CN113927100B - 一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，包括：S1调整所述面齿轮的位置，S2移动所述面齿轮和/或所述蜗杆砂轮至对刀位置进行对刀，对刀完成后移动所述蜗杆砂轮至加工位置；S3控制所述面齿轮绕所述工件主轴C轴恒速旋转，S4在所述面齿轮和所述蜗杆砂轮旋转的同时，控制所述蜗杆砂轮按设定方向进给。本方法基于当下市面上常见的圆柱齿轮磨齿机进行面齿轮磨齿加工，无需另行设计面齿轮专用磨齿机床，极大地降低了生产成本，并且采用上述方法能够有效进行任意轴交角面齿轮磨齿加工，保证磨齿精度，有利于缩短开发周期、推广应用，弥补市场空白和技术薄弱点，实用性强。

Description

一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工方法，特别涉及一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法。

背景技术

面齿轮传动是指圆柱齿轮与锥齿轮相啮合实现空间相交或交错轴之间的传动。当面齿轮轴线与圆柱齿轮轴线的夹角为90°时称为正交面齿轮，面齿轮轴线与圆柱齿轮轴线的夹角不为90°时称为非正交面齿轮，正交面齿轮和非正交面齿轮统称为任意轴交角面齿轮。与锥齿轮相比较，面齿轮传动具有重合度大、承载能力强、稳定性强、振动小、占空间小等优点。随着航空航天事业的发展，面齿轮传动在飞行器的动力装置中得到广泛应用，占有很重要的地位。

面齿轮加工方法是面齿轮研究的主要任务之一，近年来国内外学者对其做了很多研究，但目前在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，使得面齿轮的应用只能停留在低速、轻载的场合，并不能满足航空器械的传动要求，为了进一步提高，一般需对面齿轮进行热处理，而热处理将对面齿轮齿面产生热胀变形，影响面齿轮的精度和传动性能，由于热处理后齿面硬度很高，采用一般的加工方法不易加工，必须研究磨齿加工方法才能解决。

并且对于面齿轮磨齿加工，国内在正交面齿轮的磨齿方面已取得一定进展，但对非正交面齿轮磨齿加工还在起步阶段。虽然在美国专利号US6390894(B1)对应的美国专利中公开了一种面齿轮磨齿机床，可很方便的实现任意轴交角的面齿轮磨齿加工，但该机床结构复杂，机床运动轴有十个之多，增加了数控控制的难度，也增加了成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，适用于现有结构的磨齿机，能够实现对面齿轮齿面的高精度磨齿加工。

根据本发明实施例的任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，所述方法采用圆柱齿轮磨齿机进行磨齿，所述圆柱齿轮磨齿机设置有工件主轴C轴和砂轮主轴B轴，将面齿轮安装于所述工件主轴C轴上，将蜗杆砂轮安装于所述砂轮主轴B轴上，并按以下步骤进行磨齿加工：

S1调整所述面齿轮的位置，使所述面齿轮的轴线与竖直方向的夹角为所述面齿轮轴交角γ，同时调节所述蜗杆砂轮至所述蜗杆砂轮的轴线与竖直方向的夹角为90°±λ，其中λ为所述蜗杆砂轮的导程角；

S2移动所述面齿轮和/或所述蜗杆砂轮至对刀位置进行对刀，对刀完成后移动所述蜗杆砂轮至加工位置；

S3控制所述面齿轮绕所述工件主轴C轴恒速旋转，控制所述蜗杆砂轮绕所述砂轮主轴B轴恒速旋转，两者的转速比恒定且满足公式

其中N_w为所述蜗杆砂轮的头数，N_f为所述面齿轮的齿数；

S4在所述面齿轮和所述蜗杆砂轮旋转的同时，控制所述蜗杆砂轮按设定方向进给。

根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：

本方法基于当下市面上常见的圆柱齿轮磨齿机进行面齿轮磨齿加工，无需另行设计面齿轮专用磨齿机床，极大地降低了生产成本，并且采用上述方法能够有效进行任意轴交角面齿轮磨齿加工，保证磨齿精度，有利于缩短开发周期、推广应用，弥补市场空白和技术薄弱点，实用性强。

根据本发明的一些实施例，在进行步骤S1之前对所述面齿轮预先进行热处理。

根据本发明的一些实施例，所述圆柱齿轮磨齿机包括：

床身；

立柱，沿水平X轴滑动地设置于所述床身上；

滑台，沿竖直Z轴滑动地设置于所述立柱上；

第一安装座，绕A轴转动地设置于所述滑台上，A轴平行于X轴；

砂轮箱体，沿Y轴滑动地设置于所述第一安装座上，Y轴垂直于X轴，所述砂轮主轴B轴沿平行于Y轴的方向设置于所述砂轮箱体上；

工件箱体，转动设置于所述床身上靠近所述砂轮箱体的位置，所述工件箱体的转轴垂直于X-Z平面，所述工件主轴C轴沿垂直于所述工件箱体的转轴的方向设置于所述工件箱体上。

根据本发明的一些实施例，所述圆柱齿轮磨齿机还包括摆台和金刚滚轮，所述摆台转动设置于所述床身上，其转轴平行于Z轴，所述金刚滚轮转动设置于所述摆台上，所述金刚滚轮的轴心垂直Z轴。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括蜗杆砂轮修整加工，具体包括以下步骤：

