Y7132型磨齒機改造為展成法數控直齒錐齒輪磨齒機

范良成

(浙江務成機械制造有限公司，浙江 臺州 318017)

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Y7132型磨齒機改造為展成法數控直齒錐齒輪磨齒機

范良成

(浙江務成機械制造有限公司，浙江 臺州 318017)

介紹了一種由平頂齒輪刨齒工作原理推導出的展成法磨削直齒錐齒輪的方法。Y7132型磨齒機經數控化改造后，實現展成法摩削直齒錐齒輪，通過磨削實例分析加工原理，并介紹加工方法。

直齒錐齒輪；展成法磨削；數控化改造

直齒錐齒輪磨齒機是用兩個碟形砂輪以滾切法同時磨削兩個齒面完成加工的機床[1]。由于這種磨床目前用得很少，所以文獻[1]也未對其作詳細說明。但從其文字表述可知，該設備可能是類似于直齒錐齒輪雙刀盤銑齒機，只是將銑刀變成了砂輪。據了解，這種磨床國內尚無生產且價格不菲。

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

1　磨齒機(改裝)的工作原理和結構

該磨齒機(改裝)的工作原理實質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，但刨刀的切削運動方向不受被切齒輪齒根角θf的影響，這使得機床動作大大簡化，如Y236刨齒機便是按此原理設計的[2]。況且磨前齒坯也是按平頂齒輪原理刨齒機加工而成的。

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，其節錐面為一錐面(如圖1)，以成對刨刀來代替平頂齒輪的一個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運動，同時繞平頂齒輪(即搖臺)中心OC轉動，而被切齒輪則繞自身軸線轉動，形成展成運動，兩把作往復運動的側刃刨刀交替刨削一個輪齒的兩個齒面來完成加工。圖1中，也可看成是被切齒輪的嚙合節錐面與平頂齒輪的嚙合節錐面相切做純滾動，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；zc為平頂齒輪齒數；θf為被切齒輪齒根角。

1.2滾切刨齒的產形面和刀位[2]

滾切刨齒的產形面和刀位的幾何關系，如圖2所示。搖臺平面上刨刀刃尖的運動軌跡與通過機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(改裝)的結構及展成磨削動作

圖1中，假設平頂齒輪固定不動，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，被切齒輪的運動則變成：既繞OC公轉的同時，又繞其自身軸線自轉。若將直齒錐齒輪裝夾在圖3所示的改裝磨齒機上磨削，由于砂輪在滑枕的作用下，只作直線往復運動，所以砂輪一條錐面母線在滑枕的直線運動下形成的面，就可以看作是固定不動的平頂齒輪的一個齒面。相同的，假設圖2中的刨刀不繞搖臺(機床)中心旋轉，只作直線往復刨削運動，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動下形成的面也就可以看作是圖2中的產形面。

因此，圖3中所示磨齒機的展成磨削運動就是被磨齒輪自轉一定角度，公轉旋轉臺轉過相應角度，水平工作臺移動相應距離，三軸聯動后，砂輪(滑枕)走刀一次。如此循環，完成某個齒面的磨削加工。

砂輪的修整可利用Y7132型磨齒機原配的砂輪修整器進行修整，也可在工作臺上安裝金鋼筆，利用升降工作臺和水平工作臺的聯動進行修整。移動升降工作臺還可對修整后的砂輪進行補償。

數控改造后，除砂輪旋轉驅動采用普通的三相鼠籠異步電動機外，其余的工作臺、旋轉臺、滑枕驅動，全部采用伺服電動機驅動。其中，滑枕和水平工作臺改為滾珠絲杠傳動。

2　磨削實例分析

2.1機床調整與相關說明

先調節圖3中所示的根錐角調節座，使齒輪根錐與滑枕運動軌跡平行，再調整齒輪中心軸線(即自轉軸線)、公轉軸線至砂輪兩錐面對稱中心平面內，如圖4所示。

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

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

2.2展成磨削動作

若將砂輪看成是刨刀，那么圖4中的A點便是刨刀刃尖。那么改裝磨床如何動作才能使λ角的一條邊O＇D和A點的運動軌跡重合？為使O＇D和A點的運動軌跡重合，需先將齒輪以O＇1點為圓心，順時針公轉一個λ角的度數(5.95°)，結果如圖5a所示。此時，O＇點與砂輪兩錐面對稱中心平面的距離為L1(18.48 mm)，輪齒與砂輪的位置關系如圖5a所示。接著水平工作臺動作，將齒輪向左平移，移動量為L1+B/2，結果如圖5b所示。此時，λ角的一條邊O＇D和A點的運動軌跡重合且齒廓上固定弦處與砂輪錐面母線相切。

假設此時要磨削固定弦起往下的齒面(實際加工中并不會如此操作，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)，機床的動作是：若齒輪逆時針自轉10°(為使讀者能更加直觀地看清楚展成過程，筆者特將自轉角度設成一個較大的數值。實際加工時，該齒輪每次自轉角度為0.5°，足以保證磨出齒面的光滑和連續)，則公轉旋轉臺逆時針公轉7.716 6°結果如圖5c所示。此時，O＇點與通過A點的鉛垂面的距離為L2(23.976 3 mm)，輪齒與砂輪的位置關系如圖5c所示。接著水平工作臺動作，將齒輪向右平移，移動量為L2，結果如圖5d所示。此時齒廓與砂輪錐面母線相切，砂輪(滑枕)走刀一次。

當齒輪與砂輪位置處于圖5b狀態時，若要磨削固定弦起往上的齒面，則齒輪的自轉、公轉、水平移動方向也相應改變。即齒輪需順時針自轉，順時針公轉，水平工作臺向左平移。

每次公轉后移動水平工作臺的目的是使O＇點處于通過A點的鉛垂面內,移動的距離由r的大小及公轉的角度決定。利用二維軟件(如CAXA)在r圓弧上找出各個點位，編入程序。為不累積誤差，應使用絕對坐標編程。

2.3自轉角度的確定

當砂輪從齒頂逐步向齒根展成磨出齒面時，為磨出全部齒面，齒輪需自轉一定角度。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。對于齒輪自轉多少角度剛好能加工出全部齒面，文獻[4]有較為詳盡的論述，本文在此不贅述。雖然文獻[4]討論的是刨齒機問題，但其公式同樣適用于本文介紹的改裝磨齒機。當然，自轉角度的確定，最簡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，為不使砂輪尖角碰傷齒根圓弧，宜將砂輪尖角倒圓。

3　結語

本文介紹的直齒錐齒輪磨齒機，是在普通磨齒機的基礎上數控化改造而成。改造難度不大，設備總成本也相對較低，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]齒輪手冊編委會.齒輪手冊[M]. 2版.北京：機械工業出版社，2000.

[2]孟少農. 機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，1991.

[3]田培棠. 齒輪刀具設計與選用手冊[M].北京：國防工業出版社，2011：301-302.

[4]艾國維.關于刨齒機搖臺擺角公式探討[J].現代機械,1980(4)：29-32.

用汽車變速箱及底盤傳動系統零部件的加工制造。

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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)

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