一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法技术

本发明专利技术提供一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法，属于渐开线齿轮修形加工领域，能够解决传统加工方法“先修刀具后修齿轮”、加工修形齿轮二次误差叠加且不满足互换性、更换一组齿轮参数就需要修整一次刀具的问题，以及数控机床多轴联动每条导轨运动精度相互影响的问题。所述加工方法加工不同参数的齿轮，只需根据公式提前计算好垫片厚度以及放置位置，便可加工出具有特定鼓形量的齿廓鼓形修形齿轮，无需对砂轮修凹，也无需机床多轴联动。本发明专利技术仅通过改变渐开线凸轮相对于凸轮座的相对位置，便可实现高精度齿廓鼓形修形齿的加工，具有操作简单、加工精度高的优点，具有较好的推广应用前景。较好的推广应用前景。较好的推广应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法


[0001]本专利技术属于渐开线齿轮加工
，涉及一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法。

技术介绍

[0002]齿轮轮齿由于不可避免的制造和安装误差、受载变形等因素，在实际啮合过程中会产生冲击、振动和偏载，如仅考虑依靠提高制造和安装精度，必然会大大增加成本，而且也不能消除因变形造成的偏载。针对上述问题，对渐开线齿轮的齿形和齿向进行适当的修形，对改善其传动性能、提高其承载能力、延长其使用寿命有着明显的效果。修形不仅能够提高齿轮的强度，而且能够降低齿轮运转的噪音。
[0003]齿轮修形包括齿廓修形、齿向修形以及齿形齿向修形有机组合的综合修形。齿廓修形包括鼓形齿修形、齿形倾斜修形以及齿顶齿根修缘。其作用是减少啮入、啮出冲击并减轻动载荷，消除轮齿在啮合过程中的正基节误差，改善载荷分布，减小冲击振动。齿向修形包括鼓形齿向修形、齿向倾斜修形以及齿端修缘，其作用是保证受载后齿宽方向载荷均布，即修形曲线要补偿啮合齿向误差，避免边缘点接触，减少棱边接触。
[0004]目前，国内外许多科研人员针对齿轮修形提出了不同的观点。但是，对于修型齿轮的加工工艺，基本上采用带有修形量的刀具或数控机床进行加工，中国专利技术专利【CN109834339A】公开的齿廓修形方法加工齿廓鼓形齿时，先加工出理论齿轮零件，然后采用滚、剃或者磨的方法在已加工出的零件的基础上进行修鼓。此方法需要对相应的刀具进行“中凹”修形。同样的，中国专利技术专利【CN106624684A】公开的一种剃齿加工齿廓修形方法，利用金刚石修整轮对剃齿刀进行反切削，使剃齿刀的齿面出现中凹，再用该齿形中凹的剃齿刀去加工齿轮。中国专利技术专利【CN1614526A】公开的齿轮修形方法则是直接通过数控机床加工修鼓后的齿轮，而不需要再对齿轮进行后续加工。中国专利技术专利【CN101518840A】公开的一种数控插齿加工齿廓修形的方法是先正常加工齿轮毛坯，然后检查齿廓尺寸，将齿轮参数修形参数输入到软件自动生成代码进行数控加工。以上所述专利加工修形齿精度不高，很难得到3级及3级以上精度齿轮。数控机床加工修形齿轮，往往需要多轴联动，每条导轨的运动精度都会对修形齿轮的加工造成影响，误差源较多，也难以获得高精度的修形齿轮。
[0005]大平面国产大平面砂轮磨齿机精度较高，用于磨削加工高精度齿轮。其出厂磨齿精度可达3级。大连理工大学高精度齿轮研究室通过改造其磨齿母机，开发科学的磨齿工艺，实现了齿轮国际标准ISO 1328
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1:2013(E)和齿轮国家标准GB/T10095.1
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2008中1级精度标准齿轮的加工，其综合技术具有国际前列水平，精度指标国际领先。其“1级精度基准标准加工设备精化与工艺技术”获得2017年中国机械工业科学技术一等奖。“1级精度基准标准齿轮测试技术与仪器”获得2017年中国测试计量学会科学进步一等奖。该项研究在基准级标准齿轮齿廓偏差测量技术居国际领先水平，齿距偏差测量技术达到国际先进水平，填补了国内1级精度齿轮测量方法与技术的空白。
[0006]大平面磨齿机床传统方法加工修形齿轮是采用带靠模的砂轮修整器对砂轮进行复映修形，利用展成法完成磨削加工。采用此法加工修形齿轮，利用靠模修整砂轮时便会产生一次复映误差，砂轮加工齿轮时还会再一次产生复映误差。两次复映误差叠加，加工精度受影响较大，另外靠模的加工精度也会直接影响齿轮的加工精度。此外，不同规格的齿轮需要制作特定的修整靠模，工作效率低且不具备互换性。
[0007]随着科技的发展，精密传动领域对高精度修形齿轮的需求增大，现有公开的文献未有提及3级精度以上修形齿轮的加工，高精度齿廓修形齿轮的加工技术尚属空白。

