一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法技术

本发明专利技术涉及一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法，提出针对锥形面齿轮加工的一种方法，锥形面齿轮精密加工的实现，使同轴分扭构型更好地发挥作用，解决了在先进直升机传动系统分扭构型中，不能保证每个支路面齿轮副的齿侧间隙相等的问题，对新型的锥形面齿轮副传动应用于实际具有非常重要的意义。

A method of grinding bevel gear with disc wheel

【技术实现步骤摘要】
一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法
本专利技术属于面齿轮加工方法领域，具体涉及一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法。
技术介绍
在新一代的采用面齿轮的直升机传动系统中，构型采用的是同轴面齿轮分扭设计，上、下两个面齿轮中间有五个小齿轮，其中两个输入，三个惰轮。由于省去了圆柱齿轮汇流级，功重比进一步提高40％，噪音降低15dB以上。该构型对面齿轮副提出了更高的要求，为了保证面齿轮同轴分扭构型的有效性，两个输入小齿轮支路之间和三个惰轮支路之间所传递的载荷应近似相等。已有研究表明不同支路的载荷与该支路面齿轮副的齿侧间隙密切相关。然而，在面齿轮同轴分流传动的新型直升机传动系统中，由于制造和安装误差的存在，并不能保证每个支路面齿轮副的齿侧间隙相等，这就需要研究一种新型的面齿轮来解决上述问题，本专利技术研究一种锥形面齿轮的加工方法。将锥形面齿轮副从设计分析走向实际应用最关键的因素是提高其轮齿齿面精度。磨削是保证齿面高精度的最常用和最有效的措施。锥形渐开线齿轮的刀具相对常见，而与之配合的锥形面齿轮齿面的齿向形状较为复杂，磨削方法至今未见相关研究的公开发表。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：本专利技术提出一种基于碟形砂轮的锥形面齿轮点对点磨削方法，该方法可以根据磨削精度要求，确定碟形砂轮的磨削路径，该方法实现了锥形面齿轮磨齿加工，同时适用于常规面齿轮以及修形面齿轮齿面的磨削。本专利技术的技术方案是：一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法，包括以下步骤：步骤一：磨削前碟形砂轮刀具的获得，包括以下子步骤：子步骤1：定义碟形砂轮齿面刀具几何形状，定义碟形砂轮的齿廓形状的获得与虚拟锥形渐开线齿轮刀具在小端的几何形状完全一致，碟形砂轮的顶厚tg要小于等于虚拟刀具大端齿廓的顶厚tl子步骤2：碟形砂轮刀具由金刚滚轮修整得到其截面形状；步骤二：碟形砂轮磨削前被磨削点的确定：定义锥形渐开线齿轮刀具与锥形面齿轮的一部分瞬时接触线作为锥形面齿轮齿面上的磨削路径。锥形渐开线齿轮刀具和锥形面齿轮的啮合线(共U条)构成了网格面齿轮齿廓方向的横向网格线；锥形面齿轮齿向方向的网格线是一组沿齿向等距分布的平行直线(共V条)，它们形成的每一个交点将会被作为磨削目标点；步骤三：在机床上安装锥形面齿轮，碟形砂轮安装于机床主轴上，将碟形砂轮移动至锥形面齿轮齿槽处的对刀位置，完成对刀；步骤四：锥形面齿轮的磨削加工，包括以下子步骤：子步骤1：建立磨削坐标系，定义磨削方法：确定面齿轮齿面上每一个被磨削点上，碟形砂轮和面齿轮之间的运动关系，从最靠近面齿轮齿顶的一条磨削路径至最靠近面齿轮齿面公切线的磨削路径，沿逐条路径依次磨削，即可完成面齿轮单个齿面的磨削。完成一个齿面的磨削后，将面齿轮分度至下一个齿槽，进行下一个齿面的磨削。重复上述过程，直至面齿轮所有齿面全部被磨出。子步骤2：磨削残差的计算为了获得包络残差λ的值，首先要计算出T点在面齿轮坐标系下的坐标。在面齿轮坐标系S2下，T点坐标可表示为：式中：r2(g1)——碟形砂轮磨削M1点时，其曲面方程在坐标系S2下的表示；r2(g2)——碟形砂轮磨削M2点时，其曲面方程在坐标系S2下的表示；x2(g1),y2(g1)——位置矢量r2(g1)的x、y分量。磨削残差计算公式:式中：rT为在面齿轮坐标系S2下T点的位置矢量；r2为T点在面齿轮齿面上投影点的坐标。子步骤3：根据磨削残差计算及给定的齿面加工精度，进行磨削路径的确定面齿轮齿面允许的最大包络残差用λk表示，该值的大小是由预先给定的面齿轮齿面加工精度决定的。对于整个面齿轮齿面来说，任意两个相邻的磨削路径之间的最大包络残差应该小于等于λk，以满足预定的面齿轮齿面精度要求。将该条件用数学表达式表示为：式中：——面齿轮齿面上第i条磨削路径对应的虚拟齿轮刀具的展成转角；λ(i-1～i,j)——第i-1条磨削轮径和第i条磨削路径之间一系列点的包络残差。在定义面齿轮齿面上最靠近齿顶的第一条磨削路径时，使其对应的虚拟齿轮刀具展成转角大于ψs*的最小值1～3度。展成面齿轮全齿面所需要的虚拟齿轮刀具的转角ψs*范围可由TCA算法确定。每一个虚拟齿轮刀具转角都对应一条面齿轮齿面上的磨削路径。子步骤4：上述步骤完成了单侧齿面的确定，因此重复上述步骤完成另一侧齿面的磨削。本专利技术进一步的技术方案是：所述坐标系原点Of是空间中固定的一点。dx,dy和dz表示机床各运动部件沿x轴，y轴和z轴的线性位移。坐标系Sm和S2刚性连接在面齿轮上，其中Sm与面齿轮刚性固定，仅随面齿轮平移，S2随面齿轮一起平移和转动。碟形砂轮的摆转通过两个辅助坐标系Sc和Sq实现。坐标系Sg与碟形砂轮刚性固连。专利技术效果本专利技术的技术效果在于：提出针对锥形面齿轮加工的一种方法，锥形面齿轮精密加工的实现，使同轴分扭构型更好地发挥作用，解决了在先进直升机传动系统分扭构型中，不能保证每个支路面齿轮副的齿侧间隙相等的问题，对新型的锥形面齿轮副传动应用于实际具有非常重要的意义。附图说明图1.基于数控机床的仿真平台图2.获取碟形砂轮齿廓截形坐标系图3.碟形砂轮坐标系图4.碟形砂轮修整坐标系图5.锥形面齿轮齿面磨削离散网格点径向旋转投影图6.碟形砂轮磨削锥形面齿轮坐标系图7.锥形面齿轮磨削部分NC程序段图8.锥形面齿轮齿面磨削包络残差图9.磨削路径确定流程图10.磨削仿真使用的磨削路径具体实施方式参见图1—图10，本专利技术的技术方案为：步骤一：磨削前碟形砂轮刀具的获得子步骤1：碟形砂轮齿面刀具几何形状本专利技术碟形砂轮的齿廓截形与虚拟刀具齿轮的小端齿廓完全匹配。碟形砂轮的齿廓形状的获得与虚拟锥形渐开线齿轮刀具在小端的几何形状完全一致，但是，碟形砂轮的顶厚tg要小于等于虚拟刀具大端齿廓的顶厚tl(如图2)。否则，在被磨削锥形面齿轮的大端齿根容易发生过切现象，因为锥形面齿轮齿根宽度从小端到大端是逐渐收缩的。子步骤2：碟形砂轮的修整碟形砂轮刀具由金刚滚轮修整得到其截面形状。将碟形砂轮安装在机床上，用金刚滚轮修整器完成对碟形砂轮的修整。同时，确定碟形砂轮与金刚滚轮的运动关系，根据运动关系，在Matlab中编写砂轮修整NC程序，在机床上实现砂轮修整。步骤二：碟形砂轮磨削前被磨削点的确定本专利技术将锥形渐开线齿轮刀具与锥形面齿轮的一部分瞬时接触线作为锥形面齿轮齿面上的磨削路径。图6展示了锥形面齿轮齿面被磨削离散网格点的旋转投影。锥形渐开线齿轮刀具和锥形面齿轮的啮合线(共U条)构成了网格面齿轮齿廓方向的横向网格线；锥形面齿轮齿向方向的网格线是一组沿齿向等距分布的平行直线(共V条)。它们形成的每一个交点将会被作为磨削目标点。步骤三：在机床上安装锥形面齿轮，并完成刀具对刀锥形面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：磨削前碟形砂轮刀具的获得，包括以下子步骤：/n子步骤1：定义碟形砂轮齿面刀具几何形状，定义碟形砂轮的齿廓形状的获得与虚拟锥形渐开线齿轮刀具在小端的几何形状完全一致，碟形砂轮的顶厚t

