基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法
【專利摘要】基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法。本發(fā)明方法包括:通過(guò)采用雙虛擬小齒輪，并以平面砂輪的工作平面模擬齒條刀的工作齒面的方法進(jìn)行面齒輪的磨齒加工，在加工過(guò)程中面齒輪繞Ｚｆ軸擺動(dòng)，平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速Ｗｓ繞其自身軸線Ｚｓ旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平面砂輪還繞插齒刀具的軸線Z3擺動(dòng)，虛擬直齒輪A以轉(zhuǎn)速Ｗ3繞自身軸線Ｚ3旋轉(zhuǎn)，虛擬直齒輪B以轉(zhuǎn)速W4繞自身軸線Z4旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，平面砂輪齒面磨削掉與其相接觸的正交面齒輪齒面，平面砂輪每擺動(dòng)一個(gè)角度，就沿著正交面齒輪的徑向直線往返進(jìn)給一次，加工完成一個(gè)完整的齒槽后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽，直到加工完整個(gè)正交面齒輪。本發(fā)明用于正交面齒輪的磨削加工。
【專利說(shuō)明】基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及一種基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
面齒輪是一種與圓柱齒輪相互嚙合，可以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)軸或相交軸之間轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的傳遞的齒輪。面齒輪傳動(dòng)具有軸間位置關(guān)系適應(yīng)性強(qiáng)、重合度大、變速比大、單位質(zhì)量輕、占用空間小、傳遞功率大、工作平穩(wěn)性好、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)研究及實(shí)踐表明面齒輪傳動(dòng)在低速、高速，輕載、重載情況下都有很好的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)中可以替代直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪和蝸輪蝸桿傳動(dòng)。面齒輪傳動(dòng)具有廣泛的適用性，代表未來(lái)航空工業(yè)和汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，引起各國(guó)學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注，成為齒輪傳動(dòng)的研究熱點(diǎn)。
[0003]由于面齒輪傳動(dòng)中的小齒輪是設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟的圓柱齒輪，所以面齒輪傳動(dòng)的綜合性能主要取決于面齒輪的設(shè)計(jì)和制造精度。面齒輪的加工方法主要有插齒、滾齒、統(tǒng)齒和磨齒。面齒輪的磨齒是提高面齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的根本手段。面齒輪的磨齒方法主要有蝸桿砂輪磨削、蝶形砂輪磨削和仿形指狀磨削。蝸桿砂輪磨的設(shè)備與刀具非常復(fù)雜，國(guó)內(nèi)目前難以實(shí)現(xiàn)，另外蝸桿齒面受奇異性影響，導(dǎo)致某些參數(shù)的插齒刀不存在對(duì)應(yīng)蝸桿。蝶形砂輪磨削的砂輪磨 損后的修整難度比蝸桿砂輪磨小，但是磨削不同參數(shù)的面齒輪時(shí)，需要設(shè)計(jì)不同的蝶形砂輪和其磨削段的齒廓，刀具的互換性差。如何提高砂輪互換性、降低砂輪的復(fù)雜程度和砂輪磨損后的修整難度，使我國(guó)掌握面齒輪磨削技術(shù)，是當(dāng)前亟待解決的問題。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法。
[0005]上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，通過(guò)采用雙虛擬小齒輪，并以平面砂輪的工作平面模擬齒條刀的工作齒面的方法進(jìn)行面齒輪的磨齒加工，其中，正交面齒輪與虛擬直齒輪A正確嚙合，所述的虛擬直齒輪A與虛擬直齒輪B正確嚙合，所述的虛擬直齒輪B與所述的齒條刀嚙合，即是與平面砂輪嚙合；在加工過(guò)程中面齒輪繞Z f軸擺動(dòng)，平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速界5繞其自身軸線Zs旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平面砂輪還繞插齒刀具的軸線&擺動(dòng)，所述的虛擬直齒輪A以轉(zhuǎn)速W3繞自身軸線Z 3旋轉(zhuǎn)，所述的虛擬直齒輪B以轉(zhuǎn)速W4繞自身軸線Z4旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，平面砂輪齒面磨削掉與其相接觸的正交面齒輪齒面，達(dá)到磨削加工正交面齒輪的效果，所述的平面砂輪每擺動(dòng)一個(gè)角度，就沿著正交面齒輪的徑向直線往返進(jìn)給一次，加工完成一個(gè)完整的齒槽后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽，直到加工完整個(gè)正交面齒輪。
