專利名稱：螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
解決齒面的加工誤差和熱處理變形導致齒面實際嚙合點偏離理論嚙合點問題，目前國內(nèi)外有兩種方法；一種方法是采用磨齒工序提高齒面的加工精度，使齒面接近要求的理論齒面，但是加工精度的提高有一定限度，而且成本很高；另一種方法是對誤差進行補償，如測量出銑齒時產(chǎn)生的齒面加工誤差和熱處理變形，對這些銑齒和熱處理后產(chǎn)生的誤差，在銑齒時就加以補償往往更加經(jīng)濟。目前，在Gleason數(shù)控機床上加工準雙曲面齒輪和圓弧錐齒輪時，采用的加工補償方法存在兩方面的問題(1)要達到比較理想的加工補償，需要憑經(jīng)驗多次反復調(diào)整機床參數(shù)和進行接觸區(qū)檢驗，調(diào)整方法經(jīng)驗性強；(2)由于僅限于把有加工誤差的小輪齒面進行補償，使其接近于理論齒面，大輪齒面的誤差得不到補償，所以使齒輪副的實際嚙合區(qū)得到了部分改善，這是一種不完全補償。加工補償后的接觸區(qū)只是大致接近理論接觸區(qū)，與理論接觸區(qū)相比，不同程度地存在著接觸區(qū)偏離問題。由此可見，齒面誤差補償還存在著調(diào)整不便和不能完全從根本上解決理論嚙合區(qū)的偏離問題，其主要原因是目前缺乏真實齒面(齒輪加工和熱處理后，具有加工誤差與熱處理變形的實際齒面)加工補償理論以及有效的加工補償工藝的支持。
真實齒面的加工補償在國內(nèi)外得到了廣泛的重視，對有誤差和熱處理變形的真實齒面進行定量的嚙合分析，最為有效地進行反饋補償齒面加工誤差和熱處理變形，已成為國內(nèi)外該研究領(lǐng)域亟待解決的瓶頸難題。如果能夠研制一種完全補償螺旋錐齒輪加工誤差與熱處理變形，且能減少加工工序、降低加工成本、提高加工精度和加工效率的加工補償理論和加工工藝方法，應用于螺旋錐齒輪的加工生產(chǎn)中，將對螺旋錐齒輪的減振、降噪，提高齒輪的使用壽命具有重要的現(xiàn)實意義，并具有廣闊的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實現(xiàn)齒面誤差完全補償?shù)穆菪F齒輪真實齒面加工補償工藝。其技術(shù)內(nèi)容為
包括切齒調(diào)整參數(shù)的計算、對大小齒輪的加工以及對加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計算小齒輪的補償參數(shù)，通過小齒輪的補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪進行補償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，切齒調(diào)整參數(shù)的計算為將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計算Hyspiral系統(tǒng)，即螺旋錐齒輪切齒調(diào)整計算系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)，將切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機床。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，大小齒輪由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機床進行加工后，再進行熱處理。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，用三坐標測量機測得熱處理后大小齒輪齒面誤差，具有誤差的真實齒面采用NURBS曲面表示，即非均勻有理B樣條自由型曲面，其方程為p→(u,v)=R→(u,v)W(u,v)]]>式中R→(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jd→i,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>W(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>u，v為NURBS曲面參數(shù)，ωi，j為權(quán)因子， 為NURBS曲面的控制頂點，Ni，k(u)，Nj，l(v)分別為u向k次和v向1次(取k＝l＝3)規(guī)范B樣條基函數(shù)。
將測得的真實齒面數(shù)據(jù)點構(gòu)造出NURBS自由型曲面，通過零間隙法或相切法(零間隙法，機械科學與技術(shù)，2000(1)發(fā)表；相切法，現(xiàn)代機械，1999(2)發(fā)表，發(fā)明人均為第一作者)計算出實際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示；為實現(xiàn)發(fā)明目的，通過反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點 控制小齒輪真實齒面的自由型曲面的形狀，使實際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，小齒輪的補償參數(shù)通過超定線性方程組的優(yōu)化解得到，通過計算的小齒輪補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪并熱處理后進行補償。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，擺脫了經(jīng)典齒輪嚙合理論只能對理論齒面進行嚙合分析的束縛，真實齒面采用自由型曲面表示，與齒面的理論方程無關(guān)，尋求探索了一種全新的理論方法，實現(xiàn)了對有加工誤差和熱處理變形的真實齒面進行嚙合分析，該項發(fā)明的加工補償不是將齒輪副的大小齒輪齒面都補償?shù)嚼碚擙X面，而是將大齒輪齒面的加工誤差和熱處理變形折算到小齒輪齒面上，只對小齒輪齒面進行補償，實際上最終大小齒輪齒面都非理論齒面，但可使實際接觸區(qū)在理論接觸區(qū)嚙合，克服了原有技術(shù)需要憑經(jīng)驗多次反復調(diào)整加工小齒輪的機床參數(shù)和進行接觸區(qū)檢驗、實際接觸區(qū)與理論接觸區(qū)有偏離的缺陷，達到了齒面誤差完全補償?shù)哪康摹?br>