技术实现思路

[0008]针对以上问题，本专利技术提出了一种基于大平面砂轮磨齿机的齿廓修形方法，本方法无需改变机床的修整系统，采用带有修形量的砂轮，只需通过加垫片的方法改变渐开线凸轮相对凸轮座的位置，便可实现高精度齿廓鼓修形齿轮的精密加工。既不采用靠模板也不需要机床多轴联动，利用大平面型磨齿机床现有工作条件，便可加工具有3级以上精度的齿廓鼓形修形齿。
[0009]根据大平面磨齿机床的工作原理：利用高精度的渐开线凸轮靠模二次展成渐开线齿轮。齿轮的齿廓精度主要取决于渐开线凸轮的廓形精度。渐开线凸轮与其配套的底座可分离式安装，梯形定位，螺栓锁紧。渐开线凸轮底座顶面设有底角为82
°
的等腰梯形凸台；对应的，渐开线凸轮底面为配套的梯形凹槽。基于此，本专利技术在凸轮与底座接触面处加垫片来改变渐开线凸轮的相对位置，使得实际渐开线偏离理论渐开线，达到齿廓修形的目的。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法，包括以下步骤：
[0012]第一步，建立齿廓修形曲线的数学模型；
[0013]1)依据平面直角坐标系下渐开线凸轮齿廓标准方程，选定凸轮的设计段取值区间[t0，t1]；
[0014][0015]式中，x为渐开线凸轮齿廓上任意一点的横坐标；y为渐开线凸轮齿廓上任意一点的纵坐标；r
bcam
为凸轮基圆半径/mm；t为该点的展开角/rad；[t0，t1]为标准渐开线方程的起止区间；
[0016]2)令渐开线凸轮齿廓标准方程沿x轴，y轴分别平移x1，y1，得到平移后的方程；或令其绕竖直平面内非原点的任意一点p(x2，y2)旋转θ角度，得到其旋转后的方程，所述θ的取值范围为[θ0，θ1]；
[0017]根据坐标变换矩阵，平移或旋转后的曲线方程为公式(1)所示的标准方程左乘坐标变化矩阵：
[0018][0019]或
[0020]根据机床实际情况，若所加垫片位置为渐开线凸轮梯形定位槽与凸轮底座凸台接触处，则为平移运动，且平移方向为凸台梯形面的两腰方向；
[0021]若所加垫片位置为渐开线凸轮底面与凸轮底座顶面接触处，则为旋转运动，且旋转点p为渐开线凸轮底面顶点，此时x2，y2为已知参数；θ为一远小于1
°
的微小角度；
[0022]所加垫片的厚度T与x1、y1的关系为：
[0023][0024]式中，e为理论渐开线平移的距离，γ为等腰梯形凸台底角，β为e的相位。
[0025]所加垫片的厚度T与θ的关系为：
[0026]θ＝arctan(T/120)
ꢀꢀ
(5)
[0027]则变换后的曲线方程为：
[0028][0029]式中，X(t)，Y(t)均为关于展开角度t的函数；
[0030]3)过渐开线凸轮齿廓标准方程(1)上任意一点(x0，y0)，作渐开线凸轮基圆的切线，交变换后的曲线方程(6)于点(X0，Y0)，根据公式(7)求出点(X0，Y0)与点(x0，y0)间的距离l；
[0031][0032]根据ISO 1328
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1:2013(E)和GB/T 10095本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大平面砂轮磨齿机齿廓鼓形修形齿的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立齿廓修形曲线的数学模型；1)依据平面直角坐标系下渐开线凸轮齿廓标准方程，选定凸轮的设计段取值区间[t0，t1]；式中，x为渐开线凸轮齿廓上任意一点的横坐标；y为渐开线凸轮齿廓上任意一点的纵坐标；r
bcam
为凸轮基圆半径/mm；t为该点的展开角/rad；[t0，t1]为标准渐开线方程的起止区间；2)令渐开线凸轮齿廓标准方程沿x轴，y轴分别平移x1，y1，得到平移后的方程；或令其绕竖直平面内非原点的任意一点p(x2，y2)旋转θ角度，得到其旋转后的方程，所述θ的取值范围为[θ0，θ1]；根据坐标变换矩阵，平移或旋转后的曲线方程为公式(1)所示的标准方程左乘坐标变化矩阵：或根据机床实际情况，若所加垫片位置为渐开线凸轮梯形定位槽与凸轮底座凸台接触处，则为平移运动，且平移方向为凸台梯形面的两腰方向；若所加垫片位置为渐开线凸轮底面与凸轮底座顶面接触处，则为旋转运动，且旋转点p为渐开线凸轮底面顶点，此时x2，y2为已知参数；则变换后的曲线方程为：式中，X(t)，Y(t)均为关于展开角度t的函数；3)过渐开线凸轮齿廓标准方程(1)上任意一点(x0，y0)，作渐开线凸轮基圆的切线，交变换后的曲线方程(6)于点(X0，Y0)，根据公式(7)求出点(X0，Y0)与点(x0，y0)间的距离l，l即为渐开线凸轮的齿廓偏差；4)根据Y7125型大平面砂轮磨齿机的工作特点，渐开线凸轮的齿廓偏差会映射到被加工齿轮上，则得到齿轮齿廓偏差公式f；
式中，α
y
为机床头架安装角；α
h
为斜挡板倾角；f即为齿廓偏差关于展开角度t的公式；5)根据ISO 1328
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1:2013(E)附录B提供的方法，从齿廓偏差f中分离出齿廓凸度C
α
，并得到C
α
关于...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌四营，赵昌明，孔玉梅，凌明，刘远航，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：