CN114515872A - 一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，属于齿轮齿面精加工领域，本方法将齿轮磨削过程分为粗磨和精磨两个阶段，给出了两个阶段较合理的磨削余量分配方案，粗磨阶段保证最大效率去除加工余量，精磨阶段保证齿轮齿部精度满足设计要求。本方法创新性的提出将砂轮在修整时分成若干区间段，并且每段的砂轮截面形状均根据齿轮齿面的扭曲值进行反向补偿，从而达到消除齿面扭曲的目的。在磨削加工阶段，本方法还创新的提出一种回退式窜刀方案，让第一个工件的精磨阶段砂轮区域在第二个工件的粗磨阶段重复利用，从而大幅提升砂轮的寿命。
Description
技术领域
本发明属于齿轮齿面精加工领域，具体涉及一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法。
背景技术
高速重载变速箱齿轮齿向普遍采用鼓形修形，能够改善加载后载荷分布不均匀状态。但采用连续展成法加工齿向带鼓形的斜齿轮时，几何误差会使齿面产生扭曲现象。随着新能源高速传动装置的发展，对齿轮传动高转速、低噪音的性能要求进一步提升，磨齿齿面扭曲消除技术的研究越来越受到重视。目前行业内还未有较完善的磨齿机齿面抗扭曲加工的砂轮窜刀方法，存在加工后齿形形状失真，砂轮利用率低，砂轮寿命不到普通非抗扭加工的30％等问题。
行业现有的砂轮窜刀方法，存在砂轮分段区域不合理、加工后齿形精度超差、砂轮寿命低等瓶颈问题，导致刀具成本是普通磨削的两倍以上，加工效率降低一半，尤其在重载传动领域，因齿形鼓形量较大，需要消除的扭曲量大，采用抗扭曲磨齿加工成本高昂，无法在大批量生产中推广应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，以解决现有技术中砂轮分段区域不合理、加工后齿形形状失真，砂轮有效利用率低，砂轮寿命低且在重载传动领域采用抗扭曲磨齿加工成本高昂，无法在大批量生产中推广应用的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，包括：
步骤一：确定砂轮有效使用长度，并根据消除扭曲量的大小确定分段；
步骤二：计算修整走刀路径并修整砂轮；
步骤三：根据粗磨、精磨分配磨削余量；
步骤四：通过砂轮的第一个分段区域对第一个工件进行粗磨；
步骤五：砂轮的第二个分段区域对第一个工件进行精磨；
步骤六：第一个工件精磨阶段的砂轮回退，继续完成第二个工件的粗磨；
步骤七：砂轮的下一个分段区域对第二个工件精磨；
步骤八：循环步骤四～步骤七的磨削加工直至砂轮的所有分段区域全部完成窜刀；
步骤九：确定窜刀循环次数并持续磨削；
步骤十：砂轮窜刀参数设定完成，开始磨削循环加工。
优选地，步骤一中根据齿轮模数大小将其有效使用段分成若干区域，模数0-2mm均分5段，模数2-3mm均分4段，模数3-6mm均分3段，模数6mm以上均分2段。
优选地，步骤二中采用磨齿机的抗扭曲计算软件包计算各区域段砂轮每个齿部的齿形倾斜偏差，将各区域段砂轮齿部齿形倾斜方向修整成与工件齿形倾斜方向相反。
优选地，步骤三中，工件粗磨加工余量为0.04-0.1mm，工件精磨加工余量为0.005-0.03mm。
优选地，步骤四中，粗磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮窜至第一个分段区域末，窜动行程为h1，工件粗磨完成，砂轮退刀。
优选地，步骤五中，砂轮在步骤四第一个分段区域末开始与工件啮合并进行精磨，精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮由第一个分段区域末窜至第二个分段区域末，窜动行程为h2，h2＝h1，精磨加工完成，砂轮退刀。
优选地，步骤六中，采用步骤五所用砂轮进行第二个工件的粗磨，砂轮轴向回退，进行横移动作，退至第一个工件的精磨起始点即第一个分段区域末开始磨削，砂轮窜至第二个分段区域末，窜动行程为h1，h1＝h2，工件粗磨完成，砂轮退刀。
优选地，步骤七中，砂轮在步骤六中第一个工件的第二个分段区域末即第二个工件的第一个分段区域末开始与工件啮合并进行精磨，精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮由第二个工件的第一个分段区域末窜至第二个分段区域末，窜动行程为h2，精磨加工完成，砂轮退刀。
优选地，步骤八中，一个窜刀循环完成后砂轮回到窜刀起始位置进行新一轮的窜刀循环。
优选地，步骤九中，通过测量循环磨削的所有工件精度确定，当该循环内出现工件不合格时，截至上一次的循环次数即为该型号砂轮的循环次数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，本方法将齿轮磨削过程分为粗磨和精磨两个阶段，粗磨阶段保证最大效率去除加工余量，精磨阶段保证齿轮齿部精度满足设计要求，解决了既保证齿轮加工精度又提升加工效率难题。同时，本方法创新性的提出将砂轮在修整时分成若干区间段，每段的砂轮截面形状均根据齿轮齿面的扭曲值进行反向补偿，从而达到消除齿面扭曲的目的。在磨削加工阶段，本方法还创新的提出一种回退式窜刀方案，让第一个工件的精磨阶段砂轮区域在第二个工件的粗磨阶段重复利用，从而大幅提升砂轮的寿命。本发明提出的磨齿机砂轮窜刀新方案在国产磨齿机上进行验证并推广应用，解决了抗扭曲加工后齿形失真不能满足产品精度要求问题，同时大幅提升砂轮的有效利用率，砂轮寿命较之前提升两倍，加工成本满足批量生产要求，已经在公司重点产品批量推广，对变速器传动性能提升显著。
