CN117548746A - 一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法。包括以下步骤：根据珩磨轮材质和加工要求，确定每次珩磨轮齿顶修整量和齿廓修整量；分析齿顶修整的加工机理，确定修整过程中联动轴及运动量；基于齿顶修整后的珩磨轮和修整轮齿面方程，建立齿廓修整后的珩磨轮修整模型；分析节圆啮合点处速度关系，得出轴交角与中心距之间的映射关系；将轴交角与中心距之间的映射关系式代入齿廓修整后珩磨轮数学模型中，得到变轴交角珩磨轮修整模型；本发明通过改变每次修整的轴交角大小保证了修整前后工件齿面纹理恒定。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工工艺技术领域，具体涉及内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法。
技术背景
内啮合强力珩齿加工是典型的高精度机械加工工艺，其所用刀具是内斜齿轮，由粘合剂和磨料组成，属于砂轮的一种。珩磨轮在加工一段时间后，由于磨料的磨损以及珩磨轮表面的堵塞，会导致珩削力的降低和磨削温度的升高。这时使用珩磨轮加工会使被珩工件的加工精度和表面质量下降，严重时甚至会导致机床精度的降低。因此，有必要对失去正常加工能力的珩磨轮进行修整，以恢复其加工能力。
关于内啮合强力珩齿机的珩磨轮修整，通常都是将与工件相同的金刚石修整轮放置在加工位置，通过珩磨轮的径向进给与修整轮啮合实现珩磨轮的修整，在此过程中并不会改变轴交角，此种加工工艺称作定轴交角修整。定轴交角修整尽管可以使得刀具恢复加工正常加工能力，但是在随着修整量越来越大，珩磨轮的齿形也会发生改变。而这种珩磨轮加工工件会导致工件加工精度受到影响，甚至会使得工件不合格。故本发明提出了一种珩磨轮修整框架，采用变轴交角修整方法，通过改变每次珩磨轮修整时的轴交角来保证加工工件的纹理恒定，从而保证工件的加工质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，以保证珩磨轮修整前后加工工件质量；
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，即一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，所述内啮合强力珩齿机包括珩磨轮旋转轴C1、珩磨轮刀架旋转轴A、珩磨轮刀架摆动轴B、珩磨轮径向移动轴X、珩磨轮轴向移动轴Z、工件旋转轴C2，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分析珩磨轮修整工艺，建立包含齿顶修整和齿廓修整的变轴交角珩磨轮修整框架；
步骤2：分析齿顶修整的加工机理，确定齿顶修整过程中运动轴及运动量；
步骤3：基于齿顶修整后珩磨轮，分析齿廓修整的加工机理，提出一种变轴交角珩磨轮修整模型；
优选地，步骤1中所述包含齿顶修整和齿廓修整的变轴交角珩磨轮修整框架，具体流程为：
(1)根据珩磨轮材质和加工工件要求，确定每次珩磨轮齿顶修整量和齿廓修整量；
(2)根据齿顶修整的工艺要求，确定运动轴及运动量，为齿顶修整数控编程提供数据支撑；
(3)分析齿廓修整的影响因素，建立轴交角与中心距之间的映射关系；
(4)根据轴交角与中心距之间的映射关系，建立变轴交角珩磨轮修整模型；
优选地，步骤2所述确定齿顶修整过程中运动轴及运动量流程为：
(1)分析珩齿机各运动轴的作用机理，确定参与齿顶修整的运动轴包含珩磨轮旋转轴C1、珩磨轮刀架旋转轴A、珩磨轮径向移动轴X、珩磨轮轴向移动轴Z；
(2)根据齿顶修整工艺要求，确定C1轴转速，根据齿顶修整量，确定X轴进给量，根据珩磨轮的基本参数，确定Z轴左右振荡距离，A轴转角即为轴交角，根据轴交角与中心距之间的映射关系求得。
优选地，步骤3中所述的变轴交角珩磨轮修整模型，其具体流程为：
(1)基于加工要求的齿廓修形曲线，建立包含齿廓修形的特殊修整轮的齿面数学模型，其齿面方程为：
式中，θ为修整轮齿轮螺旋增量角，σ0为修整轮齿面起始角，u为为修整轮渐开线展开角，rb为修整轮基圆半径，P(u)为齿廓修形曲线方程，p为修整轮螺旋面导程；
(2)根据曲面啮合原理，建立修整后珩磨轮齿面模型，其齿面表达式为：
式中，(xh,yh,zh)为修整后珩磨轮齿面坐标,为修整轮转角，Fz为珩磨轮沿修整轮轴线移动距离，rd(u,θ)为修整轮坐标矢量，/>为修整轮坐标矢量，nd为修整轮法向量矢量，nh为修整轮法向量矢量，/>为修整轮与珩磨轮之间的坐标变换矩阵，/>为/>中的3×3矩阵；
