一種平面包絡(luò)磨齒方法及磨齒機(jī)技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的包絡(luò)法形成齒廓大型齒輪磨床，應(yīng)用平面包絡(luò)原理在工件齒輪固定不動(dòng)的條件下用磨輪端平面磨削大直徑大模數(shù)精密硬齒面直齒圓柱齒輪。本磨齒機(jī)的結(jié)構(gòu)幾乎不受齒輪直徑和模數(shù)大小的限制，可比較方便地磨削任意修形齒面（包括齒高方向和齒長方向）。本機(jī)床還將加工系統(tǒng)和精度檢測(cè)系統(tǒng)溶為一體組成為一個(gè)完整的工藝系統(tǒng)。這種磨齒方法可提高齒面磨削表面質(zhì)量和加工精度。具有加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的優(yōu)點(diǎn)。（*該技術(shù)在2008年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于大模數(shù)、大直徑、硬齒面直齒圓柱齒輪磨齒新方法及新型磨齒機(jī)床的專利技術(shù)。通過現(xiàn)有專利檢索表明，國內(nèi)外尚無與本專利技術(shù)類似的專利、產(chǎn)品，本專利技術(shù)采用了我國的專利CN-85101981作為工件齒輪的精密分度裝置。與本專利技術(shù)有關(guān)的專利及資料有一、歐洲專利局專利1.EPO-180747;2.EPO-74930;3.EPO-26274;4.EPO-19075;二、美國專利1.US-4628442;2.US-4547996;3.US-4353271;4.US-3060642;5.US-3091059;三、瑞士MAAG公司樣本1.ES-430齒形檢查儀(1987.5.19～27在北京展出)2.ES-401周節(jié)檢查儀(1987.5.19～27在北京展出)〔注本專利申請(qǐng)已于1987年7月28日委托專利局審查部門檢索服務(wù)處進(jìn)行了檢索，未發(fā)現(xiàn)與新穎性相關(guān)的文件;或與專題密切相關(guān)的文件。(附中國專利局審查部門檢索報(bào)告復(fù)印件)〕據(jù)現(xiàn)有資料，目前世界上最大的齒輪磨床為瑞士MAAG公司的HSS-460B齒輪磨床，其最大加工齒輪直徑為4734mm;最大模數(shù)為36mm;我國所擁有的最大齒輪磨床為四川某廠60年代進(jìn)口的一臺(tái)MAAGHSS-360齒輪磨床，其加工齒輪最大直徑為3600mm，最大模數(shù)為20mm。目前工業(yè)設(shè)備日益向大型化方向發(fā)展，大型傳動(dòng)齒輪為了提高承載能力和延長使用壽命普遍采用硬齒面，急需大型硬齒面齒輪的精加工設(shè)備?，F(xiàn)有齒輪磨床(包括已公開的現(xiàn)有專利)均采用展成法加工，機(jī)床所需傳動(dòng)鏈長，要保證加工精度，對(duì)傳動(dòng)件精度要求很高，因此成本十分昂貴。另一方面，現(xiàn)有齒輪磨床的基本設(shè)計(jì)思想是力圖加工出標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒面，但工業(yè)實(shí)踐證明，當(dāng)考慮實(shí)際齒輪傳動(dòng)時(shí)的受力變形和熱變形以及齒輪制造和安裝等誤差，為了減少動(dòng)載荷、沖擊、干涉和降低傳動(dòng)噪聲必須相應(yīng)對(duì)齒廓修形，現(xiàn)有齒輪磨床的砂輪修整和機(jī)床調(diào)整都很復(fù)雜和消耗較多工時(shí)。此外，現(xiàn)有生產(chǎn)的齒輪精度測(cè)量?jī)x可測(cè)量的最大齒輪的基圓直徑為1900mm(如MAAGSP-200)。本專利技術(shù)的目的是為了解決上述存在的大型齒輪加工和檢測(cè)的困難和問題將加工機(jī)床與精度檢測(cè)設(shè)備溶為一體構(gòu)成一個(gè)不可分割的完整的系統(tǒng)，并且能比較方便地滿足各種不同齒廓修形的要求;為此提出一種采用包絡(luò)法形成齒廓的大型磨齒機(jī)的新型技術(shù)方案。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是用平面包絡(luò)法形成齒面的新型磨齒機(jī)，它由工作臺(tái)〔6〕，徑向床身〔9〕，扇形導(dǎo)軌〔8〕，搖臺(tái)〔7〕，立柱〔1〕，橫梁〔2〕和帶磨輪〔5〕的磨頭〔4〕;以及分度系統(tǒng)和精度檢測(cè)系統(tǒng)所組成。其特征是在磨齒時(shí)，安裝在工作臺(tái)〔6〕上的工件齒輪是固定不動(dòng)的，通過帶有磨頭〔4〕的搖臺(tái)〔7〕繞一個(gè)與工件齒廓曲線相關(guān)的，位置經(jīng)過優(yōu)選的固定在扇形導(dǎo)軌〔8〕上的樞軸〔27〕的擺動(dòng)來完成磨輪〔5〕端平面的包絡(luò)運(yùn)動(dòng);同時(shí)在包絡(luò)過程中必須保持P＝R±△R的數(shù)學(xué)關(guān)系，其中P為自樞軸〔27〕的軸線至磨輪〔5〕端平面的垂線長度，R為一常量，△R為一微小變量。