进一步地，均分的每个区域段根据被磨削齿轮的自然扭曲量，在砂轮修整时将该区域段砂轮修整成与工件齿形倾斜方向相反，从而在磨削时进行反向补偿。
进一步地，工件粗磨加工余量为0.04-0.1mm，保证最大效率去除加工余量，工件精磨加工余量为0.005-0.03mm，保证齿轮齿部精度满足设计要求。
附图说明
图1为本发明加工流程图；
图2为本发明图1中第一分段区域的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明将齿轮磨削过程分为粗磨和精磨两个阶段，并给出了两个阶段较合理的磨削余量分配方案，粗磨阶段保证最大效率去除加工余量，精磨阶段保证齿轮齿部精度满足设计要求。解决了既保证齿轮加工精度又提升加工效率难题；本发明创新性的提出将砂轮在修整时将砂轮分成若干区间段，并且根据消除扭曲量的大小确定区间段的数量，从而减小齿形失真问题。修整时每个区域段的砂轮截面形状根据齿轮齿面的扭曲值进行反向补偿，从而达到消除齿面扭曲的目的；在磨削加工阶段，本方法还创新的提出一种回退式窜刀方案，让第一个工件的精磨阶段砂轮区域在第二个工件的粗磨阶段重复利用，从而大幅提升砂轮的寿命。
参见图1、图2，本发明公开了一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，包括以下步骤：
步骤1：确定砂轮有效使用长度；
为避让砂轮两端的不完全齿，砂轮与工件初始啮合位置从距离一端b1的O1处开始，见图，砂轮有效使用长度为：
L＝La-2×b1
b1＝Π×m，
其中m为齿轮模数；L为砂轮有效使用长度；La为砂轮总长度；Π为圆周率。
步骤2：确定砂轮分段数；
按照齿轮模数大小对砂轮有效使用长度进行分段均分成若干区域，模数0-2mm均分5段，模数2-3mm均分4段，模数3-6mm均分3段，模数6mm以上均分2段。
步骤3：计算修整走刀路径；
为实现抗扭曲磨齿加工，均分的每个区域段需要根据被磨削齿轮的自然扭曲量，在砂轮修整时将该区域段砂轮齿形倾斜方向修整成与工件齿形倾斜方向相反，从而在磨削时进行反向补偿，该区域段每个径向截面的齿形倾斜偏差都是不同的，每个截面的倾斜偏差值由磨齿机的抗扭曲计算软件包进行计算。
步骤4：砂轮修整；
启动磨齿机修整程序，修整滚轮按照步骤3计算的走刀路径对砂轮进行修整。
步骤5：磨削余量分配；
每个工件分粗磨和精磨两个阶段，工件粗磨加工余量即单侧法向齿厚余量推荐0.04-0.1mm；工件精磨加工余量即单侧法向齿厚余量推荐0.005-0.03mm。
步骤6：第一个工件粗磨；
启动磨齿机磨削程序，砂轮从图1中O1位置开始与工件啮合并开始粗磨，粗磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持严格的速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比。砂轮窜至第一个分段区域末，图1中位置A，窜动行程为h1，工件粗磨完成，砂轮退刀。
砂轮分段区域窜动行程的计算。砂轮均分的每个区域段窜动行程是相等的,即h1＝h2，而且h1包含两段区域，见图2:
1)第一段区域为砂轮与工件磨削时持续接触的窜刀行程c1，c1根据工件自然扭曲值大小由磨齿机的抗扭曲计算软件包计算得到。
2)第二段区域为粗磨完成后，砂轮进行横移1动作。该动作的作用在于砂轮与工件啮合是一段区域而不是一个点，在进行下个加工行程时需要避开上个行程已磨损的砂轮区域段，从而提升加工精度。
3)砂轮从图2的D点开始磨削至E点完成粗磨窜刀后，砂轮与工件脱离啮合并进行横移1动作走至F点，第一分段区域的窜刀完成。
横移1的行程:c2＝g×m,其中m为齿轮模数,g为蜗杆砂轮的头数。
第一分段区域的行程:h1＝c1+c2
其中，c1为砂轮与工件磨削时持续接触的窜刀行程；
步骤7：第一个工件精磨；
砂轮在步骤6第一个分段区域末即图1中位置A处开始与工件啮合并进行精磨，保证已使用砂轮不会参与精磨，保证精磨加工质量。精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持严格的速比关系，同步骤6，精磨加工行程完成，参见图1，砂轮由A点窜动至B点，精磨加工完成，砂轮退刀。第一个工件磨削完成。
步骤8：第二个工件粗磨；
在使用步骤5的磨削余量分配情况下，因砂轮在精磨时加工余量较小，砂轮损耗较少，可在下个工件粗磨时重复利用。为充分利用砂轮，提高砂轮寿命，本发明专利创新一种回退式走刀方法。第二个工件粗磨时砂轮轴向回退，进行横移2动作，退至第一个工件的精磨起始点A，从A点开始进行同步骤5的磨削过程。
