專利名稱:凹形曲面的金剛石砂輪直線修形法的制作方法
本發(fā)明屬于金剛石砂輪采用的修形方法。
不同模數(shù)規(guī)格的負(fù)前角硬質(zhì)合金齒輪滾刀鏟磨時(shí)，對(duì)其要求的砂輪廓形用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)都具有凹形曲面性態(tài)的特征。對(duì)這種凹形曲面金剛石砂輪修形是負(fù)前角硬質(zhì)合金齒輪滾刀鏟磨工藝中遇到的突出難點(diǎn)，修形好壞對(duì)滾刀的制造精度有關(guān)鍵性影響，因此國(guó)內(nèi)外都對(duì)這項(xiàng)修形技術(shù)十分保密?，F(xiàn)有技術(shù)修普通砂輪時(shí)，將金剛筆由徑向平面移位一距離，沿直線運(yùn)動(dòng)，將砂輪修成凹雙曲線。但對(duì)于金剛石砂輪修形的困難是用一般金剛石筆尖修整不動(dòng)，只能用金剛石砂輪作修整工具，但通常都按成形原理，靠金剛石修輪作曲線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將被修的金剛石鏟磨砂輪修整成理論要求的凹形曲面，這很不易實(shí)現(xiàn)，特別是在修形過(guò)程中常需反復(fù)試湊更為困難。
目前國(guó)內(nèi)外這方面的技術(shù)，都限于按成形原理來(lái)考慮問(wèn)題，有三種處理方案(1)放棄修形，直接使用標(biāo)準(zhǔn)錐形砂輪鏟磨滾刀，而把滾刀齒形曲線分成幾段鏟磨，近似完成要求;(2)采用專用修形裝置，修形裝置上的金剛石修輪可在作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)同時(shí)結(jié)合微小擺動(dòng)，以便憑經(jīng)驗(yàn)修成所需曲線形狀;(3)用曲線磨床或靠模裝置，按理論要求的曲面形狀修形。因此，總的說(shuō)來(lái)，這種用成形原理的曲線運(yùn)動(dòng)修形，需要特殊的機(jī)床或裝置，操作技術(shù)要求高，生產(chǎn)效率低，修形精度不很可靠。為此極需提出一種能簡(jiǎn)便進(jìn)行精確修形的新方法。
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)便的、精確的直線修形法，其特點(diǎn)為(1)金剛石修輪作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)或不作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，就能在被修金剛石砂輪上修出凹形曲面，但兩者的軸線在空間交叉;(2)用優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果，調(diào)整好兩砂輪的相互安裝位置，就能獲得滿意的修形精度。這就是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的基本原理是被修金剛石砂輪的曲面是修整用金剛石砂輪工作面的包絡(luò)曲面，在軸線空間交叉的條件下，用簡(jiǎn)單形狀的標(biāo)準(zhǔn)砂輪形成的工作面(如片狀砂輪作直線運(yùn)動(dòng)形成圓柱體或橢圓柱體，錐形砂輪形成圓錐體)，都可以磨出凹形的回轉(zhuǎn)體曲面。因此，選定不同的砂輪尺寸參數(shù)和運(yùn)動(dòng)方案，改變空間交叉軸線的相互位置參數(shù)，就可磨出種種不同的凹形曲面。利用優(yōu)化方法選取相對(duì)安裝位置參數(shù)，使磨出的曲面具有最逼近鏟磨砂輪理論要求的凹形曲面的效果，以此調(diào)整機(jī)床，即可方便地達(dá)到修形精度的要求。
本發(fā)明在一般工具磨床或?qū)Ｓ脢A具上都可實(shí)現(xiàn)，有下列三種工作方式(1)凹橢圓面修形(附圖1，2)，修輪1的中心到X、Y軸的距離分別為B、A，修輪自身軸線ox與OX軸夾角α，同時(shí)修輪繞自身軸線ox傾斜γ角以形成橢圓。當(dāng)片狀金剛石修輪1沿著3的方向作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向與被修砂輪軸線空間垂直交叉，在被修工件上磨出凹橢圓面的一部分2，令Z＝0，在XOY面上，其方程為(Y+B)2(sin2α+ (cos2α)/(cos2γ) )+2(Y+B)(X-A)sinαcosα(1- 1/(cos2γ) )+(X-A)2(cos2α+ (sin2α)/(cos2γ) )-R20＝0 (1)式中R0為修輪半徑，不作變數(shù)考慮。此方式的安裝參數(shù)為A，B，α，γ。