圖1是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在標準嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖2是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在偏小端嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖3是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在偏大端嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖4是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在加工補償后、真實齒面在標準嚙合位置的檢驗接觸區(qū)圖；圖5是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在加工補償后、真實齒面在偏小端嚙合位置的檢驗接觸區(qū)圖；圖6是本發(fā)明實施例準雙曲面齒輪在加工補償后、真實齒面在偏大端嚙合位置的檢驗接觸區(qū)圖。
具體實施例方式
實施例1對汽車后橋準雙曲面齒輪副進行了加工實驗相關(guān)參數(shù)為齒數(shù)z1＝6，z2＝35；大輪大端端面模數(shù)mt2＝7.15mm，大輪大端分度圓直徑de2＝250.25mm；偏置距E＝30mm；螺旋角β1＝50°，β2＝34°7′52″；平均壓力角α＝22°30′；小輪左旋，大輪右旋。被測齒面為兩輪工作面，即小輪凹面，大輪凸面。其加工步驟為(1)切齒調(diào)整計算將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計算Hyspiral系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)。小齒輪為一個粗加工，兩個精加工工序；大齒輪為一個粗加工，一個精加工工序。下面具體給出的是通過切齒計算Hyspiral系統(tǒng)計算出的大小齒輪最后一道精加工工序的切齒調(diào)整參數(shù)A)大齒輪精加工切齒調(diào)整參數(shù)刀傾名義直徑 228.60刀頂張距 3.25刀盤外刃錐角 22D 30M刀盤內(nèi)刃錐角 22D 30M塊規(guī)AMD*0.30646+186.91塊規(guī)B386.55
塊規(guī)CMD*1.04591+123.88塊規(guī)D198.85V94.45H44.70DH 0.00機床根錐角 72D 58MB)小齒輪精加工切齒調(diào)整參數(shù)刀傾名義直徑 234.52刀盤內(nèi)刃錐角 31D 0M機床根錐角 354D 45M水平輪位 MD+2.06床位后退 20.08垂直輪位 向下29.59偏心角 55D 38M搖臺角 141D 51M刀轉(zhuǎn)角 250D 46M刀傾角 57D 18M分齒掛輪比 3.75000掛輪 75/30*75/50滾比(Nc/50) 0.672712Nc/50滾比掛輪49/100*81/59搖臺檢測轉(zhuǎn)角 20D 0M工件檢測轉(zhuǎn)角 112D 7M將上述切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機床。
(2)加工大小齒輪并熱處理由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機床對大小齒輪進行加工，加工完畢再對大小齒輪進行熱處理。
(3)用三坐標測量機測得熱處理后大小齒輪齒面誤差，具有誤差的真實齒面采用NURBS曲面表示，即非均勻有理B樣條自由型曲面，其方程為p→(u,v)=R→(u,v)W(u,v)]]>
式中R→(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jd→i,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>W(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>u，v為NURBS曲面參數(shù)，ωi，j為權(quán)因子， 為NURBS曲面的控制頂點，Ni，k(u)，Nj，l(v)分別為u向k次和v向1次(取k＝l＝3)規(guī)范B樣條基函數(shù)。
將測得的真實齒面數(shù)據(jù)點構(gòu)造出NURBS自由型曲面，通過零間隙法或相切法計算出實際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示；(4)通過反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點，控制小齒輪真實齒面的自由型曲面的形狀，使實際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
(5)小齒輪的補償參數(shù)通過超定線性方程組的優(yōu)化解得到，計算的補償切齒調(diào)整參數(shù)如下刀傾名義直徑 234.52刀盤內(nèi)刃錐角 31D 0M機床根錐角355D 36M水平輪位 MD+2.06床位后退 20.08垂直輪位 向下29.38偏心角56D 39M搖臺角141D 51M刀轉(zhuǎn)角252D 38M刀傾角57D 22M分齒掛輪比3.75000掛輪 75/30*75/50滾比(Nc/50) 0.63563Nc/50滾比掛輪 49/100*81/59搖臺檢測轉(zhuǎn)角 20D 0M工件檢測轉(zhuǎn)角 112D 7M通過計算的小齒輪補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪并熱處理后進行補償，得到在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