按照給定的齒廓曲線及其加工精度要求，通過離散化計(jì)算，可求得一系列與任意擺動(dòng)角θi相對(duì)應(yīng)的△Ri。這樣，在齒廓包絡(luò)過程中，在磨輪〔5〕端面繞樞軸〔27〕以定半徑R作簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，附加一個(gè)△R的補(bǔ)充徑向移動(dòng)。補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)△R是通過數(shù)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。裝在搖臺(tái)〔7〕上與樞軸〔27〕同軸的光柵編碼器，按搖臺(tái)擺動(dòng)角θi的大小發(fā)出信號(hào)，通過預(yù)先輸入微機(jī)的數(shù)據(jù)△Ri，發(fā)出一定的脈沖數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)〔3〕轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制磨輪〔5〕的補(bǔ)充移動(dòng)△Ri(參看附圖6)。本專利技術(shù)的磨削方式的另一特點(diǎn)是使磨輪〔5〕的平面與齒廓有一段可控制的接觸線長度，這樣，從齒的一端開始沿齒長方向逐段包絡(luò)出全齒長(實(shí)際加工時(shí)相鄰段均有一定的重疊)。磨齒時(shí)橫梁〔2〕夾緊在立柱〔1〕上，當(dāng)磨輪〔5〕經(jīng)過幾次往復(fù)擺動(dòng)形成一段齒面后，橫梁從立柱導(dǎo)軌上松開，使其沿立柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)一段距離(小于接觸線長度)，然后又夾緊，磨輪〔5〕即可再作磨齒運(yùn)動(dòng)，依次逐段磨完全部齒寬。若在齒長方向逐漸微量改變半徑R的值，即可實(shí)現(xiàn)沿齒長方向的齒面修形。采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，可選定樞軸〔27〕軸線相對(duì)于工件齒輪的座標(biāo)位置和定半徑R值，優(yōu)化條件是使包絡(luò)出的齒廓按精度要求達(dá)到最佳條件。優(yōu)化程序框圖見附圖2。經(jīng)過計(jì)算，在一般情況下，△R＜1mm;只是在極端情況下，即模數(shù)很大而齒數(shù)又很少時(shí)△R才稍大。如模數(shù)為40mm，齒數(shù)為20時(shí)，△Rmax約等于2.5mm。較小的△R使機(jī)床數(shù)控裝置得到簡(jiǎn)化，加工精度也比較容易提高。目前世界上大型磨齒機(jī)的齒面形成方法主要是采用展成法，展成運(yùn)動(dòng)是由工件轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)組成，磨輪只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件的展成運(yùn)動(dòng)是使工件如同在固定的工具齒條上滾動(dòng)一樣，靠假想的工具齒條磨削作用加工出齒面來。這類磨齒機(jī)常帶來一個(gè)無法解決的問題，展成運(yùn)動(dòng)中工件作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，按漸開線展成原理，齒根部齒廓展成速度較慢，齒頂部齒廓展成較快，這樣就造成了齒輪頂部齒面粗糙度大，表面質(zhì)量差。由定速比傳動(dòng)鏈完成的展成運(yùn)動(dòng)在齒根處展成速度較慢而在齒頂處較快，這一矛盾是無法克服的。大家知道，在漸開線齒輪傳動(dòng)中，齒頂與齒根在相互嚙合傳動(dòng)時(shí)，存在著沿齒廓方向的相對(duì)滑動(dòng)，而最大滑動(dòng)速度正好發(fā)生在齒頂與齒根嚙合時(shí)，因而粗糙的齒頂表面會(huì)造成很大的摩擦損失，摩擦功轉(zhuǎn)換成熱量使摩擦面溫度上升，會(huì)降低潤滑油粘度致使?jié)櫥饔檬?，在高?瞬間閃現(xiàn)溫度)、高壓下，常使齒面產(chǎn)生刮傷或膠合失效。這會(huì)大大降低傳動(dòng)效率和縮短齒輪工作壽命。為了解決上述問題，本專利技術(shù)的特征在于采用一條長度可控制的窄帶磨削接觸區(qū)沿齒廓方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成連續(xù)的齒廓曲面，又可以保證包絡(luò)速度比較均勻或按實(shí)際需要對(duì)齒廓任何一點(diǎn)包絡(luò)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。