CN114682859A - 蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法及加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法及加工装置，属于齿轮加工技术领域，将齿轮的齿廓倾斜偏差补偿转化为压力角补偿，再以摆动的方式通过调整修整轮的角度来实现压力角补偿，简化了补偿的数学模型，并且相较于通过砂轮在Z轴和X轴方向进行移动，改变修整轮在砂轮上法向截形的方式，在进行小模数齿轮补偿时，能够避免砂轮移动出现的干涉问题；在齿轮的左右齿面倾斜偏差不对称时，利用调整砂轮的导程使压力角偏差同增和同减，使得左右齿面的压力角偏差数值相等，通过统一调整修整轮实现对齿轮左右齿面的同步补偿加工，具有很好的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及齿轮加工技术领域，具体涉及一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法及加工装置。
背景技术
随着新能源汽车领域的快速发展，齿轮作为传动系统中的关键零部件，其生产的技术水平，影响着整个领域的发展与进步。目前汽车厂家对齿轮的噪声、平稳性有着越来越严苛的要求，要求的齿轮精度也越来越来高，而齿轮在加工过后与设计的齿轮总是有着各种各样的偏差，如齿距偏差、齿廓偏差、螺旋线偏差等，这就需要我们提高生产水平，努力去减小偏差。
齿轮的齿廓偏差可以分出齿廓倾斜偏差和齿廓形状偏差。倾斜偏差与形状偏差是性质不同的偏差，形状偏差是相对稳定的，主要由机床精度、刀具刃口、砂轮质量、冷却液等决定，而倾斜偏差常常需要齿轮加工操作者调整机床来达到要求。倾斜偏差在计量学中又被称为位置偏差，齿廓中相对于齿轮基圆的偏差，倾斜偏差能直接反映出齿轮装配后啮合的基本情况，故齿轮机床粗调试加工后，通过测量获得的齿廓倾斜偏差和螺旋线倾斜偏差来精确地调整基圆直径偏差或压力角偏差，是提高齿轮精度的重要方法。
在蜗杆砂轮磨齿机上，齿轮加工后，当左、右齿面的齿廓倾斜偏差fHα不一致时，现调整齿廓倾斜偏差的方式大多为通过在Z轴及X轴方向调整砂轮的位置，然后用修整轮重新修整砂轮来进行补偿，通过调节砂轮方式在补偿小模数齿轮时效果较差，且计算过程特别复杂，十分不利于计算补偿。
发明内容
技术目的：针对现有蜗杆砂轮磨齿机进行齿轮的补偿加工时，调节砂轮进行小模数齿轮偏差补偿加工计算复杂，调节难度大的不足，本发明公开了一种能够对小模数齿轮进行补偿加工，调节简便，计算量小的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法及加工装置。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，包括步骤：
S01、先将齿轮的齿廓倾斜偏差转换成压力角偏差；
S02、然后依据齿轮的左右齿面的压力角偏差将修整轮在水平面上摆动相应的角度；
S03、计算摆动前后修整轮上同一点在水平面上变动的距离，将砂轮的位置在水平面上按照修整轮在水平面的变动对应进行位置调整；
S04、启动修整轮对砂轮进行修整，使用修整后的砂轮进行齿轮的齿廓倾斜偏差进行补偿加工。
优选地，本发明在步骤S02中，齿轮的左齿面压力角偏差fα1，齿轮右齿面压力角偏差为fα2，修整轮在水平面上摆动的角度值为
摆动方向为使压力角偏差数值变小的方向。
优选地，本发明在齿轮的左右齿面倾斜偏差不相等时，对应的压力角偏差也不相等，在进行修整轮的摆动调节之前，先通过调整砂轮导程的方式对齿轮左右齿面的进行同增或者同减，使齿轮左右齿面的压力角偏差数值一致。
优选地，本发明调整导程过程包括：根据公式：m砂·cosα砂＝m工·cosα工，其中m砂表示砂轮模数，α砂表示砂轮压力角，m工表示齿轮的模数，α工表示齿轮的压力角；α砂、m工不变，m砂与α工成反比，通过需要同增或者同减的压力角数值，得到砂轮模数m砂的调整数值，再将砂轮模数的变化通过公式L砂＝k·m砂·π，L砂—砂轮导程，k—砂轮头数转换为砂轮的导程，在进行修整轮的摆动调节时，同步进行砂轮导程的调整。
