CN1042007C - 二次包络环面蜗轮滚刀的齿背磨法 - Google Patents

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本发明是涉及二次包络环面蜗轮滚刀的一种磨削齿背的工艺方法。在数控四轴联动环面蜗杆磨床上，采用轴向截形与蜗杆齿面的法向截形一致的成型砂轮进行磨削，砂轮轴线置于滚刀齿面的法截面中。按本发明提供的加工方法可使二次包络环面蜗轮滚刀精确成型，节省大量费用，滚刀刃带宽度及后角均能精确控制。

Description

二次包络环面蜗轮滚刀的齿背磨法
本发明是涉及二次包络环面蜗轮滚刀的一种磨削齿背的工艺方法。
滚刀在切削蜗轮时，通常保持一定宽度的切削刃带，而且为了保证被加工蜗轮的光洁度，精度及滚刀的使用寿命，滚刀必须具有一定的后角。对各种圆柱形蜗轮滚刀的齿背磨削，可在滚刀铲背机床，如K96、K8950等上完成。也可在数控四轴联动环面蜗杆磨床上加工环面蜗轮滚刀，按常规。滚刀转动。砂轮旋转，还沿滚刀螺旋方向进给运动，即既有径向进给又有螺旋进给。但，对普通直线型环面蜗轮滚刀，由于滚刀螺旋面不是可展曲面，因此滚刀刃带螺旋面无法精确铲磨成型，一直只能采用近似磨削的方法加工滚刀刃带。各种型线的二次包络环面蜗轮滚刀，虽刀具外形与普通直线型环面蜗轮滚刀十分相似，但两者的成型原理截然不同，既不能采用普通直线型环面蜗轮滚刀的近似磨削方法，更不可能在现有的滚刀铲背机床上、按现有方法磨削二次包络环面蜗轮滚刀的齿背，目前，只能采用手工修磨齿背的方法，滚刀刃带宽度及后角均无法精确控制。
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供一种可精确控制刃带宽度及后角的二次包络环面蜗轮滚刀的齿背磨削方法。
可采取以下的技术方案实现目的，在数控四轴联动环面蜗杆磨床上加工，滚刀转动，砂轮旋转、还沿滚刀螺旋线方向进给运动，即既有径向进给又有螺旋进给，但采用轴向截形与滚刀齿面的法向截形一致的成型砂轮进行磨削，砂轮轴线置于滚刀齿面的法截面中。可形成一定宽度的刃带并保证一定的后角。
本技术相对现有技术具有如下优点，在数控四轴联动环面蜗杆磨床上，磨削二次包络环面蜗轮滚刀，只需依据计算机求出滚刀各刀齿的分圆法截形坐标值，就可按本发明提出的加工方法使二次包络环面蜗轮滚刀精确成型，打破了传统的用凸轮靠模铲磨滚刀齿背的常规方式，节省大量费用，由于数控机床运动准确，滚刀刃带宽度及后角均能精确控制。
结合附图、实施方式对本技术方案的内容作进一步详述。
图1是回转曲面砂轮二次包络环面蜗轮滚刀示意图：
a、为平面砂轮二次包络环面蜗轮滚刀磨削成型示意图；
b、为砂轮内锥面二次包络环面蜗轮滚刀磨削成型示意图；
图2是滚刀轴截面喉部对称齿示意图；
图3是滚刀法截面喉部对称齿示意图；
图4(a)是二次包络环面蜗轮滚刀外形图；
图4(b)是二次包络环面蜗轮滚刀轴截面齿形图；
图5是砂轮轴截面廓线示意图；
图6是滚刀各刀齿对应角示意图；
图7是砂轮与滚刀的相对位置及修形运动关系示意图；
图8是二次包络环面蜗轮滚刀齿背磨削顺序示意图。
图中：
ω(1)表示滚刀旋转角速度；
ω(2)表示砂轮旋转角速度；
a表示砂轮的平面；
b表示砂轮的内锥面；
r0表示主基圆半径；
S1，S2……Sn表示滚刀左侧齿廓；
G1，G2……Gn表示滚刀右侧齿廓(n＝1～5)；
K0表示滚刀旋转轴线(0，i0，j0，k0)与滚刀联系的坐标系；
bmox表示滚刀最大齿顶宽；
bmon表示滚刀最小齿顶宽；
Φ1表示滚刀旋转角；
Φ2表示砂轮旋转角；
Z表示滚刀旋转角(0；x，y，z )与滚刀联系的坐标系；
Zt表示砂轮旋转轴(0t；xt，yt，zt)与砂轮联系的坐标系；
Ot表示砂轮旋转中心。