a1控制所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮对刀并完成所述蜗杆砂轮上一条曲线的修整；

a2移动所述金刚滚轮至所述蜗杆砂轮上另一条曲线对刀处进行修整，直至全部曲线修整完成。

根据本发明的一些实施例，在步骤a1中，先转动所述摆台控制所述金刚滚轮移动至对刀位置，再通过X、Y、Z、A、B轴联动控制所述蜗杆砂轮移动至对刀位置并完成一条曲线的修整。

根据本发明的一些实施例，在修整所述蜗杆砂轮的过程中，保持所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮的接触点相切。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明中圆柱齿轮磨齿机的一种结构示意图；

图2是金刚滚轮的一种工作示意图；

图3是面齿轮与蜗杆砂轮的位置调节示意图；

图4是面齿轮与蜗杆砂轮的旋向示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1～图4，本发明提出一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，本方法采用圆柱齿轮磨齿机进行磨齿，圆柱齿轮磨齿机设置有工件主轴C轴和砂轮主轴B轴，将面齿轮107安装于工件主轴C轴上，将蜗杆砂轮105安装于砂轮主轴B轴上，并按以下步骤进行磨齿加工：

S1调整面齿轮107的位置，使面齿轮107的轴线与竖直方向的夹角为面齿轮轴交角γ，同时调节蜗杆砂轮105至蜗杆砂轮105的轴线与竖直方向的夹角为90°±λ，其中λ为蜗杆砂轮105的导程角；

S2移动面齿轮107和/或蜗杆砂轮105至对刀位置进行对刀，对刀完成后移动蜗杆砂轮105至加工位置；

S3控制面齿轮107绕工件主轴C轴恒速旋转，控制蜗杆砂轮105绕砂轮主轴B轴恒速旋转，两者的转速比恒定且满足公式

其中N_w为蜗杆砂轮105的头数，N_f为面齿轮107的齿数；

S4在面齿轮107和蜗杆砂轮105旋转的同时，控制蜗杆砂轮105按设定方向进给。

本方法基于当下市面上常见的圆柱齿轮磨齿机进行面齿轮107磨齿加工，无需另行设计面齿轮107专用磨齿机床，极大地降低了生产成本，并且采用上述方法能够有效进行面齿轮107磨齿加工，保证磨齿精度，有利于缩短开发周期、推广应用，弥补市场空白和技术薄弱点，实用性强。

为了确保加工质量，在进行步骤S1之前对面齿轮107预先进行热处理，从而提高材料的综合性能。

以下本发明就一种相对具体的圆柱齿轮磨齿机对上述面齿轮107磨齿加工方法进行更细一步的描述。

参照图1，在本实施例中，该圆柱齿轮磨齿机包括：

床身100；

立柱101，沿水平X轴滑动地设置于床身100上；

滑台102，沿竖直Z轴滑动地设置于立柱101上；

第一安装座103，绕A轴转动地设置于滑台102上，A轴平行于X轴；

砂轮箱体104，沿Y轴滑动地设置于第一安装座103上，Y轴垂直于X轴，砂轮主轴B轴沿平行于Y轴的方向设置于砂轮箱体104上；

工件箱体106，转动设置于床身100上靠近砂轮箱体104的位置，工件箱体106的转轴垂直于X-Z平面，工件主轴C轴沿垂直于工件箱体106的转轴的方向设置于工件箱体106上。

工作时，先对面齿轮107进行热处理，再安装至工件主轴C轴上，将蜗杆砂轮105安装于砂轮主轴B轴上。转动工件箱体106，使得面齿轮107轴线与Z轴方向夹角为面齿轮107轴交角，转动A轴调整蜗杆砂轮105位置，使得蜗杆砂轮105的轴线与Z轴方向的夹角为90°±λ，该公式中的正负根据实际加工时蜗杆砂轮105的旋向决定，比如蜗杆砂轮105采用图4所示中的旋向时，该公式取负，反之则取正。之后移动蜗杆砂轮105至对刀位置与面齿轮107进行对刀，对刀完成后将蜗杆砂轮105移动至加工位置，从面齿轮107的内径位置向外径位置进行磨齿加工。在此加工过程中，控制面齿轮107和蜗杆砂轮105按前述公式恒定速率旋转。并且基于图3所示对刀位置，进给方向为Z轴方向。在进给过程中，可以分成多个加工余量，多次重复上述加工步骤，直至完成面齿轮107的加工。

