CN113927101B - 一种面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，该方法基于螺旋锥齿轮磨齿机实现，方法包括：蜗杆砂轮修整加工，将蜗杆砂轮安装于砂轮主轴A轴上，通过砂轮主轴A轴与金刚滚轮的多轴联动实现金刚滚轮与蜗杆砂轮的对刀及螺旋曲面加工；面齿轮磨齿加工，将面齿轮安装于工件主轴B轴上，通过砂轮主轴A轴与工件主轴B轴的多轴联动实现面齿轮的磨齿加工。本方法采用上述结构设置的螺旋锥齿轮磨齿机进行面齿轮的磨齿加工，可以使机床具备对螺旋锥齿轮的加工和对面齿轮的加工两大功用，而对面齿轮加工而言，无需另行设计面齿轮专用的磨齿机床，极大地降低了生产成本，缩短了研发周期，弥补市场空白和技术短缺的问题，实用性强。

Description

一种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。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，国内尚无面齿轮专用磨齿机。在美国专利号US6390894(B1)对应的美国专利中设计了一种面齿轮磨齿机床，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，难于推广。

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，本发明提出一种面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，能够在现有锥齿轮磨齿机上构建面齿轮磨齿的数学模型，实现面齿轮在锥齿轮磨齿机上的高精密高效率磨齿加工。

根据本发明实施例的面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，所述方法基于螺旋锥齿轮磨齿机实现，所述螺旋锥齿轮磨齿机包括：

床身，

立柱，沿水平Y轴方向移动地设置于所述床身上，

砂轮箱体，沿竖直Z轴方向移动地设置于所述立柱上，所述砂轮箱体上设置有砂轮主轴A轴，所述砂轮主轴A轴垂直于Z-Y平面，

滑台，沿水平X轴方向移动地设置于所述床身上并靠近所述砂轮主轴A轴所在位置，

工件箱体，绕C轴转动地设置在所述滑台上，C轴平行于Z轴，所述工件箱体上设置有工件主轴B轴，所述工件主轴B轴垂直于Z轴，所述工件箱体上还设置有金刚滚轮，所述金刚滚轮的轴向垂直于Z轴且同时与所述工件主轴B轴成设定夹角；

所述方法包括：

蜗杆砂轮修整加工，将蜗杆砂轮安装于所述砂轮主轴A轴上，通过所述砂轮主轴A轴与所述金刚滚轮的X、Y、Z、A、C五轴联动实现所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮的对刀及螺旋曲面加工；

面齿轮磨齿加工，将面齿轮安装于所述工件主轴B轴上，通过所述砂轮主轴A轴与所述工件主轴B轴的X、Y、Z、A、B、C轴共同实现面齿轮的磨齿加工。先由C轴调整面齿轮的位置，使面齿轮轴线垂直于XY平面，然后砂轮主轴A轴和工件主轴B轴保持同步旋转，最后由X，Y，Z联动差补控制蜗杆砂轮沿指定方向的进给磨削。

根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：

本方法采用上述结构设置的螺旋锥齿轮磨齿机进行面齿轮的磨齿加工，可以使机床具备对螺旋锥齿轮的加工和对面齿轮的加工两大功用，而对面齿轮加工而言，无需另行设计面齿轮专用的磨齿机床，极大地降低了生产成本，缩短了研发周期，弥补市场空白和技术短缺的问题，实用性强。

根据本发明的一些实施例，在进行蜗杆砂轮修整加工的过程中，保持所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮曲线上的接触点相切。

根据本发明的一些实施例，在进行蜗杆砂轮修整加工时，先控制所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮上一条曲线的起点位置对刀，完成对该曲线的修整加工后，再与另一条曲线的起点位置对刀，直至完成全部曲线的修整加工。

根据本发明的一些实施例，在进行面齿轮磨齿加工之前，先对所述面齿轮预先进行热处理。

根据本发明的一些实施例，在进行面齿轮磨齿加工时，先转动C轴调整所述面齿轮的位置，使所述面齿轮的轴线与所述蜗杆砂轮的轴线垂直，再将所述蜗杆砂轮与所述面齿轮进行对刀，对刀完成之后，移动所述蜗杆砂轮至加工位置，控制所述面齿轮以恒定转速绕所述工件主轴B轴旋转、控制所述蜗杆砂轮以恒定转速绕所述砂轮主轴A轴旋转，并且在所述蜗杆砂轮旋转的同时，控制所述蜗杆砂轮沿所述设定方向进给，直至完成所述面齿轮的全部齿廓。