二次包络环面蜗轮滚刀是泛指以各种回转曲面砂轮包络、具有相应型线的各种环面蜗轮滚刀，诸如圆环面二次包络、渐开线二次包络及附图1所示的平面二次包络，锥面二次包络等等，从图中可以看出砂轮均为回转曲面，而曲面的截形分别是平面直线，锥形线。
各种型线的二次包络环面蜗轮滚刀未开齿前、与对应蜗杆的齿形完全相同，开齿(槽)之后，才形成滚刀，即滚刀与蜗杆具有一致性，这一点与现有技术没有差别。
本磨削方法必须在数控四轴联动(CNC)、环面蜗杆磨床上进行加工，只有这种机床才能满足运动关系和相应的控制要求，其加工调整方法具体如下：
先将蜗轮滚刀齿坯卡装在数控蜗杆磨床的两顶尖间，依照磨削蜗杆的成型方法，加工蜗轮滚刀的刃口，即滚刀刃带的一次包络成型。
修整砂轮，使其成为成型砂轮，即使砂轮的轴向截形与基本蜗杆螺旋面的法向截形完全一致，附图2、3分别给出了滚刀轴向及法向喉部对称齿的截形。由于各种型线的二次包络环面蜗轮滚刀的刃带螺旋面是可展曲面，它与蜗杆螺旋面一样可包络成型，因此，二次包络环面蜗轮滚刀的刃带可以被精确磨削成型，这是不成问题的；二次包络环面蜗轮滚刀的特异之处在于各个刀齿的尺寸处处不同，共轴截面齿形如附图4(b)的所示，图中喉部(中央部位)齿宽最宽bmax，依次向外减薄，边齿齿宽最小bmin。如选择滚刀喉部左右对称的法面截形作为砂轮的轴截形，如图5所示，可采用电子计算机精确求算出蜗轮滚刀喉部法面截形齿廓的坐标值。
例：中心距a＝125.00mm，蜗杆头数Z1＝3，蜗轮齿轮Z2＝20，滚刀分度圆直径D1＝56.00mm，滚刀顶圆直径DA1＝64.00mm，径向变位系数Xi＝0.00，速比变位系数DZ＝0.00轴向变位系数B＝0.00，起始角PHIO＝4.1711，砂轮倾角BETA＝17.200，槽数AK＝1时，可求得一组蜗杆法截面坐标值。
Figure C9312046700061
按上述方法将滚刀每个刀齿分圆P点处法面截形坐标值(Xn，Yn，Zn)求出，然后输入数控四轴联动环面蜗杆磨床砂轮修整器的电脑中，对砂轮的轴截面依据滚刀法截面坐标对应值进行修形，可获得理想的砂轮轴截形廓线，如图5所示，对滚刀具它齿形的修整，可按附图6所示的滚刀各刀齿所处的位置对砂轮进行修整。形成成型砂轮。
调整砂轮位置，在机床上使砂轮轴线置于滚刀齿面的法截面中，如附图7所示，砂轮OtZt轴安放在过P点的滚刀齿面的法面之中，并移动砂轮，使滚刀刃带螺旋面与砂轮贴合。
控制数控四轴联动环面蜗杆磨床的ψ1、ψ2、A、B四个运动：
令滚刀旋转ψ1并附加一个转角Δψ1，使滚刀刃带预留至指定的宽度，通常控制在(0.1-0.15)mm范围内；
砂轮旋转角ψ2，并令砂轮沿Yt方向进给一个Δψ2的磨量，其Δψ2可控制在(0.1-0.2)mm范围内；
砂轮沿A、B方向运动，即使砂轮与滚刀产生相对螺旋进给运动。按滚刀回转ψ1等于一个齿距角γ＝360°/Z2(式中Z2为蜗轮齿数)，使滚刀齿侧产生后角；
砂轮沿滚刀径向退出，第一个滚刀齿的齿背磨削完成；
砂轮和滚刀均旋转另一个ψ1及ψ2，沿滚刀螺旋线方向的第二个滚刀齿进入磨削位置。
滚刀齿背铲磨顺序如附图8所示，图中(a)为未磨齿背的刀齿；(b)为磨刀齿侧面示意图(c)为齿侧后角形成示意图；(d)为齿侧及顶后角均磨出示意图。
砂轮再按照下一个刀齿的分圆法截面坐标进行轴面成型修整后，重复上述控制过程，即可将全部刀齿齿背磨削成型。磨削滚刀各齿的顶刃后角时，遵从上述磨削方法，但不必走螺旋进给、只走径向进给，即可磨出所需的后角。

Claims (1)

1、一种二次包络环面蜗轮滚刀的齿背磨法，在数控四轴联动环面蜗杆磨床上加工，滚刀转动，砂轮旋转，还沿滚刀螺旋线方向进给运动，即既有径向进给又有螺旋进给，其特征在于：
a、使用轴向截形与滚刀齿面的法向截形一致的成型砂轮进行磨削；
b、砂轮轴线置于滚刀齿面的法截面中。
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