优选地，本发明在步骤S03中，对调整轮在水平面上同一点位置变化计算过程包括：计算在Y方向的变化值
计算在X方向的变化值
其中D表示修整轮的参考直径，Da表示修整轮轮齿端部之间的距离，αn为齿轮的法向压力角；计算出修整轮摆动产生的ΔY、ΔX之后，通过机床调整砂轮向修整轮的摆动方向移动对应的距离。
优选地，本发明修整轮的参考直径D通过参考宽度W来确定，
其中mn表示齿轮的法向模数；参考宽度投影在修整轮的轮齿上的位置作为参考直径D的端点。
本发明还提供一种专用于上述补偿加工方法的加工装置，包括与蜗杆砂轮磨齿机的砂轮同向设置的修整轮，在修整轮的下方设置用于带动修整轮在水平面上沿修整轮竖直中心进行摆动的摆动机构，修整轮与摆动机构之间通过底座配合连接，摆动机构包括竖直设置的修整轮摆动轴，在修整轮摆动轴的下端连接有伺服电机，伺服电机通过谐波减速机驱动修整轮摆动轴回转，在修整轮摆动轴靠近底座的一端设有与底座下端面相配合的台阶面，修整轮摆动轴的端部伸入底座内部并与底座转动连接，台阶面与底座的下端面之间通过连接环连接，连接环固定在修整轮摆动轴的端面上，连接环通过连接螺栓与底座连接，在伺服电机带动修整轮摆动轴转动时，带动底座上的修整轮在水平面上摆动。
优选地，本发明在修整轮摆动轴上设有角度编码器，角度编码器与伺服电机电连接，将修整轮摆动轴的绝对转动角度反馈给伺服电机。
有益效果：本发明所提供的一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法及加工装置具有如下有益效果：
1、本发明将齿轮的齿廓倾斜偏差补偿转化为压力角补偿，再通过修整轮摆动对应角度进行补偿，计算过程简便，补偿精确度高，易于设备的调节。
2、本发明能够对小模数齿轮进行补偿，不受机床本身调节空间的限制，相较于常规通过调节砂轮在Z轴及X轴方向移动，改变修整轮在砂轮上法向截形的方式，在小导程或小模数的情况下会受到移动空间的限制。
3、本发明通过修整轮摆动轴带动修整轮在水平面上进行调整，实现对齿轮的齿廓倾斜偏差补偿，并且针对齿轮左右齿面偏差不对称的情形，通过调整砂轮的导程实现压力角的同增与同减，降低调整难度，实现对齿轮左右齿面的同步补偿加工，保证补偿精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
图1为本发明渐开线的形成图；
图2为本发明齿廓示意图；
图3为本发明修整轮示意图；
图4为本发明补偿加工装置结构剖视图；
其中，1-修整轮、2-底座、3-修整轮摆动轴、4-伺服电机、5-连接环、6-连接螺栓。
具体实施方式
下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明公开了一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，包括步骤：S01、先将齿轮的齿廓倾斜偏差转换成压力角偏差；
在步骤S01中将齿廓倾斜偏差转换为压力角偏差的过程包括：
如图1和图2所示，根据渐开线的原理可知，rb＝r·cosα，drb＝-r·sinα·dα+cosα·dr；
令dr＝0，可得：
其中，rb—基圆半径，r—任意圆半径，α—压力角；
ρ—切线长度，μ—渐开线展开角和压力角之和；
ρ＝rb·μ
dρ＝drb·μ
如图2所示，A-轮齿齿顶或倒角的起点；E-齿廓计值范围的终点；C-设计齿廓在分度圆上的一点；S-有效齿廓的起始点；F-可用齿廓起始点；Lα-齿廓计值范围，等于齿廓计值范围的终点处的切线长度ρe减去起始点的切线长度ρs；LAS-有效长度；LAF-可用长度；Fα-齿廓总偏差。
将齿轮的齿廓计值范围Lα的起始点和终测点代入：
dρe-dρs＝fHα
其中，ρe-ρs＝Lα，代入可得：
最终可得压力角偏差fα：
αt表示齿轮端面压力角，fHα表示齿轮齿面的倾斜偏差，单位为微米(μm)，Lα单位为毫米(mm)，fα单位为弧度(rad)。
