成形砂輪跨齒磨削的應(yīng)用

■陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司 （寶雞 721000） 姜永軍 楊利強(qiáng)

成形砂輪跨齒磨削的應(yīng)用

■陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司 （寶雞 721000） 姜永軍 楊利強(qiáng)

摘要：從磨齒加工的工藝性出發(fā)，詳細(xì)對(duì)比了單齒單片成形砂輪磨削和跨齒雙片成形砂輪磨削的加工效率，同時(shí)兼顧齒面的加工質(zhì)量，從磨齒原理和磨削對(duì)比試驗(yàn)出發(fā)進(jìn)行工藝性攻關(guān)試驗(yàn)和總結(jié)，為齒輪生產(chǎn)制造廠家解決了加工效率低的問題。

齒輪在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的使用越來越普遍。目前，齒輪的精密加工主要以磨齒加工為主，主要方法有錐面砂輪磨齒機(jī)磨削（展成原理）、蝸桿砂輪磨齒機(jī)磨削（蝸桿蝸輪嚙合原理）和成形砂輪磨齒機(jī)磨削（成形法）。成形砂輪磨齒機(jī)的成本較低，加工原理相對(duì)簡(jiǎn)單，隨之應(yīng)用也越來越廣泛。

成形砂輪磨齒加工傳統(tǒng)方法以完整的成形單齒磨削加工進(jìn)行，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于齒面公法線余量大、徑向余量大，就造成加工時(shí)間較長(zhǎng)。而磨齒的加工效率和精度是齒輪生產(chǎn)制造廠商最關(guān)注的重要因素，提高效率、提高齒輪的加工精度是齒輪生產(chǎn)制造廠謀求發(fā)展、獲得經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)鍵。

1. 存在的問題

數(shù)控機(jī)床加工外嚙合齒輪泵用直齒輪時(shí)間較長(zhǎng)，程序中齒輪的詳細(xì)參數(shù)為：模數(shù)m=5.0mm，齒數(shù)z=10，壓力角α=20°，變位系數(shù)X=0.0，齒輪徑向需下刀總量為1.29mm（單邊）。粗磨總余量1.26mm，每次吃刀量0.03mm（從左往右0.03mm，從右往左0.03mm），進(jìn)給速度4 000mm/min；精磨總余量0.03mm，每次吃刀量0.03mm（從左往右0.03mm，從右往左0mm），進(jìn)給速度1 600mm/min。加工完整個(gè)工件用時(shí)19min36s，其中粗磨完修砂輪2次，修砂輪耗時(shí)1min40s。

2. 解決措施及辦法

為了解決這一問題，我們決定加大每次的吃刀量和提高進(jìn)給速度，吃刀量由原來的0.03mm變?yōu)?.045mm，進(jìn)給速度由原來的4 000mm/min提高到6 000mm/min。采取此措施后，齒輪的表面不僅有明顯的燒傷，且齒面粗糙度質(zhì)量下降，齒面振紋明顯。之后又更換大揚(yáng)程的冷卻泵，齒面燒傷減小了，但齒面振紋還是明顯存在，此時(shí)的加工總時(shí)間為13min8s。之后，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的分析、討論，決定改變磨削方案，由原來的單齒磨削改為跨齒磨削，磨削簡(jiǎn)圖如圖1～4所示。

圖1　偶數(shù)齒齒輪單齒磨削簡(jiǎn)圖

圖2　偶數(shù)齒齒輪跨齒磨削簡(jiǎn)圖

其中，圖1和圖2的齒輪為偶數(shù)齒，圖3和圖4的齒輪為奇數(shù)齒，無論齒數(shù)為偶數(shù)還是奇數(shù)，均可以進(jìn)行跨1齒磨削，當(dāng)然也可以跨2齒或多齒。跨齒數(shù)越多，要求砂輪的厚度越大，對(duì)于磨齒機(jī)主軸的要求就越

高，在實(shí)際解決問題的過程中，我們采用了跨1齒磨削，在兩片砂輪之間增加了隔套，隔套的厚度為齒輪的毛坯齒厚+1mm（單邊0.50mm）,齒根圓直徑df＝（z－2.5）m，每齒對(duì)應(yīng)的圓心角θ＝360°/z，毛坯齒厚L的估算公式為