【技术特征摘要】
1.一种用碟形砂轮磨削锥形面齿轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：磨削前碟形砂轮刀具的获得，包括以下子步骤：
子步骤1：定义碟形砂轮齿面刀具几何形状，定义碟形砂轮的齿廓形状的获得与虚拟锥形渐开线齿轮刀具在小端的几何形状完全一致，碟形砂轮的顶厚tg要小于等于虚拟刀具大端齿廓的顶厚tl
子步骤2：碟形砂轮刀具由金刚滚轮修整得到其截面形状；
步骤二：碟形砂轮磨削前被磨削点的确定：定义锥形渐开线齿轮刀具与锥形面齿轮的一部分瞬时接触线作为锥形面齿轮齿面上的磨削路径。锥形渐开线齿轮刀具和锥形面齿轮的啮合线(共U条)构成了网格面齿轮齿廓方向的横向网格线；锥形面齿轮齿向方向的网格线是一组沿齿向等距分布的平行直线(共V条)，它们形成的每一个交点将会被作为磨削目标点；
步骤三：在机床上安装锥形面齿轮，碟形砂轮安装于机床主轴上，将碟形砂轮移动至锥形面齿轮齿槽处的对刀位置，完成对刀；
步骤四：锥形面齿轮的磨削加工，包括以下子步骤：
子步骤1：建立磨削坐标系，定义磨削方法：确定面齿轮齿面上每一个被磨削点上，碟形砂轮和面齿轮之间的运动关系，从最靠近面齿轮齿顶的一条磨削路径至最靠近面齿轮齿面公切线的磨削路径，沿逐条路径依次磨削，即可完成面齿轮单个齿面的磨削。完成一个齿面的磨削后，将面齿轮分度至下一个齿槽，进行下一个齿面的磨削。重复上述过程，直至面齿轮所有齿面全部被磨出。
子步骤2：磨削残差的计算
为了获得包络残差λ的值，首先要计算出T点在面齿轮坐标系下的坐标。在面齿轮坐标系S2下，T点坐标可表示为：



式中：
r2(g1)——碟形砂轮磨削M1点时，其曲面方程在坐标系S2下的表示；
r2(g2)——碟形砂轮磨削...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宁，侯婷，郭辉，周如传，孙亚杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61