CN102601459A - 基于圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床的面齿轮磨削加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用盘形砂轮在现有圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床上，通过安装一附加数控转台4实现面齿轮高精度磨齿的加工方法。其特征是：在机床分度工作台上垂直安装一附加数控转台4，数控转台4的分度盘旋转轴线沿水平方向，数控转台4配有电机与驱动器并连接至机床的数控***，由数控***控制绕机床Y轴做旋转运动，面齿轮1安装于附加数控转台4上，盘形砂轮2安装于机床主轴上，在加工过程中，面齿轮1绕B1旋转轴旋转，同时面齿轮1随机床A旋转轴摆动，盘形砂轮2随主轴高速旋转，同时盘形砂轮2在面齿轮的径向有进给运动，该方法在现有机床基础上实现面齿轮的高精度加工，无需另行设计专用机床，降低了生产成本，缩短了开发周期。
Description
技术领域
本发明属于齿轮制造方法中的面齿轮数控铣齿、磨齿加工这一领域。
背景技术
面齿轮传动是指圆柱齿轮与锥齿轮相啮合实现空间相交或交错轴之间的传动。与锥齿轮相比较，面齿轮传动具有重合度大、承载能力强、稳定性强、振动小、占空间小等优点。随着航空航天事业的发展，面齿轮传动在飞行器的动力装置中得到了广泛应用，占有很重要的地位。
面齿轮加工方法是面齿轮研究的主要任务之一，近年来国内外学者对其做了很多研究，但目前在国内对面齿轮的加工方法大多为插齿加工，加工出的面齿轮精度较低，承载能力较差，使得面齿轮的应用只能停留在低速、轻载的场合，并不能满足航空器械的传动要求，为了提高面齿轮的综合传动性能，必须实现面齿轮的高精度制造。要使面齿轮的传动性能进一步提高，一般需对面齿轮进行热处理，而热处理将对面齿轮齿面产生热胀变形，影响面齿轮的精度和传动性能，由于热处理后齿面硬度很高，采用一般的加工方法不易加工，必须研究磨齿加工方法才能解决。
对于面齿轮铣齿和磨齿加工，国内尚无现成机床可以实现。在美国专利号US6390894(B1)中，设计了一种面齿轮磨齿机床，该机床将面齿轮毛坯安装台设计为垂直方向，降低了机床的刚度，降低了加工精度，同时该机床结构复杂，机床运动轴有十个之多，增加了数控控制的难度，也增加了成本。总体来说，近几年对面齿轮磨齿加工的研究取得了一定进展，但所设计的磨齿机床结构复杂，加工精度和生产效率并不能完全满足市场需要。
本专利发明了一种利用盘形砂轮刀具在现有圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床基础上，通过安装一附加数控转台实现面齿轮高精度磨齿的加工方法，该方法利用现有的圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床和盘形砂轮，实现对面齿轮齿面的高精度创成，达到面齿轮高精度加工的效果，无需另行设计制造面齿轮的专用磨齿加工机床，大大降低了生产成本，缩短了开发周期。
发明内容
本专利解决的技术问题是：针对市场上面齿轮加工精度低、传动性能差等缺陷，发明了一种利用盘形砂轮刀具在现有圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床基础上，通过安装一附加数控转台实现面齿轮高精度磨齿的加工方法。该方法可以对热处理后的面齿轮进行磨齿加工，实现对面齿轮的高精度加工，提高面齿轮的传动性能。
本专利发明的面齿轮磨齿加工方法，其特征是：在机床分度工作台上垂直安装一附加数控转台4，数控转台4的分度盘旋转轴线沿水平方向，数控转台4配有电机与驱动器并连接至机床的数控***，由数控***控制绕机床Y轴做旋转运动，面齿轮1安装于附加数控转台4上，盘形砂轮2安装于机床主轴上，在加工过程中，面齿轮1随附加数控转台4绕B1旋转轴旋转，同时面齿轮1随机床A旋转轴摆动，盘形砂轮2随主轴绕自身轴线高速旋转，同时盘形砂轮2在面齿轮的径向进行往返进给运动，加工完一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个面齿轮。
由于面齿轮的轮齿处于齿轮的端面，因此要实现面齿轮的磨齿加工，必须在原机床分度台上垂直安装一附加数控转台4，使机床实现沿水平方向的分度功能，为了使改造后的机床保持很高的运动精度，安装的附加数控转台4配有电机与驱动器并连接至机床的数控***，由数控***控制其实现精确运动。