S02、然后依据齿轮的左右齿面的压力角偏差将修整轮在水平面上摆动相应的角度。
计算出齿轮左右齿面的压力角偏差，齿轮的左齿面压力角偏差fα1，齿轮右齿面压力角偏差为fα2，修整轮在水平面上摆动的角度值为
摆动方向为使压力角偏差数值变小的方向。
在齿轮的左右齿面倾斜偏差不相等时，对应的压力角偏差也不相等，在进行修整轮的摆动调节之前，先通过调整砂轮导程的方式对齿轮左右齿面的进行同增或者同减，使齿轮左右齿面的压力角偏差数值一致。
调整砂轮导程过程包括：根据公式：m砂·cosα砂＝m工·cosα工，其中m砂表示砂轮模数，α砂表示砂轮压力角，m工表示齿轮的模数，α工表示齿轮的压力角；α砂、m工不变，m砂与α工成反比，通过需要同增或者同减的压力角数值，得到砂轮模数m砂的调整数值，再将砂轮模数的变化通过公式L砂＝k·m砂·π，L砂表示砂轮导程，k—砂轮头数，转换为砂轮的导程，在进行修整轮的摆动调节时，同步进行砂轮导程的调整。
在修整轮摆动后，其同一点会在X轴和Y轴方向上产生偏移，由于砂轮的导程同样会对压力角产生影响，因此需要将砂轮同样在水平面上进行相应的移动，需要进行步骤S03。
S03、计算摆动前后修整轮上同一点在水平面上变动的距离，将砂轮的位置在水平面上按照修整轮在水平面的变动对应进行位置调整。
对调整轮在水平面上同一点位置变化计算过程包括：计算在Y方向的变化值
计算在X方向的变化值
其中D表示修整轮的参考直径，Da表示修整轮轮齿端部之间的距离，αn为齿轮的法向压力角，ΔY、ΔX单位均为毫米(mm)；计算出修整轮摆动产生的ΔY、ΔX之后，通过机床调整砂轮向修整轮的摆动方向移动对应的距离。这样可以使砂轮与修整轮保持同步移动，修整轮的参考直径D通过参考宽度W来确定，如图3所示，参考宽度
其中mn表示齿轮的法向模数，由于砂轮可以加工不同规格的齿轮，因此修整轮的参考宽度依据待加工齿轮的模数进行选取；参考宽度投影在修整轮的轮齿上的位置作为参考直径D的端点。
本发明的补偿加工方法可对小模数齿轮进行补偿，常规通过砂轮在Z轴及X轴方向进行移动，改变修整轮在砂轮上法向截形的方式，在小导程或小模数的情况下，实际效果很不理想，例如齿轮Mn＝1.32，Z＝20，αt＝22.5°，变位系数X＝0.5965，砂轮头数为1，若此零件左齿面倾斜偏差fHα1＝0.01mm,右齿面倾斜偏差fHα2＝-0.01mm，此时若采用常规方式进行补偿，根据计算，其砂轮在Z轴方向需要上移103.09mm，X轴方向需要前进29.42mm，实际上砂轮按此移动的话就会出现干涉问题，而使用本发明的方法无需考虑干涉问题问题。
如图4所示为本发明所提供的一种专用于上述补偿加工方法的补偿加工装置，以使修整轮可以精确进行摆动，补偿装置包括与蜗杆砂轮磨齿机的砂轮同向设置的修整轮1，在修整轮1的下方设置用于带动修整轮1在水平面上沿修整轮竖直中心进行摆动的摆动机构，修整轮1与摆动机构之间通过底座2配合连接，摆动机构包括竖直设置的修整轮摆动轴3，在修整轮摆动轴3的下端连接有伺服电机4，伺服电机4通过谐波减速机驱动修整轮摆动轴3回转，在修整轮摆动轴3靠近底座的一端设有与底座下端面相配合的台阶面，修整轮摆动轴3的端部伸入底座2内部并与底座2转动连接，台阶面与底座2的下端面之间通过连接环5连接，连接环5固定在修整轮摆动轴3的端面上，连接环5通过连接螺栓6与底座2连接，在伺服电机4带动修整轮摆动轴3转动时，带动底座2上的修整轮1在水平面上摆动。
在修整轮摆动轴3上设有角度编码器，角度编码器与伺服电机4电连接，将修整轮摆动轴3的绝对转动角度反馈给伺服电机4，通过角度编码器进行修整轮转动角度的精确控制。
按照本发明图4所示的方向，修整轮摆动轴3顺时针摆动为正方向，当齿轮左右齿面的压力角偏差值大小一致时，fα1＝-fα2，且fα1>0，修整轮摆动轴3应逆时针转动fα1的角度，fα1<0时，修整轮摆动轴3应顺时针转动fα2的角度；而当fα1≠-fα2时，假设fα1为0.03°，fα2为-0.04°，那么需要调整砂轮的导程，使齿轮的左右齿面压力角偏差均增大0.005°，同时修整轮摆动轴3逆时针转动0.035°，即可完成修整轮的摆动调节。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，包括步骤：