根据本发明的一些实施例，所述面齿轮绕所述工件主轴B轴旋转和所述蜗杆砂轮绕所述砂轮主轴A轴旋转的转速比恒定且满足以下关系式：

其中，N_w是所述蜗杆砂轮的头数，N_f是所述面齿轮的齿数。

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是螺旋锥齿轮磨齿机的一种结构示意图；

图2是面齿轮的锥角γ的一种示意图；

图3是蜗杆导程角λ的一种示意图。

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，本发明提出一种面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，该方法基于螺旋锥齿轮磨齿机实现，螺旋锥齿轮磨齿机包括：

床身100，

立柱101，沿水平Y轴方向移动地设置于床身100上，

砂轮箱体102，沿竖直Z轴方向移动地设置于立柱101上，砂轮箱体102上设置有砂轮主轴A轴，砂轮主轴A轴垂直于Z-Y平面，

滑台106，沿水平X轴方向移动地设置于床身100上并靠近砂轮主轴A轴所在位置，

工件箱体104，绕C轴转动地设置在滑台106上，C轴平行于Z轴，工件箱体104上设置有工件主轴B轴，工件主轴B轴垂直于Z轴，工件箱体104上还设置有金刚滚轮107，金刚滚轮107的轴向垂直于Z轴且同时与工件主轴B轴成设定夹角；

该方法主要包括：

蜗杆砂轮103修整加工，将蜗杆砂轮103安装于砂轮主轴A轴上，通过砂轮主轴A轴与金刚滚轮107的X、Y、Z、A、C五轴联动实现金刚滚轮107与蜗杆砂轮103的对刀及螺旋曲面加工；

面齿轮105磨齿加工，将面齿轮105安装于工件主轴B轴上，通过砂轮主轴A轴与工件主轴B轴的X、Y、Z、A、B、C轴共同实现面齿轮105的磨齿加工。如先由C轴调整面齿轮105的位置，使面齿轮105的轴线垂直于XY平面，然后砂轮主轴A轴和工件主轴B轴保持同步旋转，最后由X，Y，Z联动差补控制蜗杆砂轮103沿指定方向的进给磨削。

本方法通过采用上述结构设置的螺旋锥齿轮磨齿机进行面齿轮105的磨齿加工，可以使机床具备对螺旋锥齿轮的加工和对面齿轮105的加工两大功用。而对面齿轮105加工而言，无需另行设计面齿轮105专用的磨齿机床，极大地降低了生产成本，缩短了研发周期，弥补市场空白和技术短缺的问题，实用性强。并且该方法既能实现对蜗杆砂轮103的修整，同时也能实现蜗杆砂轮103对面齿轮105的磨齿加工。

由于蜗杆砂轮103的螺旋曲面可视为一组近似平行的螺旋曲线拟合而成，逐条完成螺旋曲线的修整直至全部，即相当于完成了整个蜗杆砂轮103的修整。故此，在进行蜗杆砂轮103修整加工时，先控制金刚滚轮107与蜗杆砂轮103上一条曲线的起点位置对刀，完成对该曲线的修整加工后，再与另一条曲线的起点位置对刀，直至完成全部曲线的修整加工。并且为了确保修整质量，在进行蜗杆砂轮103修整加工的过程中，保持金刚滚轮107与蜗杆砂轮103曲线上的接触点相切。

由于螺旋锥齿轮磨齿机的相关运动轴的参数已知，因此蜗杆砂轮103、金刚滚轮107于机床上的相对位置已知，同时蜗杆砂轮103、金刚滚轮107的初始参数已知，因此可以建立相应的数控模型，从而实现上述过程中的精确控制。但同时上述控制仅基于传统的六轴机床，较市面上已知的面齿轮105磨齿机构而言，结构得到极大地精简，因此该方法便于推广应用。