(2)單葉雙曲等距面修形(附圖3，4)，兩軸交叉角α，軸間距A，t0反映了被修砂輪大端的軸向安裝位置，片狀金剛石修輪1沿自身軸線3的方向作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，把被修砂輪磨成單葉雙曲等距面的一部分2。圖3中，t是軸向座標(biāo)，RS是徑向座標(biāo)，其方程為(t0-t)sinαsinθ1-Acos2αcosθ1-R0sin2αsinθ1cosθ1＝0(2)tgθ2＝ (tgθ1)/(cosα) (3)Rs＝ (A-R0sinθ2)/(sinθ2) (4)式中θ1，θ2是中間參數(shù)，消去中間參數(shù)，就得到單葉雙曲等距面的函數(shù)方程，此方式安裝參數(shù)有三個(gè)A，α，t0。
(3)變性單葉雙曲面修形(附圖5，6)，兩砂輪軸線空間交叉角α，軸間距A，兩砂輪相互位置參數(shù)t0，此時(shí)錐形修輪1不作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，用修輪的表面可磨出變性單葉雙曲面2，t、RS代表被修砂輪的軸向座標(biāo)和徑向座標(biāo)，其方程為t+(R0- (t0)/(tg20°) )sin20°cos20°cosα-(R0- (t0)/(tg20°) )sin220°sinαsinβ+A( (cos2α)/(sinα) sin220°+sinαcos220°)tgβ+Asin20°cos20°cosα( (1+sin2β)/(cosβ) )＝0(5)Xu＝-(R0- (t0)/(tg20°) )sin20°cos20°-Asin20°cos20° 1/(cosβ)-A (cosα)/(sinα) sin220°tgβ (6)
式中R0為修輪大端半徑，β和Xu是中間參數(shù)，消去中間參數(shù)，可得到變性單葉雙曲面的函數(shù)方程，此方式安裝參數(shù)有三個(gè)A，α，t0。以上三種工作方式都適用于鏟磨砂輪修形，以第一、三種方式理論擬合精度較高。
本發(fā)明的實(shí)際修形精度取決于理論擬合精度和修形時(shí)正確安裝調(diào)整機(jī)床上砂輪與工件的相對(duì)位置?？梢园此蟮睦碚摾危鶕?jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果精確調(diào)整安裝參數(shù)后修形。
本發(fā)明優(yōu)化計(jì)算的步驟是用運(yùn)動(dòng)法原理寫(xiě)出修整砂輪的方程和所磨出的工件方程，將后者與理論要求的鏟磨砂輪凹形廓形比較，求出徑向最大取代誤差的算式，以最大取代誤差的最小為目標(biāo)函數(shù)，使用優(yōu)化方法的通用程序，在計(jì)算機(jī)上算出最優(yōu)的安裝參數(shù)。以此計(jì)算結(jié)果，仔細(xì)精確調(diào)整機(jī)床，能一次獲得精確修形的效果。
采用本發(fā)明提供的單葉雙曲等距面修形工作方式，以鏟磨M12負(fù)前角硬質(zhì)合金齒輪滾刀的金剛石砂輪修形為例。理論要求的凹形砂輪廓形為一組給定點(diǎn)(ti，Rti)〔注給定點(diǎn)求法見(jiàn)“鏟磨砂輪廓形的解析新方法”，中國(guó)高校金切研究會(huì)二屆年會(huì)論文集，上海交大出版社〕，根據(jù)公式(2)，(3)，(4)，將每一ti分別代入，可以解出與之相應(yīng)的Rsi，則每一給定點(diǎn)的徑向取代誤差為△i＝Rti-Rsi(8)在實(shí)際生產(chǎn)中，誤差判斷的準(zhǔn)則是最大誤差，考慮到理論取代沒(méi)有偶然性誤差，本發(fā)明采用最大取代誤差的最小為目標(biāo)函數(shù)，即選全部范圍內(nèi)的正向最大徑向取代誤差和負(fù)向最大取代誤差的絕對(duì)值之和最小作為目標(biāo)函數(shù)，公式為minf(A，α，t0)＝min｛(+△max)+｜(-△max)｜｝ (9)在附圖7中設(shè)給定點(diǎn)為11個(gè)，即(ti，Rti)i＝1，2…11，在給定一組A，α，t0的情況下，取代曲線與理論曲線有誤差，此時(shí)如正向最大取代誤差在第3點(diǎn)，負(fù)向在第8點(diǎn)，則最大誤差△max＝△3+｜△8｜。改變安裝參數(shù)A，α，t0，則用同樣方法可找出其最大誤差與每組安裝參數(shù)相對(duì)應(yīng)，利用優(yōu)化程序，在計(jì)算機(jī)上按一定規(guī)律，最后找出一組使最大誤差為最小的最優(yōu)安裝參數(shù)。對(duì)M12鏟磨右側(cè)用砂輪的實(shí)例，優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果是A＝32.166mm，α＝71.538°，t0＝89.019mm，此時(shí)修輪半徑R0＝62.5mm，按此參數(shù)在工具磨床上修形，其修形理論取代誤差在AA級(jí)滾刀齒形允差的三分之一以內(nèi)，經(jīng)實(shí)際操作一次修形去鏟磨滾刀，滾刀符合精度要求。