(3)分析齿廓修整啮合点处速度关系，建立珩磨轮节圆螺旋角与中心距关系式，关系式表示为：
式中，β01为珩磨轮节圆螺旋角，β02为修整轮节圆螺旋角，w1为珩磨轮转动角速度，w2为修整轮转动角速度，r01为珩磨轮节圆半径，r02为修整轮节圆半径；
(4)轴交角与中心距之间的映射关系确定过程具体如下：
1)根据齿廓修整量以及修整轮基本参数，确定齿廓累计修整量、中心距、修整轮节圆半径和螺旋角，具体公式表达为如下：
式中，r2为修整轮分度圆半径，β2为修整轮节圆螺旋角，Δα为齿廓修整单次修整量，n为齿廓修整累计修整次数，a'为修整后中心距，a为未修整时中心距；
2)根据轴交角计算原理，轴交角与中心距之间的映射关系可以表示为：
(5)将轴交角与中心距之间的映射关系式代入珩磨轮齿面模型，得出变轴交角珩磨轮修整模型，该模型根据不同的齿廓累计修整量得出对应的珩磨轮齿面模型。
本发明的有益效果是：
1.本发明根据加工实际，给出了齿顶修整加工参数的计算方法。
2.本发明以节圆处啮合点为分析对象，得出齿廓累计修整量与轴交角之间关系式，由累计修整量快速确定修整时的轴交角大小，通过旋转珩磨轮刀架旋转轴改变加工角度，该方法能够保证修整前后加工齿轮的齿面纹理恒定。
附图说明
图1内啮合强力珩齿机珩磨轮修整方法流程
图2修整轮和珩磨轮之间坐标关系示意图
图3轴交角与累计修整量对应关系曲线图
图4变轴交角修整下不同修整量对应的齿面相对速度方向
图5在定轴交角修整下不同修整量对应的齿面相对运动速度
图6在变轴交角修整下不同修整量对应的齿面相对运动速度
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
本发明以内啮合强力珩齿机为研究对象，刀具是微面刚玉内斜齿珩磨轮，修整轮为金刚石修整轮。珩磨轮基本参数为：模数mn＝2.55,齿数zh＝107,珩磨轮螺旋角β1＝23.8°，压力角αn＝20°，变位系数x1＝0。修整轮基本参数为：模数mn＝2.55,齿数zd＝24,修整轮螺旋角β2＝33.8°，压力角αn＝20°，变位系数x1＝0，根据实际加工要求齿顶修整量Δα0＝0.13mm，齿廓修整轮Δα＝0.17mm。
参见图1，一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法操作步骤如下：
根据给出珩磨轮和修整轮的基本参数，得出其他参数如表1所示。
表1其他参数
| 参数 | 表达式 | 参数值 |
| 修整轮端面压力角αt/(°) | αt＝acrtan(tanαn/cosβ2) | 23.6517 |
| 修整轮分度圆半径r2/mm | r2＝mn*zd/(2cosβ2) | 36.8238 |
| 修整轮基圆半径rb/mm | rb＝r2*cosαt | 34.2954 |
| 修整轮螺旋面导程p/mm | p＝r2/tanβ2 | 55.0067 |
| 未修整前中心距a/mm | a＝mn(zh/cosβ1-zd/cosβ2) | 112.2811 |
| 传动比i12 | i12＝zh/zd | 4.4583 |
分析珩齿机各运动轴的作用机理以及珩磨轮齿顶修整的意义，确定参与齿顶修整的运动轴包含珩磨轮旋转轴C1、珩磨轮刀架旋转轴A、珩磨轮径向移动轴X、珩磨轮轴向移动轴Z，其中X轴的径向进给量为Δα0，根据加工经验，Z轴左右振荡距离量为1.5mm，A轴转动角度，即为每次齿廓修整的轴交角大小。
然后建立齿廓修整过程修整轮和珩磨轮的空间坐标系如图2所示，其中有修整轮固定坐标系S(O1-x1,y1,z1)、修整轮坐标系Sd(Od-xd,yd,zd)、机床固定坐标系S2(O2-x2,y2,z2)、珩磨轮固定坐标系S3(O3-x3,y3,z3)、珩磨轮辅助坐标系S4(O4-x4,y4,z4)|、珩磨轮坐标系Sh(Oh-xh,yh,zh)，为修整轮转角，/>为珩磨轮转角，Σ为珩磨轮与修整轮轴线夹角，即轴交角，a为珩磨轮与修整轮之间的中心距，Fz为珩磨轮沿Z轴移动距离。
包含齿廓修形的特殊修整轮在修整轮坐标系Sd中，其齿面方程表示为：
式中，u为渐开线的展角，u0为渐开线起始点处展角，L为渐开线展开长度，Ch为最大修整量。
由图2可以得出特殊修整轮与珩磨轮之间的坐标变换Mhd:
式中为珩磨轮转角。
