿槽后，所述的平面砂轮退出正交面齿轮齿槽，正交面齿轮工作台进行分度运动，以加工下一个齿槽；正交面齿轮在加工前需要进行热处理。

有益效果：

针对市场上面齿轮加工精度低、传动性能差等缺陷，本发明对热处理后的面齿轮进行磨齿加工，实现对面齿轮的高精度加工，提高面齿轮的传动性能。同时本发明解决了面齿轮磨削中不同型号参数的面齿轮需要不同型号的砂轮与之相对应，且砂轮磨损后难以修复甚至无法修复的重要问题，最终大大的提高了面齿轮磨削机床的通用性和面齿轮磨削刀具互换性。

附图说明：

附图1是本发明的平面砂轮加工正交面齿轮的示意图。

附图2是本发明的平面砂轮加工正交面齿轮的原理图。图中，1为正交面齿轮，2为平面砂轮，3为虚拟直齿轮A，4为虚拟直齿轮B，5为齿条刀。

附图3是本发明的平面砂轮、齿条刀、虚拟插齿刀、正交面齿轮位置示意图。

附图4是本发明的平面砂轮、齿条、虚拟插齿刀啮合示意图。

附图5是本发明的正交面齿轮与虚拟插齿刀啮合示意图。图中，6为虚拟直齿轮A的分度圆，7为齿条刀的分度圆，8为虚拟直齿轮B的分度圆。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，通过采用双虚拟小齿轮，并以平面砂轮的工作平面模拟齿条刀的工作齿面的方法进行面齿轮的磨齿加工，其中，正交面齿轮与虚拟直齿轮A正确啮合，所述的虚拟直齿轮A与虚拟直齿轮B正确啮合，所述的虚拟直齿轮B与所述的齿条刀啮合，即是与平面砂轮啮合；在加工过程中面齿轮绕Ｚ _ｆ 轴摆动，平面砂轮以恒定的转速Ｗ _ｓ 绕其自身轴线Ｚ _ｓ 旋转，同时平面砂轮还绕插齿刀具的轴线Z ₃ 摆动，所述的虚拟直齿轮A以转速Ｗ ₃ 绕自身轴线Ｚ ₃ 旋转，所述的虚拟直齿轮B以转速W ₄ 绕自身轴线Z ₄ 旋转，在旋转过程中，平面砂轮齿面磨削掉与其相接触的正交面齿轮齿面，达到磨削加工正交面齿轮的效果，所述的平面砂轮每摆动一个角度，就沿着正交面齿轮的径向直线往返进给一次，加工完成一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个正交面齿轮。

实施例2：

根据实施例1所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，正交面齿轮绕Z _f 的转速C与平面砂轮绕Z ₃ 的转速B之间的转速比是恒定的，并且

ω ₃ /ω _f  = N ₃ /N _f        

其中Nc与N _f 分别是所述的直齿轮与所述的正交面齿轮的齿数；

所述的平面砂轮在磨削加工正交面齿轮时，使用的是砂轮端面，此端面是一个平面；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B需满足

Z ₃  = Z ₄ ，ω ₃  = -ω ₄   

其中Z ₃ 、Z ₄ 、ω ₃ 、ω ₄ 分别是所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B的齿数和转速；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的齿条刀与所述的虚拟齿轮B需满足

m ₄  = m ₅  , α ₄  = α ₅ ， V ₅  =d ₄ ω ₄ /2

其中，m ₄ 、m ₅ 、α ₄ 、α ₅ 分别为所述的虚拟齿轮B与所述的齿条刀的模数和压力角，V ₅ 为所述的齿条刀的速度，d ₄ 为所述的虚拟齿轮B的分度圆直径。

实施例3：

根据实施例2所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，所述的平面砂轮在加工过程中，在绕Z ₃ 摆动的同时，还绕其自身轴线做高速旋转，其转速是恒定的；所述的平面砂轮的工作表面与所述的齿条刀的工作表面重合；

所述的平面砂轮每绕Z ₃ 摆动一个由磨齿机床的精度决定的角度，就在所述的正交面齿轮的径向进行一次往返进给运动；另外的半个齿的齿面，由一只配对使用的砂轮进行磨削；在加工完一个完整的齿槽后，所述的平面砂轮退出正交面齿轮齿槽，正交面齿轮工作台进行分度运动，以加工下一个齿槽；正交面齿轮在加工前需要进行热处理。

实施例4：

所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，其步骤如下：

1. 对正交面齿轮预先进行热处理，以提高材料的综合性能。将正交面齿轮安装于分度工作台上，平面砂轮安装于砂轮主轴上。

将平面砂轮移至对刀位置，进行对刀，对刀完成后。将平面砂轮移至加工位置。当平面砂轮移至加工位置后，砂轮绕主轴做高速旋转，同时正交面齿轮与平面砂轮以恒定的转速比摆动一个微小的角度，然后平面砂轮往正交面齿轮的径向往返进给一次，达到切削齿面的效果。如此反复摆动和进给，直到切削完整个齿槽。