為充分驗證該補償工藝的正確性及精確性，我們對偏置距E和安裝距A1和A2三個參數(shù)進行了微量的調(diào)整，使齒輪副在標準位置、偏小端和偏大端位置嚙合，三個嚙合位置對偏置距E和安裝距A1和A2三個參數(shù)的調(diào)整值分別為(1)標準嚙合位置 ΔE＝0 ΔA1＝0ΔA2＝0(2)偏小端嚙合位置ΔE＝0.4mm ΔA1＝-0.2mm ΔA2＝0(3)偏大端嚙合位置ΔE＝-0.6mm ΔA1＝0.4mmΔA2＝0ΔA1和ΔA2為正值表示安裝距增大，齒輪移向大端；ΔE為正值表示偏置距增大。
用本工藝對三個嚙合位置的理論齒面分別進行嚙合分析，轉(zhuǎn)換到二維后的理論嚙合跡線和嚙合區(qū)如圖1-3所示；標準位置接觸區(qū)的計算數(shù)據(jù)如表1所示。采用Y 9550型500mm錐齒輪滾動檢驗機，對加工補償后的真實齒面在三個嚙合位置的檢驗結(jié)果如圖4-6所示。
表1 標準嚙合位置瞬時接觸區(qū)域邊界線數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)


因計算數(shù)據(jù)量太大，表1僅列出了標準嚙合位置前四個以嚙合點為幾何中心的接觸區(qū)域邊界線數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)。
加工實驗結(jié)果表明理論齒面的理論模擬接觸區(qū)與加工補償后真實齒面的試驗接觸區(qū)在三個嚙合位置的形狀與位置吻合良好。
進一步通過本工藝分別對兩對不同幾何參數(shù)的圓弧錐齒輪和兩對不同幾何參數(shù)的準雙曲面齒輪實施加工補償，檢測結(jié)果與理論接觸區(qū)同樣吻合良好，比目前采用的Gleason制加工齒面的嚙合質(zhì)量可顯著提高，實際接觸區(qū)接近理論接觸區(qū)的程度，根據(jù)模數(shù)的減少和傳動比的增大，可不同程度地提高25％～35％。最終達到了減少加工工序、降低加工成本、提高加工效率和加工精度的目的。
權(quán)利要求
1.一種螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，包括切齒調(diào)整參數(shù)的計算、對大小齒輪的加工以及對加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計算小齒輪的補償參數(shù)，通過小齒輪的補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪進行補償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，其特征在于切齒調(diào)整參數(shù)的計算為將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計算Hyspiral系統(tǒng)，即螺旋錐齒輪切齒調(diào)整計算系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)，將切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機床。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，其特征在于大小齒輪由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機床進行加工后，再進行熱處理。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，其特征在于用三坐標測量機測得熱處理后大小齒輪的齒面誤差，將測得的真實齒面數(shù)據(jù)點構(gòu)造出NURBS自由型曲面，即非均勻有理B樣條曲面，通過零間隙法或相切法計算出實際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示。
5.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，其特征在于通過反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點，控制小齒輪真實齒面的自由型曲面的形狀，使實際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
6.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，其特征在于小齒輪的補償參數(shù)通過超定線性方程組的優(yōu)化解得到，通過計算的小齒輪補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪進行補償。
全文摘要
本發(fā)明提供一種螺旋錐齒輪真實齒面加工補償工藝，包括切齒調(diào)整參數(shù)的計算、對大小齒輪的加工以及對加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計算小齒輪的補償參數(shù)，通過小齒輪的補償參數(shù)，用銑齒機床加工小齒輪進行補償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。本加工補償不是將齒輪副的大小齒輪齒面都補償?shù)嚼碚擙X面，而是將大齒輪齒面的加工誤差和熱處理變形折算到小齒輪齒面上，只對小齒輪齒面進行補償，實際上最終大小齒輪齒面都非理論齒面，但可使實際接觸區(qū)在理論接觸區(qū)嚙合，進而達到了齒面誤差完全補償?shù)哪康摹?br> 文檔編號B23P23/04GK1966194SQ20051004508
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者孫殿柱 申請人:山東理工大學