[0006]所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，正交面齒輪繞Zf的轉(zhuǎn)速C與平面砂輪繞Z3的轉(zhuǎn)速B之間的轉(zhuǎn)速比是恒定的，并且
ω 3/ ω f = N3/Nf
其中Ne與Nf分別是所述的直齒輪與所述的正交面齒輪的齒數(shù)；
所述的平面砂輪在磨削加工正交面齒輪時(shí)，使用的是砂輪端面，此端面是一個(gè)平面； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B需滿足 Z3 = Z4, ω 3 = - ω 4
其中Ζ3、Ζ4、ω3、《4分別是所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的齒條刀與所述的虛擬齒輪B需滿足 m4 = m5，α 4 = α 5，V5 =d4co4/2
其中，m4、m5、α4、α 5分別為所述的虛擬齒輪B與所述的齒條刀的模數(shù)和壓力角，V5為所述的齒條刀的速度，d4為所述的虛擬齒輪B的分度圓直徑。
[0007]所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，所述的平面砂輪在加工過(guò)程中，在繞Z3擺動(dòng)的同時(shí)，還繞其自身軸線做高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速是恒定的；所述的平面砂輪的工作表面與所述的齒條刀5的工作表面重合；
所述的平面砂輪每繞Z3擺動(dòng)一個(gè)由磨齒機(jī)床的精度決定的角度，就在所述的正交面齒輪的徑向進(jìn)行一次往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；另外的半個(gè)齒的齒面，由一只配對(duì)使用的砂輪進(jìn)行磨削；在加工完一個(gè)完整的齒槽后，所述的平面砂輪退出正交面齒輪齒槽，正交面齒輪工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽；正交面齒輪在加工前需要進(jìn)行熱處理。
[0008]有益效果:
針對(duì)市場(chǎng)上面齒輪加工精度低、傳動(dòng)性能差等缺陷，本發(fā)明對(duì)熱處理后的面齒輪進(jìn)行磨齒加工，實(shí)現(xiàn)對(duì)面齒輪的高精度加工，提高面齒輪的傳動(dòng)性能。同時(shí)本發(fā)明解決了面齒輪磨削中不同型號(hào)參數(shù)的面齒輪需要不同型號(hào)的砂輪與之相對(duì)應(yīng)，且砂輪磨損后難以修復(fù)甚至無(wú)法修復(fù)的重要問題，最終大大的提高了面齒輪磨削機(jī)床的通用性和面齒輪磨削刀具互換性。
[0009]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
附圖1是本發(fā)明的平面砂輪加工正交面齒輪的示意圖。
[0010]附圖2是本發(fā)明的平面砂輪加工正交面齒輪的原理圖。圖中，I為正交面齒輪，2為平面砂輪，3為虛擬直齒輪A, 4為虛擬直齒輪B, 5為齒條刀。
[0011]附圖3是本發(fā)明的平面砂輪、齒條刀、虛擬插齒刀、正交面齒輪位置示意圖。
[0012]附圖4是本發(fā)明的平面砂輪、齒條、虛擬插齒刀嚙合示意圖。
[0013]附圖5是本發(fā)明的正交面齒輪與虛擬插齒刀嚙合示意圖。圖中，6為虛擬直齒輪A的分度圓，7為齒條刀的分度圓，8為虛擬直齒輪B的分度圓。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施例1:
一種基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，通過(guò)采用雙虛擬小齒輪，并以平面砂輪的工作平面模擬齒條刀的工作齒面的方法進(jìn)行面齒輪的磨齒加工，其中，正交面齒輪與虛擬直齒輪A正確嚙合，所述的虛擬直齒輪A與虛擬直齒輪B正確嚙合，所述的虛擬直齒輪B與所述的齒條刀嚙合，即是與平面砂輪嚙合；在加工過(guò)程中面齒輪繞Z f軸擺動(dòng)，平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速界5繞其自身軸線Zs旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平面砂輪還繞插齒刀具的軸線&擺動(dòng)，所述的虛擬直齒輪A以轉(zhuǎn)速W3繞自身軸線Z 3旋轉(zhuǎn)，所述的虛擬直齒輪B以轉(zhuǎn)速W4繞自身軸線Z4旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，平面砂輪齒面磨削掉與其相接觸的正交面齒輪齒面，達(dá)到磨削加工正交面齒輪的效果，所述的平面砂輪每擺動(dòng)一個(gè)角度，就沿著正交面齒輪的徑向直線往返進(jìn)給一次，加工完成一個(gè)完整的齒槽后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽，直到加工完整個(gè)正交面齒輪。