在本方法中，在进行面齿轮105磨齿加工之前，先对面齿轮105预先进行热处理，以提高面齿轮105材料的综合性能。

该面齿轮105磨齿加工的一种具体步骤如下：

1、先对面齿轮105预先进行热处理，再安装于工件主轴B轴上，同时将蜗杆砂轮103安装于砂轮主轴A轴上；

2、转动C轴调整面齿轮105的位置，使面齿轮105的轴线与蜗杆砂轮103的轴线垂直，再将蜗杆砂轮103与面齿轮105进行对刀；

3、对刀完成之后，移动蜗杆砂轮103至加工位置从面齿轮105的外径附近作为加工切入点；

4、加工开始时，控制面齿轮105以恒定转速绕工件主轴B轴旋转、控制蜗杆砂轮103以恒定转速绕砂轮主轴A轴旋转，面齿轮105绕工件主轴B轴旋转和蜗杆砂轮103绕砂轮主轴A轴旋转的转速比恒定且满足以下关系式：

其中，N_w是蜗杆砂轮103的头数，N_f是面齿轮105的齿数；

5、在蜗杆砂轮103旋转的同时，控制蜗杆砂轮103沿设定方向进给，直至完成面齿轮105的全部齿廓。参照图2和图3，其中蜗杆砂轮103具体的进给方向由蜗杆导程角λ和面齿轮105的锥角γ共同决定，并且进给速率由实际工况灵活决定，在此不作具体限定。

在实际加工过程中，加工余量可以分多次进行，即重复进行上述操作步骤即可。

在本方法中，蜗杆砂轮103的修整和面齿轮105的磨齿加工并无明确先后顺序，蜗杆砂轮103可以根据实际工况来设定修整次数进行，在此不作具体限定。

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)

1.一种面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于，所述方法基于螺旋锥齿轮磨齿机实现，所述螺旋锥齿轮磨齿机包括：

床身，

立柱，沿水平Y轴方向移动地设置于所述床身上，

砂轮箱体，沿竖直Z轴方向移动地设置于所述立柱上，所述砂轮箱体上设置有砂轮主轴A轴，所述砂轮主轴A轴垂直于Z-Y平面，

滑台，沿水平X轴方向移动地设置于所述床身上并靠近所述砂轮主轴A轴所在位置，

工件箱体，绕C轴转动地设置在所述滑台上，C轴平行于Z轴，所述工件箱体上设置有工件主轴B轴，所述工件主轴B轴垂直于Z轴，所述工件箱体上还设置有金刚滚轮，所述金刚滚轮的轴向垂直于Z轴且同时与所述工件主轴B轴成设定夹角；

所述方法包括：

蜗杆砂轮修整加工，将蜗杆砂轮安装于所述砂轮主轴A轴上，通过所述砂轮主轴A轴与所述金刚滚轮的X、Y、Z、A、C五轴联动实现所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮的对刀及螺旋曲面加工；

面齿轮磨齿加工，将面齿轮安装于所述工件主轴B轴上，通过所述砂轮主轴A轴与所述工件主轴B轴的X、Y、Z、A、B、C轴共同实现面齿轮的磨齿加工；

在进行面齿轮磨齿加工时，先转动C轴调整所述面齿轮的位置，使所述面齿轮的轴线与所述蜗杆砂轮的轴线垂直，再将所述蜗杆砂轮与所述面齿轮进行对刀，对刀完成之后，移动所述蜗杆砂轮至加工位置，控制所述面齿轮以恒定转速绕所述工件主轴B轴旋转、控制所述蜗杆砂轮以恒定转速绕所述砂轮主轴A轴旋转，并且在所述蜗杆砂轮旋转的同时，控制所述蜗杆砂轮沿设定方向进给，直至完成所述面齿轮的全部齿廓；

所述面齿轮绕所述工件主轴B轴旋转和所述蜗杆砂轮绕所述砂轮主轴A轴旋转的转速比恒定且满足以下关系式：

其中，N _w 是所述蜗杆砂轮的头数，N _f 是所述面齿轮的齿数。

2.根据权利要求1所述的面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在进行蜗杆砂轮修整加工的过程中，保持所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮曲线上的接触点相切。

3.根据权利要求1所述的面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在进行蜗杆砂轮修整加工时，先控制所述金刚滚轮与所述蜗杆砂轮上一条曲线的起点位置对刀，完成对该曲线的修整加工后，再与另一条曲线的起点位置对刀，直至完成全部曲线的修整加工。

4.根据权利要求1所述的面齿轮蜗杆砂轮磨齿加工方法，其特征在于：在进行面齿轮磨齿加工之前，先对所述面齿轮预先进行热处理。

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