由于本方法基于原有的数控机床进行，因此能够建立相应的数控模型，从而对床身100上的各个部件实现精确定位和控制，进而确保上述加工方法的进行。

考虑到蜗杆砂轮105需要进行修整，为了避免影响正常的磨齿加工，在一些实施例中，圆柱齿轮磨齿机还包括摆台109和金刚滚轮108，摆台109转动设置于床身100上，其转轴平行于Z轴，金刚滚轮108转动设置于摆台109上，金刚滚轮108的轴心垂直Z轴。该金刚滚轮108能够通过摆台109转动而移动至蜗杆砂轮105通过X、Y、Z、A、B轴的调节区域内，并且在移动至该调节区域内的设定位置的时候，金刚滚轮108的轴线垂直X轴。

与之对应的，本发明的加工方法还包括蜗杆砂轮105修整加工，具体包括以下步骤：

a1控制金刚滚轮108与蜗杆砂轮105对刀并完成蜗杆砂轮105上一条曲线的修整；

a2移动金刚滚轮108至蜗杆砂轮105上另一条曲线对刀处进行修整，直至全部曲线修整完成。

在步骤a1中，先转动摆台109控制金刚滚轮108移动至对刀位置，再通过X、Y、Z、A、B轴联动控制蜗杆砂轮105移动至对刀位置并完成一条曲线的修整。

为了确保修整质量，在修整蜗杆砂轮105的过程中，保持金刚滚轮108与蜗杆砂轮105的接触点相切。

综上所述，本发明中采用的圆柱齿轮磨齿机较传统结构而言，仅需增设一修整器，即可实现面齿轮107和圆柱齿轮在同一磨齿机上的高精密高效率磨齿加工。并且显然基于前述的结构设置，该机床结构可以便捷地加工任意轴交角的面齿轮107，包含正交与非正交的直角或斜齿面齿轮107，无需另行设计面齿轮107专用磨齿机床，减少机床的研发成本，缩短了试验周期。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于，所述方法采用圆柱齿轮磨齿机进行磨齿，所述圆柱齿轮磨齿机设置有工件主轴C轴和砂轮主轴B轴，将面齿轮安装于所述工件主轴C轴上，将蜗杆砂轮安装于所述砂轮主轴B轴上，并按以下步骤进行磨齿加工：

S1调整所述面齿轮的位置，使所述面齿轮的轴线与竖直方向的夹角为所述面齿轮轴交角γ，同时调节所述蜗杆砂轮至所述蜗杆砂轮的轴线与竖直方向的夹角为90°±λ，其中λ为所述蜗杆砂轮的导程角；

S2移动所述面齿轮和/或所述蜗杆砂轮至对刀位置进行对刀，对刀完成后移动所述蜗杆砂轮至加工位置；

S3控制所述面齿轮绕所述工件主轴C轴恒速旋转，控制所述蜗杆砂轮绕所述砂轮主轴B轴恒速旋转，两者的转速比恒定且满足公式

其中N_w为所述蜗杆砂轮的头数，N_f为所述面齿轮的齿数；

S4在所述面齿轮和所述蜗杆砂轮旋转的同时，控制所述蜗杆砂轮按设定方向进给；

所述圆柱齿轮磨齿机包括：

床身；

立柱，沿水平X轴滑动地设置于所述床身上；

滑台，沿竖直Z轴滑动地设置于所述立柱上；

第一安装座，绕A轴转动地设置于所述滑台上，A轴平行于X轴；

砂轮箱体，沿Y轴滑动地设置于所述第一安装座上，Y轴垂直于X轴，所述砂轮主轴B轴沿平行于Y轴的方向设置于所述砂轮箱体上；

工件箱体，转动设置于所述床身上靠近所述砂轮箱体的位置，所述工件箱体的转轴垂直于X-Z平面，所述工件主轴C轴沿垂直于所述工件箱体的转轴的方向设置于所述工件箱体上；

所述圆柱齿轮磨齿机还包括摆台和金刚滚轮，所述摆台转动设置于所述床身上，其转轴平行于Z轴，所述金刚滚轮转动设置于所述摆台上，所述金刚滚轮的轴心垂直Z轴；

所述方法还包括蜗杆砂轮修整加工，具体包括以下步骤：

a1控制所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮对刀并完成所述蜗杆砂轮上一条曲线的修整；

a2移动所述金刚滚轮至所述蜗杆砂轮上另一条曲线对刀处进行修整，直至全部曲线修整完成。

2.根据权利要求1所述的任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在进行步骤S1之前对所述面齿轮预先进行热处理。

3.根据权利要求1所述的任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在步骤a1中，先转动所述摆台控制所述金刚滚轮移动至对刀位置，再通过X、Y、Z、A、B轴联动控制所述蜗杆砂轮移动至对刀位置并完成一条曲线的修整。

4.根据权利要求1所述的任意轴交角面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在修整所述蜗杆砂轮的过程中，保持所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮的接触点相切。

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