[0015]實(shí)施例2:
根據(jù)實(shí)施例1所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，正交面齒輪繞Zf的轉(zhuǎn)速C與平面砂輪繞Z3的轉(zhuǎn)速B之間的轉(zhuǎn)速比是恒定的，并且
ω 3/ ω f = N3/Nf
其中Ne與Nf分別是所述的直齒輪與所述的正交面齒輪的齒數(shù)；
所述的平面砂輪在磨削加工正交面齒輪時(shí)，使用的是砂輪端面，此端面是一個(gè)平面； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B需滿足 Z3 = Z4, ω 3 = - ω 4
其中Ζ3、Ζ4、ω3、《4分別是所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的齒條刀與所述的虛擬齒輪B需滿足 m4 = m5，α 4 = α 5，V5 =d4co4/2
其中，m4、m5、α4、α 5分別為所述的虛擬齒輪B與所述的齒條刀的模數(shù)和壓力角，V5為所述的齒條刀的速度，d4為所述的虛擬齒輪B的分度圓直徑。
[0016]實(shí)施例3:
根據(jù)實(shí)施例2所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，所述的平面砂輪在加工過(guò)程中，在繞Z3擺動(dòng)的同時(shí)，還繞其自身軸線做高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速是恒定的；所述的平面砂輪的工作表面與所述的齒條刀的工作表面重合；
所述的平面砂輪每繞Z3擺動(dòng)一個(gè)由磨齒機(jī)床的精度決定的角度，就在所述的正交面齒輪的徑向進(jìn)行一次往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；另外的半個(gè)齒的齒面，由一只配對(duì)使用的砂輪進(jìn)行磨削；在加工完一個(gè)完整的齒槽后，所述的平面砂輪退出正交面齒輪齒槽，正交面齒輪工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽；正交面齒輪在加工前需要進(jìn)行熱處理。
[0017]實(shí)施例4:
所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，其步驟如下:
1.對(duì)正交面齒輪預(yù)先進(jìn)行熱處理，以提高材料的綜合性能。將正交面齒輪安裝于分度工作臺(tái)上，平面砂輪安裝于砂輪主軸上。
[0018]將平面砂輪移至對(duì)刀位置，進(jìn)行對(duì)刀，對(duì)刀完成后。將平面砂輪移至加工位置。當(dāng)平面砂輪移至加工位置后，砂輪繞主軸做高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)正交面齒輪與平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速比擺動(dòng)一個(gè)微小的角度，然后平面砂輪往正交面齒輪的徑向往返進(jìn)給一次，達(dá)到切削齒面的效果。如此反復(fù)擺動(dòng)和進(jìn)給，直到切削完整個(gè)齒槽。
[0019]在加工完一個(gè)完整的齒槽后，平面砂輪退出面齒輪齒槽，正交面齒輪工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽。如此反復(fù)，直到加工完整個(gè)面齒輪。
[0020]若加工余量分幾次工序分配，則重復(fù)上述1、2、3的操作直至加工完成。
[0021]本發(fā)明提出雙虛擬插齒刀的概念，建立基于此概念的側(cè)廓線為直線的砂輪磨削面齒輪的磨削原理；利用面齒輪理論磨削過(guò)程中面齒輪與虛擬插齒刀嚙合、虛擬插齒刀與反向虛擬插齒刀嚙合、反向虛擬插齒刀和齒條嚙合的共點(diǎn)嚙合的特點(diǎn)，進(jìn)行磨削運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，推導(dǎo)出面齒輪齒面方程；通過(guò)磨削形成齒面與理論齒面的法向比對(duì)，獲得齒面理論誤差分布規(guī)律。
