Y7132型磨齿机改造为展成法数控直齿锥齿轮磨齿机

范良成

(浙江务成机械制造有限公司，浙江 台州 318017)



Y7132型磨齿机改造为展成法数控直齿锥齿轮磨齿机

范良成

(浙江务成机械制造有限公司，浙江 台州 318017)

介绍了一种由平顶齿轮刨齿工作原理推导出的展成法磨削直齿锥齿轮的方法。Y7132型磨齿机经数控化改造后，实现展成法摩削直齿锥齿轮，通过磨削实例分析加工原理，并介绍加工方法。

直齿锥齿轮；展成法磨削；数控化改造

直齿锥齿轮磨齿机是用两个碟形砂轮以滚切法同时磨削两个齿面完成加工的机床[1]。由于这种磨床目前用得很少，所以文献[1]也未对其作详细说明。但从其文字表述可知，该设备可能是类似于直齿锥齿轮双刀盘铣齿机，只是将铣刀变成了砂轮。据了解，这种磨床国内尚无生产且价格不菲。

直齿锥齿轮渗碳淬火后必然产生热处理变形，若各热处理工序控制不好，其变形量对齿轮啮合质量的影响是巨大的。笔者所在单位为提高齿轮精度，决定对直齿锥齿轮进行磨削加工，但购买进口设备又不现实。为此，笔者通过对平顶齿轮刨齿工作原理的研究，提出一种由Y7132型磨齿机数控化改造后展成法(也叫滚切法)磨削直齿锥齿轮的方法。通过实践，磨削效果令人满意。文中将对此进行介绍。

1　磨齿机(改装)的工作原理和结构

该磨齿机(改装)的工作原理实质就是平顶齿轮刨齿工作原理。刨齿工作原理分平顶齿轮原理和平面齿轮原理。虽然按平顶齿轮原理刨出的齿轮曲线是一条近似于渐开线的曲线，但刨刀的切削运动方向不受被切齿轮齿根角θf的影响，这使得机床动作大大简化，如Y236刨齿机便是按此原理设计的[2]。况且磨前齿坯也是按平顶齿轮原理刨齿机加工而成的。

1.1平顶齿轮刨齿工作原理

平顶齿轮原理[2-3]就是顶锥角等于90°的锥齿轮，其节锥面为一锥面(如图1)，以成对刨刀来代替平顶齿轮的一个齿与被加工齿轮做无间隙啮合，就能切出所需齿形。切削过程中，直齿锥齿轮刨刀做往复运动，同时绕平顶齿轮(即摇台)中心OC转动，而被切齿轮则绕自身轴线转动，形成展成运动，两把作往复运动的侧刃刨刀交替刨削一个轮齿的两个齿面来完成加工。图1中，也可看成是被切齿轮的啮合节锥面与平顶齿轮的啮合节锥面相切做纯滚动，其滚比ic为：

(1)

或

(2)

式中：δ为被切齿轮分锥角；z为被切齿轮齿数；zc为平顶齿轮齿数；θf为被切齿轮齿根角。

1.2滚切刨齿的产形面和刀位[2]

滚切刨齿的产形面和刀位的几何关系，如图2所示。摇台平面上刨刀刃尖的运动轨迹与通过机床中心的轮齿平分线的夹角称为刀架齿距角，用λ(单位：(°))表示。调整刀架齿距角将影响齿厚和齿面接触情况。

(3)

式中：R为大端锥距；hf为大端齿根高；s为大端分度圆弧齿厚；α为压力角。

1.3磨齿机(改装)的结构及展成磨削动作

图1中，假设平顶齿轮固定不动，轮系由定轴轮系变成行星轮系。被切齿轮与平顶齿轮作无间隙啮合，被切齿轮的运动则变成：既绕OC公转的同时，又绕其自身轴线自转。若将直齿锥齿轮装夹在图3所示的改装磨齿机上磨削，由于砂轮在滑枕的作用下，只作直线往复运动，所以砂轮一条锥面母线在滑枕的直线运动下形成的面，就可以看作是固定不动的平顶齿轮的一个齿面。相同的，假设图2中的刨刀不绕摇台(机床)中心旋转，只作直线往复刨削运动，若将图3中砂轮的一条锥面母线看作是图2中的刨刀刀刃，则砂轮锥面母线在滑枕直线运动下形成的面也就可以看作是图2中的产形面。

因此，图3中所示磨齿机的展成磨削运动就是被磨齿轮自转一定角度，公转旋转台转过相应角度，水平工作台移动相应距离，三轴联动后，砂轮(滑枕)走刀一次。如此循环，完成某个齿面的磨削加工。

砂轮的修整可利用Y7132型磨齿机原配的砂轮修整器进行修整，也可在工作台上安装金钢笔，利用升降工作台和水平工作台的联动进行修整。移动升降工作台还可对修整后的砂轮进行补偿。