權(quán)利要求
1.砂輪修形時(shí)，修整工具的軸線由徑向平面移位一距離，沿直線作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向與砂輪軸線空間交叉，用優(yōu)化方法選取安裝參數(shù)，將砂輪修成凹形曲面。其特征是用簡(jiǎn)單形狀的標(biāo)準(zhǔn)金剛石砂輪作修整工具，來(lái)修整金剛石砂輪。根據(jù)兩砂輪相互軸向位置參數(shù)和相應(yīng)的安裝參數(shù)在有關(guān)磨床上調(diào)整，由于修形方式或參數(shù)的變化，可以修整出三種不同性態(tài)的凹形曲面。
2.如權(quán)利要求
1所述修形方法的步驟是用運(yùn)動(dòng)法原理寫(xiě)出修整金剛石砂輪方程和被修金剛石砂輪的方程，將后者與理論要求的凹形曲面作比較，寫(xiě)出最大取代誤差的算式，將最大取代誤差的最小作為目標(biāo)函數(shù)，使用優(yōu)化方法的通用程序，在計(jì)算機(jī)上求得一組安裝調(diào)整機(jī)床的參數(shù)。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的修形方法在一般工具磨床或?qū)Ｓ脢A具上實(shí)施，按凹橢圓面修形方式工作，其方程為(Y+B)2(sin2α+ (cos2α)/(cos2γ) )+2(Y+B)(X-A)sinαcosα(1- 1/(cos2γ) )+(X-A)2(cos2α+ (sin2α)/(cos2γ) )-R20＝0方程中的優(yōu)化參數(shù)是A、B、α、γ，據(jù)此調(diào)整安裝機(jī)床上有關(guān)相互位置，進(jìn)行砂輪修形。
4.如權(quán)利要求
1或2所述的修形方法在一般工具磨床或?qū)Ｓ脢A具上實(shí)施，按單葉雙曲等距面修形方式工作，其方程為(t0-t)sinαsinθ1-Acos2αcosθ1-R0sin2αsinθ1cosθ1＝0tgθ2＝ (tgθ1)/(cosα)Rs＝ (A-R0sinθ2)/(sinθ2)方程中的優(yōu)化參數(shù)是A、α、t0，據(jù)此調(diào)整安裝機(jī)床上有關(guān)相互位置，進(jìn)行砂輪修形。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的修形方法在一般工具磨床或?qū)Ｓ脢A具上實(shí)施，錐形砂輪作修整工具，不作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，按變性單葉雙曲面修形方式工作，其方程為t+(R0- (t0)/(tg20°) )sin20°cos20°cosα-(R0- (t0)/(tg20°) )sin220°sinαsinβ+A( (cos2α)/(sinα) sin220°+sinαcos220°)tgβ+Asin20°cos20°cosα( (1+sin2β)/(cosβ) )＝0Xu＝-(R0- (t0)/(tg20°) )sin20°cos20°-Asin20°cos20° 1/(cosβ)-A (cosα)/(sinα) sin220°tgβ
方程中的優(yōu)化參數(shù)是A、α、t0，據(jù)此調(diào)整安裝機(jī)床上的有關(guān)相互位置，進(jìn)行砂輪修形。
專利摘要
本發(fā)明是一種凹形曲面的金剛石砂輪修形新方法，其特點(diǎn)是金剛石砂輪只作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)就能在被修的金剛石砂輪上精確修出要求的凹形曲面，但修形時(shí)砂輪的軸線相互空間交叉安裝位置需由優(yōu)化計(jì)算確定和保證。這種直線修形法用于負(fù)前角硬質(zhì)合金齒輪滾刀鏟磨時(shí)的金剛石砂輪修形(要求得到凹形曲面)，在一般工具磨床上就能實(shí)施。有三種工作方式，操作簡(jiǎn)單、修形效率高，按計(jì)算結(jié)果精確調(diào)整機(jī)床修形后的砂輪就能鏟磨得到AA級(jí)齒形精度的滾刀。
文檔編號(hào)B24B53/053GK86103890SQ86103890
公開(kāi)日1987年4月8日 申請(qǐng)日期1986年6月10日
發(fā)明者姚南珣, 王殿龍, 劉欣 申請(qǐng)人:大連工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan