Y7132型磨齒機(jī)改造為展成法數(shù)控直齒錐齒輪磨齒機(jī)

范良成

(浙江務(wù)成機(jī)械制造有限公司，浙江 臺(tái)州 318017)

?

Y7132型磨齒機(jī)改造為展成法數(shù)控直齒錐齒輪磨齒機(jī)

范良成

(浙江務(wù)成機(jī)械制造有限公司，浙江 臺(tái)州 318017)

介紹了一種由平頂齒輪刨齒工作原理推導(dǎo)出的展成法磨削直齒錐齒輪的方法。Y7132型磨齒機(jī)經(jīng)數(shù)控化改造后，實(shí)現(xiàn)展成法摩削直齒錐齒輪，通過磨削實(shí)例分析加工原理，并介紹加工方法。

直齒錐齒輪；展成法磨削；數(shù)控化改造

直齒錐齒輪磨齒機(jī)是用兩個(gè)碟形砂輪以滾切法同時(shí)磨削兩個(gè)齒面完成加工的機(jī)床[1]。由于這種磨床目前用得很少，所以文獻(xiàn)[1]也未對(duì)其作詳細(xì)說明。但從其文字表述可知，該設(shè)備可能是類似于直齒錐齒輪雙刀盤銑齒機(jī)，只是將銑刀變成了砂輪。據(jù)了解，這種磨床國(guó)內(nèi)尚無生產(chǎn)且價(jià)格不菲。

直齒錐齒輪滲碳淬火后必然產(chǎn)生熱處理變形，若各熱處理工序控制不好，其變形量對(duì)齒輪嚙合質(zhì)量的影響是巨大的。筆者所在單位為提高齒輪精度，決定對(duì)直齒錐齒輪進(jìn)行磨削加工，但購(gòu)買進(jìn)口設(shè)備又不現(xiàn)實(shí)。為此，筆者通過對(duì)平頂齒輪刨齒工作原理的研究，提出一種由Y7132型磨齒機(jī)數(shù)控化改造后展成法(也叫滾切法)磨削直齒錐齒輪的方法。通過實(shí)踐，磨削效果令人滿意。文中將對(duì)此進(jìn)行介紹。

1　磨齒機(jī)(改裝)的工作原理和結(jié)構(gòu)

該磨齒機(jī)(改裝)的工作原理實(shí)質(zhì)就是平頂齒輪刨齒工作原理。刨齒工作原理分平頂齒輪原理和平面齒輪原理。雖然按平頂齒輪原理刨出的齒輪曲線是一條近似于漸開線的曲線，但刨刀的切削運(yùn)動(dòng)方向不受被切齒輪齒根角θf的影響，這使得機(jī)床動(dòng)作大大簡(jiǎn)化，如Y236刨齒機(jī)便是按此原理設(shè)計(jì)的[2]。況且磨前齒坯也是按平頂齒輪原理刨齒機(jī)加工而成的。

1.1平頂齒輪刨齒工作原理

平頂齒輪原理[2-3]就是頂錐角等于90°的錐齒輪，其節(jié)錐面為一錐面(如圖1)，以成對(duì)刨刀來代替平頂齒輪的一個(gè)齒與被加工齒輪做無間隙嚙合，就能切出所需齒形。切削過程中，直齒錐齒輪刨刀做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)繞平頂齒輪(即搖臺(tái))中心OC轉(zhuǎn)動(dòng)，而被切齒輪則繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，形成展成運(yùn)動(dòng)，兩把作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的側(cè)刃刨刀交替刨削一個(gè)輪齒的兩個(gè)齒面來完成加工。圖1中，也可看成是被切齒輪的嚙合節(jié)錐面與平頂齒輪的嚙合節(jié)錐面相切做純滾動(dòng)，其滾比ic為：

(1)

或

(2)

式中：δ為被切齒輪分錐角；z為被切齒輪齒數(shù)；zc為平頂齒輪齒數(shù)；θf為被切齒輪齒根角。

1.2滾切刨齒的產(chǎn)形面和刀位[2]

滾切刨齒的產(chǎn)形面和刀位的幾何關(guān)系，如圖2所示。搖臺(tái)平面上刨刀刃尖的運(yùn)動(dòng)軌跡與通過機(jī)床中心的輪齒平分線的夾角稱為刀架齒距角，用λ(單位：(°))表示。調(diào)整刀架齒距角將影響齒厚和齒面接觸情況。

(3)

式中：R為大端錐距；hf為大端齒根高；s為大端分度圓弧齒厚；α為壓力角。

1.3磨齒機(jī)(改裝)的結(jié)構(gòu)及展成磨削動(dòng)作

圖1中，假設(shè)平頂齒輪固定不動(dòng)，輪系由定軸輪系變成行星輪系。被切齒輪與平頂齒輪作無間隙嚙合，被切齒輪的運(yùn)動(dòng)則變成：既繞OC公轉(zhuǎn)的同時(shí)，又繞其自身軸線自轉(zhuǎn)。若將直齒錐齒輪裝夾在圖3所示的改裝磨齒機(jī)上磨削，由于砂輪在滑枕的作用下，只作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以砂輪一條錐面母線在滑枕的直線運(yùn)動(dòng)下形成的面，就可以看作是固定不動(dòng)的平頂齒輪的一個(gè)齒面。相同的，假設(shè)圖2中的刨刀不繞搖臺(tái)(機(jī)床)中心旋轉(zhuǎn)，只作直線往復(fù)刨削運(yùn)動(dòng)，若將圖3中砂輪的一條錐面母線看作是圖2中的刨刀刀刃，則砂輪錐面母線在滑枕直線運(yùn)動(dòng)下形成的面也就可以看作是圖2中的產(chǎn)形面。

因此，圖3中所示磨齒機(jī)的展成磨削運(yùn)動(dòng)就是被磨齒輪自轉(zhuǎn)一定角度，公轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度，水平工作臺(tái)移動(dòng)相應(yīng)距離，三軸聯(lián)動(dòng)后，砂輪(滑枕)走刀一次。如此循環(huán)，完成某個(gè)齒面的磨削加工。

砂輪的修整可利用Y7132型磨齒機(jī)原配的砂輪修整器進(jìn)行修整，也可在工作臺(tái)上安裝金鋼筆，利用升降工作臺(tái)和水平工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)進(jìn)行修整。移動(dòng)升降工作臺(tái)還可對(duì)修整后的砂輪進(jìn)行補(bǔ)償。

數(shù)控改造后，除砂輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)采用普通的三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)外，其余的工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、滑枕驅(qū)動(dòng)，全部采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其中，滑枕和水平工作臺(tái)改為滾珠絲杠傳動(dòng)。

2　磨削實(shí)例分析

2.1機(jī)床調(diào)整與相關(guān)說明

先調(diào)節(jié)圖3中所示的根錐角調(diào)節(jié)座，使齒輪根錐與滑枕運(yùn)動(dòng)軌跡平行，再調(diào)整齒輪中心軸線(即自轉(zhuǎn)軸線)、公轉(zhuǎn)軸線至砂輪兩錐面對(duì)稱中心平面內(nèi)，如圖4所示。

圖4中，OO1是錐頂O沿自轉(zhuǎn)軸線方向至公轉(zhuǎn)軸線O1C的距離。O＇O＇1是OO1在水平面上的投影。該例r=178.277 3 mm，該數(shù)值與根錐角、分錐角、錐距及夾具尺寸等因素有關(guān)。

已知滾比ic=1.295 9，可知該齒輪作為行星輪與固定不動(dòng)的平頂齒輪作嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，若該齒輪公轉(zhuǎn)1°，則自轉(zhuǎn)1.295 9°；若該齒輪自轉(zhuǎn)1°，則公轉(zhuǎn)0.771 66°。也就是說自轉(zhuǎn)角度始終都是公轉(zhuǎn)角度的1.295 9倍。

2.2展成磨削動(dòng)作

若將砂輪看成是刨刀，那么圖4中的A點(diǎn)便是刨刀刃尖。那么改裝磨床如何動(dòng)作才能使λ角的一條邊O＇D和A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合？為使O＇D和A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合，需先將齒輪以O(shè)＇1點(diǎn)為圓心，順時(shí)針公轉(zhuǎn)一個(gè)λ角的度數(shù)(5.95°)，結(jié)果如圖5a所示。此時(shí)，O＇點(diǎn)與砂輪兩錐面對(duì)稱中心平面的距離為L(zhǎng)1(18.48 mm)，輪齒與砂輪的位置關(guān)系如圖5a所示。接著水平工作臺(tái)動(dòng)作，將齒輪向左平移，移動(dòng)量為L(zhǎng)1+B/2，結(jié)果如圖5b所示。此時(shí)，λ角的一條邊O＇D和A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡重合且齒廓上固定弦處與砂輪錐面母線相切。