步骤9：第二个工件精磨；
砂轮在第二个分段区域末即图1中位置B处开始与工件啮合并进行精磨，保证已使用砂轮不会参与精磨，保证精磨加工质量。精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持严格的速比关系，同步骤6，精磨加工行程完成，参见图1，砂轮由B点窜动至C点，精磨加工完成，砂轮退刀。第二个工件磨削完成。
步骤10：继续循环磨削；
按照步骤5至步骤9不断循环，直到砂轮的所有分段区域全部完成窜刀。砂轮的第一个窜刀循环完成。为最程度大利用砂轮寿命，一个窜刀循环完成后砂轮回到窜刀起始位置O1，进行新一轮的窜刀循环。
步骤11：确定窜刀循环次数并持续磨削。
在首次使用某一特定厂家或型号的砂轮时，因不同砂轮的性能情况不同，需要具体根据被加工齿轮的精度要求确定窜刀循环次数。通过测量本循环磨削的所有工件精度确定，当该循环内出现工件不合格时，截至上一次的循环次数即为该型号砂轮的循环次数。一般情况下可进行5-10次窜刀循环。
步骤12：砂轮窜刀参数设定完成，开始常规的磨削循环加工。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，包括：
步骤一：确定砂轮有效使用长度，并根据消除扭曲量的大小确定分段；
步骤二：计算修整走刀路径并修整砂轮；
步骤三：根据粗磨、精磨分配磨削余量；
步骤四：通过砂轮的第一个分段区域对第一个工件进行粗磨；
步骤五：砂轮的第二个分段区域对第一个工件进行精磨；
步骤六：第一个工件精磨阶段的砂轮回退，继续完成第二个工件的粗磨；
步骤七：砂轮的下一个分段区域对第二个工件精磨；
步骤八：循环步骤四～步骤七的磨削加工直至砂轮的所有分段区域全部完成窜刀；
步骤九：确定窜刀循环次数并持续磨削；
步骤十：砂轮窜刀参数设定完成，开始磨削循环加工。
2.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤一中根据齿轮模数大小将其有效使用段分成若干区域，模数0-2mm均分5段，模数2-3mm均分4段，模数3-6mm均分3段，模数6mm以上均分2段。
3.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤二中采用磨齿机的抗扭曲计算软件包计算各区域段砂轮每个齿部的齿形倾斜偏差，将各区域段砂轮齿部齿形倾斜方向修整成与工件齿形倾斜方向相反。
4.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤三中，工件粗磨加工余量为0.04-0.1mm，工件精磨加工余量为0.005-0.03mm。
5.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤四中，粗磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮窜至第一个分段区域末，窜动行程为h1，工件粗磨完成，砂轮退刀。
6.根据权利要求5所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤五中，砂轮在步骤四第一个分段区域末开始与工件啮合并进行精磨，精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮由第一个分段区域末窜至第二个分段区域末，窜动行程为h2，h2＝h1，精磨加工完成，砂轮退刀。
7.根据权利要求6所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤六中，采用步骤五所用砂轮进行第二个工件的粗磨，砂轮轴向回退，进行横移动作，退至第一个工件的精磨起始点即第一个分段区域末开始磨削，砂轮窜至第二个分段区域末，窜动行程为h1，h1＝h2，工件粗磨完成，砂轮退刀。
8.根据权利要求7所述的一种抗扭曲磨齿工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤七中，砂轮在步骤六中第一个工件的第二个分段区域末即第二个工件的第一个分段区域末开始与工件啮合并进行精磨，精磨时砂轮沿工件的轴向走刀速度和砂轮沿自身轴向的窜刀速度保持速比关系，速比值为工件磨削走刀行程与砂轮分段长度之比；砂轮由第二个工件的第一个分段区域末窜至第二个分段区域末，窜动行程为h2，精磨加工完成，砂轮退刀。
9.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤八中，一个窜刀循环完成后砂轮回到窜刀起始位置进行新一轮的窜刀循环。
10.根据权利要求1所述的一种抗扭曲磨齿加工的砂轮窜刀方法，其特征在于，步骤九中，通过测量循环磨削的所有工件精度确定，当该循环内出现工件不合格时，截至上一次的循环次数即为该型号砂轮的循环次数。
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