数控改造后，除砂轮旋转驱动采用普通的三相鼠笼异步电动机外，其余的工作台、旋转台、滑枕驱动，全部采用伺服电动机驱动。其中，滑枕和水平工作台改为滚珠丝杠传动。

2　磨削实例分析

2.1机床调整与相关说明

先调节图3中所示的根锥角调节座，使齿轮根锥与滑枕运动轨迹平行，再调整齿轮中心轴线(即自转轴线)、公转轴线至砂轮两锥面对称中心平面内，如图4所示。

图4中，OO1是锥顶O沿自转轴线方向至公转轴线O1C的距离。O＇O＇1是OO1在水平面上的投影。该例r=178.277 3 mm，该数值与根锥角、分锥角、锥距及夹具尺寸等因素有关。

已知滚比ic=1.295 9，可知该齿轮作为行星轮与固定不动的平顶齿轮作啮合运动时，若该齿轮公转1°，则自转1.295 9°；若该齿轮自转1°，则公转0.771 66°。也就是说自转角度始终都是公转角度的1.295 9倍。

2.2展成磨削动作

若将砂轮看成是刨刀，那么图4中的A点便是刨刀刃尖。那么改装磨床如何动作才能使λ角的一条边O＇D和A点的运动轨迹重合？为使O＇D和A点的运动轨迹重合，需先将齿轮以O＇1点为圆心，顺时针公转一个λ角的度数(5.95°)，结果如图5a所示。此时，O＇点与砂轮两锥面对称中心平面的距离为L1(18.48 mm)，轮齿与砂轮的位置关系如图5a所示。接着水平工作台动作，将齿轮向左平移，移动量为L1+B/2，结果如图5b所示。此时，λ角的一条边O＇D和A点的运动轨迹重合且齿廓上固定弦处与砂轮锥面母线相切。

假设此时要磨削固定弦起往下的齿面(实际加工中并不会如此操作，而是砂轮从齿顶逐步向齿根磨出齿面，在此笔者只是想更为透彻地阐明加工原理)，机床的动作是：若齿轮逆时针自转10°(为使读者能更加直观地看清楚展成过程，笔者特将自转角度设成一个较大的数值。实际加工时，该齿轮每次自转角度为0.5°，足以保证磨出齿面的光滑和连续)，则公转旋转台逆时针公转7.716 6°结果如图5c所示。此时，O＇点与通过A点的铅垂面的距离为L2(23.976 3 mm)，轮齿与砂轮的位置关系如图5c所示。接着水平工作台动作，将齿轮向右平移，移动量为L2，结果如图5d所示。此时齿廓与砂轮锥面母线相切，砂轮(滑枕)走刀一次。

当齿轮与砂轮位置处于图5b状态时，若要磨削固定弦起往上的齿面，则齿轮的自转、公转、水平移动方向也相应改变。即齿轮需顺时针自转，顺时针公转，水平工作台向左平移。

每次公转后移动水平工作台的目的是使O＇点处于通过A点的铅垂面内,移动的距离由r的大小及公转的角度决定。利用二维软件(如CAXA)在r圆弧上找出各个点位，编入程序。为不累积误差，应使用绝对坐标编程。

2.3自转角度的确定

当砂轮从齿顶逐步向齿根展成磨出齿面时，为磨出全部齿面，齿轮需自转一定角度。若该角度小了，则磨不出全部齿面；若该角度大了，则有可能碰伤轮齿根部，甚至碰伤相邻轮齿。对于齿轮自转多少角度刚好能加工出全部齿面，文献[4]有较为详尽的论述，本文在此不赘述。虽然文献[4]讨论的是刨齿机问题，但其公式同样适用于本文介绍的改装磨齿机。当然，自转角度的确定，最简便直接的办法就是试磨。

2.4齿根圆角问题

如图5d所示，砂轮磨至齿根时，为不使砂轮尖角碰伤齿根圆弧，宜将砂轮尖角倒圆。

3　结语

本文介绍的直齿锥齿轮磨齿机，是在普通磨齿机的基础上数控化改造而成。改造难度不大，设备总成本也相对较低，却很好地解决了直齿锥齿轮淬硬后的热处理变形问题，提高了齿轮精度和改善了齿面粗糙度。

[1]齿轮手册编委会.齿轮手册[M]. 2版.北京：机械工业出版社，2000.

[2]孟少农. 机械加工工艺手册[M].北京：机械工业出版社，1991.

[3]田培棠. 齿轮刀具设计与选用手册[M].北京：国防工业出版社，2011：301-302.

[4]艾国维.关于刨齿机摇台摆角公式探讨[J].现代机械,1980(4)：29-32.

用汽车变速箱及底盘传动系统零部件的加工制造。

如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。

Y7132 type gear grinding machine is transformed to straight bevel gear grinding machine with generating method

FAN Liangcheng

(Zhejiang Wucheng Machinery Manufacturing Co., Ltd., Taizhou 318017, CHN)

Introduce a generating method for grinding straight bevel gears derived by flat top gear gear-shaping work principle. Introduce Y7132 gear grinding machine NC transformation, through example analysis of machining principle, introduce processing method.

straight tooth bevel gear; generating method of grinding; NC transformation

TG61+6

B

范良成，男，1981年生，工程师，从事矿

(编辑孙德茂)(2015-09-15)

160431