假設(shè)此時(shí)要磨削固定弦起往下的齒面(實(shí)際加工中并不會(huì)如此操作，而是砂輪從齒頂逐步向齒根磨出齒面，在此筆者只是想更為透徹地闡明加工原理)，機(jī)床的動(dòng)作是：若齒輪逆時(shí)針自轉(zhuǎn)10°(為使讀者能更加直觀地看清楚展成過程，筆者特將自轉(zhuǎn)角度設(shè)成一個(gè)較大的數(shù)值。實(shí)際加工時(shí)，該齒輪每次自轉(zhuǎn)角度為0.5°，足以保證磨出齒面的光滑和連續(xù))，則公轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)逆時(shí)針公轉(zhuǎn)7.716 6°結(jié)果如圖5c所示。此時(shí)，O＇點(diǎn)與通過A點(diǎn)的鉛垂面的距離為L(zhǎng)2(23.976 3 mm)，輪齒與砂輪的位置關(guān)系如圖5c所示。接著水平工作臺(tái)動(dòng)作，將齒輪向右平移，移動(dòng)量為L(zhǎng)2，結(jié)果如圖5d所示。此時(shí)齒廓與砂輪錐面母線相切，砂輪(滑枕)走刀一次。

當(dāng)齒輪與砂輪位置處于圖5b狀態(tài)時(shí)，若要磨削固定弦起往上的齒面，則齒輪的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、水平移動(dòng)方向也相應(yīng)改變。即齒輪需順時(shí)針自轉(zhuǎn)，順時(shí)針公轉(zhuǎn)，水平工作臺(tái)向左平移。

每次公轉(zhuǎn)后移動(dòng)水平工作臺(tái)的目的是使O＇點(diǎn)處于通過A點(diǎn)的鉛垂面內(nèi),移動(dòng)的距離由r的大小及公轉(zhuǎn)的角度決定。利用二維軟件(如CAXA)在r圓弧上找出各個(gè)點(diǎn)位，編入程序。為不累積誤差，應(yīng)使用絕對(duì)坐標(biāo)編程。

2.3自轉(zhuǎn)角度的確定

當(dāng)砂輪從齒頂逐步向齒根展成磨出齒面時(shí)，為磨出全部齒面，齒輪需自轉(zhuǎn)一定角度。若該角度小了，則磨不出全部齒面；若該角度大了，則有可能碰傷輪齒根部，甚至碰傷相鄰輪齒。對(duì)于齒輪自轉(zhuǎn)多少角度剛好能加工出全部齒面，文獻(xiàn)[4]有較為詳盡的論述，本文在此不贅述。雖然文獻(xiàn)[4]討論的是刨齒機(jī)問題，但其公式同樣適用于本文介紹的改裝磨齒機(jī)。當(dāng)然，自轉(zhuǎn)角度的確定，最簡(jiǎn)便直接的辦法就是試磨。

2.4齒根圓角問題

如圖5d所示，砂輪磨至齒根時(shí)，為不使砂輪尖角碰傷齒根圓弧，宜將砂輪尖角倒圓。

3　結(jié)語

本文介紹的直齒錐齒輪磨齒機(jī)，是在普通磨齒機(jī)的基礎(chǔ)上數(shù)控化改造而成。改造難度不大，設(shè)備總成本也相對(duì)較低，卻很好地解決了直齒錐齒輪淬硬后的熱處理變形問題，提高了齒輪精度和改善了齒面粗糙度。

[1]齒輪手冊(cè)編委會(huì).齒輪手冊(cè)[M]. 2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[3]田培棠. 齒輪刀具設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2011：301-302.

[4]艾國(guó)維.關(guān)于刨齒機(jī)搖臺(tái)擺角公式探討[J].現(xiàn)代機(jī)械,1980(4)：29-32.

用汽車變速箱及底盤傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的加工制造。

如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法，請(qǐng)將文章編號(hào)填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置。

Y7132 type gear grinding machine is transformed to straight bevel gear grinding machine with generating method

FAN Liangcheng

(Zhejiang Wucheng Machinery Manufacturing Co., Ltd., Taizhou 318017, CHN)

Introduce a generating method for grinding straight bevel gears derived by flat top gear gear-shaping work principle. Introduce Y7132 gear grinding machine NC transformation, through example analysis of machining principle, introduce processing method.

straight tooth bevel gear; generating method of grinding; NC transformation

TG61+6

B

范良成，男，1981年生，工程師，從事礦

(編輯孫德茂)(2015-09-15)

160431