根据曲面啮合原理，将修整轮齿面方程经过坐标变换，建立修整后珩磨轮齿面方程，表示为：
根据修整时节圆啮合点处速度关系，求得轴交角与中心距之间的映射关系式，将参数值代入得：
给定得单次齿廓修整量Δα＝0.17mm，当累计修整次数n为0、5、10、15时，对应得累计齿廓修整量分别为0mm、0.85mm、1.7mm、2.55mm，将累计修整量代入上式就可以求得对应得轴交角大小，求得对应中心距分别为112.281mm、113.131mm、113.981mm、114.831mm，对应的轴交角分别为10°、9.2740°、8.5756°、7.9023°。当累计修整量为1.7mm时，珩磨轮齿顶修整和齿廓修整的轴交角都为8.5756°，对应的珩磨轮刀架旋转轴A转动8.5756°。图3为轴交角与累计修整量对应关系曲线图。
采用数值仿真的方法，利用建立的变轴交角珩磨轮修整模型加工工件，对修整前后齿面情况进行对比分析。图4是变轴交角修整下不同修整量对应的工件齿面相对速度方向，分析可知，利用变轴交角方法修整珩磨轮，然后加工的工件齿面相对速度方向基本保持不变，修整前后工件齿面纹理维持恒定。分别采用定轴交角和变轴交角进行修整，得到不同修整量对应的齿面相对运动速度如图5和图6所示，分析可知，变轴交角修整下加工的工件齿面相对运动速度变化较为平稳，齿面质量一致性较高。
Claims (4)
1.一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，所述内啮合强力珩齿机包括珩磨轮旋转轴C1、珩磨轮刀架旋转轴A、珩磨轮刀架摆动轴B、珩磨轮径向移动轴X、珩磨轮轴向移动轴Z、工件旋转轴C2，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分析珩磨轮修整工艺，建立包含齿顶修整和齿廓修整的变轴交角珩磨轮修整框架；
步骤2：分析齿顶修整的加工机理，确定齿顶修整过程中运动轴及运动量；
步骤3：基于齿顶修整后珩磨轮，分析齿廓修整的加工机理，提出一种变轴交角珩磨轮修整模型。
2.根据权利要求1所述的一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，其特征在于：步骤1中包含齿顶修整和齿廓修整的变轴交角珩磨轮修整框架为：
(1)根据珩磨轮材质和加工工件要求，确定每次珩磨轮齿顶修整量和齿廓修整量；
(2)根据齿顶修整的工艺要求，确定运动轴及运动量，为齿顶修整数控编程提供数据支撑；
(3)分析齿廓修整的影响因素，建立轴交角与中心距之间的映射关系；
(4)根据轴交角与中心距之间的映射关系，建立变轴交角珩磨轮修整模型。
3.根据权利要求1所述的一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，其特征在于：步骤2中确定齿顶修整过程中运动轴及运动量流程为：
(1)分析珩齿机各运动轴的作用机理，确定参与齿顶修整的运动轴包含珩磨轮旋转轴C1、珩磨轮刀架旋转轴A、珩磨轮径向移动轴X、珩磨轮轴向移动轴Z；
(2)根据齿顶修整工艺要求，确定C1轴转速，根据齿顶修整量，确定X轴进给量，根据珩磨轮的基本参数，确定Z轴左右振荡距离，A轴转角即为轴交角，根据轴交角与中心距之间的映射关系求得。
4.根据权利要求1所述的一种内啮合强力珩齿机变轴交角珩磨轮修整方法，其特征在于：步骤3中所述变轴交角珩磨轮修整模型，其具体流程为：
(1)基于加工要求的齿廓修形曲线，建立包含齿廓修形的特殊修整轮的齿面数学模型，其齿面方程为：
式中，θ为修整轮齿轮螺旋增量角，σ0为修整轮齿面起始角，u为为修整轮渐开线展开角，rb为修整轮基圆半径，P(u)为齿廓修形曲线方程，p为修整轮螺旋面导程；
(2)根据曲面啮合原理，建立修整后珩磨轮齿面模型，其齿面表达式为：
式中，(xh,yh,zh)为修整后珩磨轮齿面坐标,为修整轮转角，Fz为珩磨轮沿修整轮轴线移动距离，rd(u,θ)为修整轮坐标矢量，/>为修整轮坐标矢量，nd为修整轮法向量矢量，nh为修整轮法向量矢量，/>为修整轮与珩磨轮之间的坐标变换矩阵，为/>中的3×3矩阵；
(3)分析齿廓修整啮合点处速度关系，建立珩磨轮节圆螺旋角与中心距关系式；
(4)分析齿廓修整加工机理，确定齿廓累计修整量、中心距、修整轮节圆半径和螺旋角，并根据轴交角计算原理，确定轴交角与中心距之间的映射关系；
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