S01、先将齿轮的齿廓倾斜偏差转换成压力角偏差；
S02、然后依据齿轮的左右齿面的压力角偏差将修整轮在水平面上摆动相应的角度；
S03、计算摆动前后修整轮上同一点在水平面上变动的距离，将砂轮的位置在水平面上按照修整轮在水平面的变动对应进行位置调整；
S04、启动修整轮对砂轮进行修整，使用修整后的砂轮进行齿轮的齿廓倾斜偏差进行补偿加工。
2.根据权利要求1所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，在步骤S02中，齿轮的左齿面压力角偏差fα1，齿轮右齿面压力角偏差为fα2，修整轮在水平面上摆动的角度值为
摆动方向为使压力角偏差数值变小的方向。
3.根据权利要求2所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，在齿轮的左右齿面倾斜偏差不相等时，对应的压力角偏差也不相等，在进行修整轮的摆动调节之前，先通过调整砂轮导程的方式对齿轮左右齿面的进行同增或者同减，使齿轮左右齿面的压力角偏差数值一致。
4.根据权利要求3所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，调整导程过程包括：根据公式：m砂·cosα砂＝m工·cosα工，其中m砂表示砂轮模数，α砂表示砂轮压力角，m工表示齿轮的模数，α工表示齿轮的压力角；α砂、m工不变，m砂与α工成反比，通过需要同增或者同减的压力角数值，得到砂轮模数m砂的调整数值，再将砂轮模数的变化通过公式L砂＝k·m砂·π，L砂—砂轮导程，k—砂轮头数转换为砂轮的导程，在进行修整轮的摆动调节时，同步进行砂轮导程的调整。
5.根据权利要求3所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，在步骤S03中，对调整轮在水平面上同一点位置变化计算过程包括：计算在Y方向的变化值
计算在X方向的变化值
其中D表示修整轮的参考直径，Da表示修整轮轮齿端部之间的距离，αn为齿轮的法向压力角；计算出修整轮摆动产生的ΔY、ΔX之后，通过机床调整砂轮向修整轮的摆动方向移动对应的距离。
6.根据权利要求5所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工方法，其特征在于，所述修整轮的参考直径D通过参考宽度W来确定，
其中mn表示齿轮的法向模数；参考宽度投影在修整轮的轮齿上的位置作为参考直径D的端点。
7.一种蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工装置，其特征在于，包括与蜗杆砂轮磨齿机的砂轮同向设置的修整轮(1)，在修整轮(1)的下方设置用于带动修整轮(1)在水平面上沿修整轮竖直中心进行摆动的摆动机构，修整轮(1)与摆动机构之间通过底座(2)配合连接，摆动机构包括竖直设置的修整轮摆动轴(3)，在修整轮摆动轴(3)的下端连接有伺服电机(4)，伺服电机(4)通过谐波减速机驱动修整轮摆动轴(3)回转，在修整轮摆动轴(3)靠近底座的一端设有与底座下端面相配合的台阶面，修整轮摆动轴(3)的端部伸入底座(2)内部并与底座(2)转动连接，台阶面与底座(2)的下端面之间通过连接环(5)连接，连接环(5)固定在修整轮摆动轴(3)的端面上，连接环(5)通过连接螺栓(6)与底座(2)连接，在伺服电机(4)带动修整轮摆动轴(3)转动时，带动底座(2)上的修整轮(1)在水平面上摆动。
8.根据权利要求7所述的蜗杆砂轮磨齿机齿廓倾斜偏差补偿加工装置，其特征在于，在修整轮摆动轴(3)上设有角度编码器，角度编码器与伺服电机(4)电连接，将修整轮摆动轴(3)的绝对转动角度反馈给伺服电机(4)。
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