[0022]實(shí)施例5:所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，利用平面砂輪磨削面齒輪的加工方法包括:正交面齒輪、平面砂輪、虛擬直齒輪A和虛擬直齒輪B，在加工過(guò)程中正交面齒輪繞Zf軸擺動(dòng)，平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速Ws繞其自身軸線Z s旋轉(zhuǎn)，同時(shí)正交平面砂輪還繞插齒刀具的軸線Z3擺動(dòng)和沿著Xd做橫向移動(dòng)，虛擬直齒輪A以轉(zhuǎn)速W z i繞自身軸線Z z!旋轉(zhuǎn)，虛擬直齒輪B以轉(zhuǎn)速Wz2繞自身軸線Zz2旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，平面砂輪齒面磨削掉與其相接觸的正交面齒輪齒面，達(dá)到磨削加工面齒輪的效果，平面砂輪每擺動(dòng)一個(gè)角度或每橫向移動(dòng)一段距離，就沿著正交面齒輪的徑向直線往返進(jìn)給一次，加工完成一個(gè)完整的齒槽后，正交面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽，直到加工完整個(gè)正交面齒輪。該方法可以利用普通的平面砂輪和磨齒加工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)正交面齒輪齒面的高精度創(chuàng)成，達(dá)到正交面齒輪高精度加工的效 果，提高正交面齒輪的綜合傳動(dòng)性能。
【權(quán)利要求】
1.一種基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，其特征是:通過(guò)采用雙虛擬小齒輪，并以平面砂輪的工作平面模擬齒條刀的工作齒面的方法進(jìn)行面齒輪的磨齒加工，其中，正交面齒輪與虛擬直齒輪A正確嚙合，所述的虛擬直齒輪A與虛擬直齒輪B正確嚙合，所述的虛擬直齒輪B與所述的齒條刀嚙合，即是與平面砂輪嚙合；在加工過(guò)程中面齒輪繞Zf軸擺動(dòng)，平面砂輪以恒定的轉(zhuǎn)速Ws繞其自身軸線Z s旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平面砂輪還繞插齒刀具的軸線Z3擺動(dòng)，所述的虛擬直齒輪A以轉(zhuǎn)速W 3繞自身軸線Z 3旋轉(zhuǎn)，所述的虛擬直齒輪B以轉(zhuǎn)速W4繞自身軸線Z4旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，平面砂輪齒面磨削掉與其相接觸的正交面齒輪齒面，達(dá)到磨削加工正交面齒輪的效果，所述的平面砂輪每擺動(dòng)一個(gè)角度，就沿著正交面齒輪的徑向直線往返進(jìn)給一次，加工完成一個(gè)完整的齒槽后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽，直到加工完整個(gè)正交面齒輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，其特征是:正交面齒輪繞Zf的轉(zhuǎn)速C與平面砂輪繞Z3的轉(zhuǎn)速B之間的轉(zhuǎn)速比是恒定的，并且
ω 3/ ω f = N3/Nf 其中Ne與Nf分別是所述的直齒輪與所述的正交面齒輪的齒數(shù)； 所述的平面砂輪在磨削加工正交面齒輪時(shí)，使用的是砂輪端面，此端面是一個(gè)平面； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B需滿足
Z3 = Z4 , ω 3 = - ω 4 其中Ζ3、Ζ4、ω3、《4分別是所述的虛擬齒輪A與所述的虛擬齒輪B的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速； 在正交面齒輪齒面方程的推導(dǎo)中，所述的齒條刀與所述的虛擬齒輪B需滿足
m4 = m5，α 4 = α 5，V5 =d4 ω 4/2 其中，m4、m5、α4、α 5分別`為所述的虛擬齒輪B與所述的齒條刀的模數(shù)和壓力角，V5為所述的齒條刀的速度，d4為所述的虛擬齒輪B的分度圓直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于平面砂輪端面的正交面齒輪磨削加工方法，其特征是:所述的平面砂輪在加工過(guò)程中，在繞Z3擺動(dòng)的同時(shí)，還繞其自身軸線做高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速是恒定的；所述的平面砂輪的工作表面與所述的齒條刀5的工作表面重合； 所述的平面砂輪每繞Z3擺動(dòng)一個(gè)由磨齒機(jī)床的精度決定的角度，就在所述的正交面齒輪的徑向進(jìn)行一次往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；另外的半個(gè)齒的齒面，由一只配對(duì)使用的砂輪進(jìn)行磨削；在加工完一個(gè)完整的齒槽后，所述的平面砂輪退出正交面齒輪齒槽，正交面齒輪工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒槽；正交面齒輪在加工前需要進(jìn)行熱處理。
【文檔編號(hào)】B23F15/06GK103692026SQ201410019602
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】孫永國(guó), 趙興福, 于廣濱, 戴冰, 趙磊, 劉迪 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)