由面齿轮1、盘形砂轮2及直齿轮3的啮合规律可知，所利用的盘形砂轮2的轴向横截面轮廓应与直齿轮3的轴向轮廓完全相同。在加工过程中为了保证面齿轮1与盘形砂轮2精确的展成，面齿轮1随机床B1旋转轴绕自身轴线旋转和随附加数控转台A旋转轴摆动的转速比是恒定的，并且
其中Nc与Nf分别为直齿轮3与面齿轮1的齿数。
盘形砂轮2在加工过程中，为了达到切削齿坯余量、提高切削表面微观形貌的目的，盘形砂轮2随机床主轴绕其自身轴线作高速旋转，其转速一般情况下是恒定的。
在加工过程中，面齿轮1每摆动一个微小的角度，盘形砂轮2在面齿轮的径向进行往返进给一次，如此反复直到加工完一个完整的齿槽，加工完一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个面齿轮。
所述直齿轮3是虚拟的，在现实的加工过程中，直齿轮3是不存在的，在图中将其画出只是为了更好的说明加工原理。同时在现实加工面齿轮1的齿面在加工前一般都需先进行热处理，以提高材料的综合性能。
附图说明
图1为利用盘形砂轮加工面齿轮的加工原理示意图。
图2为利用盘形砂轮加工面齿轮的加工原理示意图俯视图。
图3为圆柱齿轮成形砂轮磨齿机加工圆柱直齿轮时机床安装示意图。
图4为圆柱齿轮成形砂轮磨齿机加工面齿轮时机床安装示意图。
具体实施方式
1.对面齿轮1预先进行热处理，以提高材料的综合性能。面齿轮1安装于附加数控转台4上，盘形砂轮2安装于机床主轴上。
2.将盘形砂轮2移至对刀位置，进行对刀，对刀完成后，记录此时B1旋转轴的值B0。
3.将盘形砂轮移至加工位置，当盘形砂轮移至加工位置后，盘形砂轮2绕主轴做高速旋转，同时面齿轮1随机床A旋转轴和B1旋转轴以恒定的转速比摆动一个微小的角度，然后盘形砂轮2随机床X轴往面齿轮1的径向往返进给一次，达到切削整个齿面的效果。如此反复摆动和进给，直到切削完整个齿槽。
4.在加工完一个完整的齿槽后，盘形砂轮2退刀，机床数控转台B1进行分度运动，以加工下一个齿槽。如此反复，直到加工完整个面齿轮。
5.若加工余量分几次工序分配，则重复上述1、2、3、4的操作直至加工完成。
Claims (5)
1.一种利用盘形砂轮刀具在现有圆柱齿轮成形砂轮磨齿机床基础上，通过安装一附加数控转台4实现面齿轮高精度磨齿的加工方法，其特征是：在机床分度工作台上垂直安装一附加数控转台4，数控转台4的分度盘旋转轴线沿水平方向，数控转台4配有电机与驱动器并连接至机床的数控***，由数控***控制绕机床Y轴做旋转运动，面齿轮1安装于附加数控转台4上，盘形砂轮2安装于机床主轴上，在加工过程中，面齿轮1随附加数控转台4绕B1旋转轴旋转，同时面齿轮1随机床A旋转轴摆动，盘形砂轮2随主轴绕自身轴线高速旋转，同时盘形砂轮2在面齿轮的径向进行往返进给运动，加工完一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个面齿轮。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：数控转台4垂直安装于机床分度工作台上，数控转台4的分度盘旋转轴线沿水平方向，数控转台4配有电机与驱动器并连接至机床的数控***，由数控***控制绕机床Y轴做旋转运动。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：盘形砂轮2的轴向横截面轮廓与直齿轮3的轴向轮廓完全相同。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：面齿轮1随数控转台4绕B1旋转轴绕自身轴线旋转和随机床A旋转轴摆动的转速比是恒定的，并且
其中Nc与Nf分别为直齿轮3与面齿轮1的齿数。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：面齿轮1每摆动一个微小的角度，盘形砂轮2在面齿轮的径向进行往返进给一次，如此反复直到加工完一个完整的齿槽，加工完一个完整的齿槽后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿槽，直到加工完整个面齿轮。
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