在加工完一个完整的齿槽后，平面砂轮退出面齿轮齿槽，正交面齿轮工作台进行分度运动，以加工下一个齿槽。如此反复，直到加工完整个面齿轮。

若加工余量分几次工序分配，则重复上述1、2、3的操作直至加工完成。

本发明提出双虚拟插齿刀的概念，建立基于此概念的侧廓线为直线的砂轮磨削面齿轮的磨削原理；利用面齿轮理论磨削过程中面齿轮与虚拟插齿刀啮合、虚拟插齿刀与反向虚拟插齿刀啮合、反向虚拟插齿刀和齿条啮合的共点啮合的特点，进行磨削运动规划，推导出面齿轮齿面方程；通过磨削形成齿面与理论齿面的法向比对，获得齿面理论误差分布规律。

实施例5：

所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，利用平面砂轮磨削面齿轮的加工方法包括：正交面齿轮、平面砂轮、虚拟直齿轮A和虚拟直齿轮B，在加工过程中正交面齿轮绕Ｚ _ｆ 轴摆动，平面砂轮以恒定的转速Ｗ _ｓ 绕其自身轴线Ｚ _ｓ 旋转，同时正交平面砂轮还绕插齿刀具的轴线Z ₃ 摆动和沿着X _d 做横向移动，虚拟直齿轮A以转速Ｗ _ｚ１ 绕自身轴线Ｚ _ｚ１ 旋转，虚拟直齿轮B以转速W _z2 绕自身轴线Z _z2 旋转，在旋转过程中，平面砂轮齿面磨削掉与其相接触的正交面齿轮齿面，达到磨削加工面齿轮的效果，平面砂轮每摆动一个角度或每横向移动一段距离，就沿着正交面齿轮的径向直线往返进给一次，加工完成一个完整的齿槽后，正交面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个正交面齿轮。该方法可以利用普通的平面砂轮和磨齿加工设备，实现对正交面齿轮齿面的高精度创成，达到正交面齿轮高精度加工的效果，提高正交面齿轮的综合传动性能。

Claims (3)

1.一种基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，其特征是：通过采用双虚拟小齿轮，并以平面砂轮的工作平面模拟齿条刀的工作齿面的方法进行面齿轮的磨齿加工，其中，正交面齿轮与虚拟直齿轮A正确啮合，所述的虚拟直齿轮A与虚拟直齿轮B正确啮合，所述的虚拟直齿轮B与所述的齿条刀啮合，即是与平面砂轮啮合；在加工过程中面齿轮绕Ｚ_ｆ轴摆动，平面砂轮以恒定的转速Ｗ_ｓ绕其自身轴线Ｚ_ｓ旋转，同时平面砂轮还绕插齿刀具的轴线Z₃摆动，所述的虚拟直齿轮A以转速Ｗ₃绕自身轴线Ｚ₃旋转，所述的虚拟直齿轮B以转速W₄绕自身轴线Z₄旋转，在旋转过程中，平面砂轮齿面磨削掉与其相接触的正交面齿轮齿面，达到磨削加工正交面齿轮的效果，所述的平面砂轮每摆动一个角度，就沿着正交面齿轮的径向直线往返进给一次，加工完成一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个正交面齿轮。

2.根据权利要求1 所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，其特征是: 正交面齿轮绕Z_f的转速C与平面砂轮绕Z₃的转速B之间的转速比是恒定的，并且

ω₃/ω_f = N₃/N_f       

其中Nc与N_f分别是所述的直齿轮与所述的正交面齿轮的齿数；

所述的平面砂轮在磨削加工正交面齿轮时，使用的是砂轮端面，此端面是一个平面；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B需满足

Z₃ = Z₄ ，ω₃ = -ω₄  

其中Z₃、Z₄、ω₃、ω₄分别是所述的虚拟齿轮A与所述的虚拟齿轮B的齿数和转速；

在正交面齿轮齿面方程的推导中，所述的齿条刀与所述的虚拟齿轮B需满足

m₄ = m₅ , α₄ = α₅ ， V₅ =d₄ω₄/2

其中，m₄、m₅、α₄、α₅分别为所述的虚拟齿轮B与所述的齿条刀的模数和压力角，V₅为所述的齿条刀的速度，d₄ 为所述的虚拟齿轮B的分度圆直径。

3.根据权利要求2 所述的基于平面砂轮端面的正交面齿轮磨削加工方法，其特征是:所述的平面砂轮在加工过程中，在绕Z₃摆动的同时，还绕其自身轴线做高速旋转，其转速是恒定的；所述的平面砂轮的工作表面与所述的齿条刀5的工作表面重合；

所述的平面砂轮每绕Z₃摆动一个由磨齿机床的精度决定的角度，就在所述的正交面齿轮的径向进行一次往返进给运动；另外的半个齿的齿面，由一只配对使用的砂轮进行磨削；在加工完一个完整的齿槽后，所述的平面砂轮退出正交面齿轮齿槽，正交面齿轮工作台进行分度运动，以加工下一个齿槽；正交面齿轮在加工前需要进行热处理。

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