所設(shè)想的機(jī)床所采用兩個(gè)磨輪分別磨削齒的兩面，運(yùn)用這種單齒面磨齒方法可對(duì)輪齒兩齒面加工質(zhì)量和精度要求區(qū)別對(duì)待。因?yàn)榻^大多數(shù)傳動(dòng)齒輪是單向傳動(dòng)的。擔(dān)任主要傳動(dòng)任務(wù)的僅為輪齒的一側(cè)面，因此應(yīng)該對(duì)齒的兩側(cè)齒面提出不同的加工質(zhì)量和精度要求。但由于現(xiàn)有齒輪加工方法中，齒輪工具(如雙錐面砂輪、蝸桿砂輪)都是采用無齒側(cè)間隙方式同時(shí)加工輪齒的兩側(cè)齒面，根本無法對(duì)兩齒側(cè)面加以區(qū)別對(duì)待。更有甚者，當(dāng)用展成法同時(shí)磨削輪子齒兩齒側(cè)面時(shí)，由于磨輪工作面與輪齒兩側(cè)齒面同時(shí)磨削的接觸點(diǎn)位置是經(jīng)常不對(duì)稱的，因而兩邊磨削力的大小和方向也是不同的，這種不均衡的變化極大地影響了磨齒精度。特別是對(duì)于大型齒輪，加工總面積很大，如對(duì)兩齒側(cè)面不加區(qū)別，則實(shí)際上有一半加工表面積是超過實(shí)際需要質(zhì)量要求的，這就違背了經(jīng)濟(jì)原則。本專利技術(shù)的技術(shù)方案充分地考慮了這一因素，采用對(duì)齒面兩側(cè)分別加工的方法，既能滿足實(shí)際要求，又減少了加工工作量，從而可帶來很大經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，與現(xiàn)有磨齒機(jī)相比，本專利技術(shù)的磨齒機(jī)具有下述明顯技術(shù)優(yōu)點(diǎn)1.機(jī)床采用新的加工原理使機(jī)床避免采用傳統(tǒng)的冗長的精度要求很高的展成運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)鏈，從而極大地簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，易于制造，便于達(dá)到較高的制造和裝配精度。2.采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造的先進(jìn)靜壓技術(shù)，使主要運(yùn)動(dòng)部件在完全潤滑條件下運(yùn)動(dòng)，并且具有很高的運(yùn)動(dòng)精度，也有很高的承載能力(如工作臺(tái)、搖臺(tái)等)，又由于運(yùn)動(dòng)件幾乎沒有摩擦和磨損，因而不僅機(jī)械效率高而且工作壽命長，有很高的精度保持性，也免去了經(jīng)常的維修工作量。3.機(jī)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
本專利技術(shù)是一種用平面包絡(luò)法形成齒面的新型磨齒機(jī)，它由工作臺(tái)〔６〕，徑向床身〔９〕，扇形導(dǎo)軌〔８〕，搖臺(tái)〔７〕，立柱〔１〕，橫梁〔２〕和帶磨輪〔５〕的磨頭〔４〕，以及分度系統(tǒng)和精度檢測(cè)系統(tǒng)所組成。其特征是在磨齒時(shí)，安裝在工作臺(tái)〔６〕上的工作齒輪是固定不動(dòng)的，通過帶有磨頭〔４〕的搖臺(tái)〔７〕繞一個(gè)與工件齒廓曲線相關(guān)的，位置經(jīng)過優(yōu)選的固定在扇形導(dǎo)軌〔８〕上的樞軸〔２７〕的擺動(dòng)來完成磨輪〔５〕端平面的包絡(luò)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)在包絡(luò)過程中必須保持Ｐ＝Ｒ±△Ｒ的數(shù)學(xué)關(guān)系，其中Ｐ為自樞軸〔２７〕的軸線至磨輪〔５〕端平面的垂線長度，Ｒ為一常量，△Ｒ為一微小變量。這樣，在齒廓包絡(luò)過程中，在磨輪〔５〕端面繞樞軸〔２７〕以定半徑Ｒ作簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，附加一個(gè)△Ｒ的補(bǔ)充徑向移動(dòng)。形成齒面的另一特點(diǎn)是使磨輪〔５〕的平面與齒廓有一段可控制的接觸線長度，這樣從齒的一端開始沿齒長方向逐段包絡(luò)出全齒長。磨齒時(shí)橫梁〔２〕夾緊在立柱〔１〕上，當(dāng)磨輪經(jīng)過幾次往復(fù)擺動(dòng)形成一段齒面后，橫梁從立柱導(dǎo)軌上松開，使其沿立柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)一段距離（小于接觸線長度），然后又夾緊，磨輪〔５〕即可再作磨齒運(yùn)動(dòng)，依次逐段磨完全齒寬。若在齒長方向逐漸微量半徑Ｒ的值，即可實(shí)現(xiàn)沿齒長方向的齒面修形。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許香谷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：85[中國|重慶]