圖3　奇數(shù)齒齒輪單齒磨削簡(jiǎn)圖

圖4　奇數(shù)齒齒輪跨齒磨削簡(jiǎn)圖

式中，rf為齒根圓半徑（mm）。

代入數(shù)值可得

以上為計(jì)算值，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，使用齒厚卡尺測(cè)量齒輪的毛坯齒厚，對(duì)于m=5mm、z=10、α=20°的齒輪，我們制作的隔套的實(shí)際厚度為11.50mm，隔套兩端面平行度0.10mm以內(nèi)。

對(duì)于m=5mm、z=10、α=20°的齒輪，在圖1單齒磨削的情況下，當(dāng)砂輪徑向下刀量為0.03mm時(shí)，齒面的公法線減小量應(yīng)當(dāng)為0.014 54mm。具體計(jì)算如下

可得

在圖2跨齒磨削的情況下，當(dāng)砂輪徑向下刀量為0.03mm時(shí)，齒面的公法線減小量應(yīng)當(dāng)為0.021 94mm。具體計(jì)算如下。

可得

經(jīng)過兩者的比較明顯發(fā)現(xiàn)，在同樣徑向進(jìn)刀量為0.03mm的情況下，顯然第二種方法即圖2、圖4所示的加工量大，齒面的余量去除率大。

對(duì)于成形砂輪的修整，需要在原來的基礎(chǔ)上，將原來的單齒兩面分別對(duì)于工件中心進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)就可以實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)如圖5、圖6所示，曲線的旋轉(zhuǎn)通過CAXA2011軟件實(shí)現(xiàn)。

圖5　漸開線砂輪磨齒簡(jiǎn)圖

圖6　旋轉(zhuǎn)后砂輪截形磨削簡(jiǎn)圖

用于該砂輪修整的數(shù)控磨齒機(jī)的修整軸為Y軸和Z軸，其中Z軸為上下運(yùn)動(dòng)，Y軸為前后運(yùn)動(dòng)，修整砂輪時(shí)通過兩個(gè)直線軸的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)漸開線的擬合，齒輪漸開線擬合的方式為離散點(diǎn)的直線擬合。下面是走漸開線部分的原始程序：

G01 Z1.0000 Y0.0000

G01 Z0.9709 Y0.4297

G01 Z0.8840 Y0.8514

G01 Z0.0064 Y2.3107

G01 Z-0.3255 Y2.5852

G01 Z-2.3132 Y3.2346

G01 Z-3.6161 Y3.7523

...

G01 Z-8.1765 Y7.9974

G01 Z-8.2874 Y8.1538

G01 Z-9.5859 Y10.2705

G01 Z-9.6899 Y10.4670

G01 Z-10.0046 Y28.5000

點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入CAXA2011時(shí)，文件名為*.dat，文件用記事本編寫格式如下：

SPLINE

CLOSED

109

0,1,0

0.4297,0.9709, 0

0.8514,0.8840, 0

2.3107,0.0064, 0

...

28.5000 ,-10.0046,0

END

其中S P L I N E表示樣條曲線，CLOSED表示曲線閉合，OPENED表示開曲線，109表示型值點(diǎn)個(gè)數(shù)，END表示點(diǎn)結(jié)束，點(diǎn)坐標(biāo)分別為X，Y，Z，中間用逗號(hào)隔開。

圖5為導(dǎo)入后的漸開線。在CAXA導(dǎo)入/導(dǎo)出曲線時(shí)使用X-Y平面，數(shù)控機(jī)床砂輪修整時(shí)使用Y-Z平面，Z軸為上下運(yùn)動(dòng)，Y軸為前后運(yùn)動(dòng)。

圖6為旋轉(zhuǎn)后的砂輪截形圖，旋轉(zhuǎn)時(shí)，繞工件回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)18°（360°/10/2），修整砂輪時(shí)，從砂輪對(duì)稱中心往兩側(cè)修整。

對(duì)旋轉(zhuǎn)后的曲線進(jìn)行點(diǎn)輸出時(shí)，用鼠標(biāo)單擊曲線，選中后右鍵單擊，選擇元素屬性（E），出現(xiàn)記事本文件，文件名為：attribute.txt，可直接獲得點(diǎn)坐標(biāo)，從而完成跨齒成形砂輪的編程和修整。以下是跨齒砂輪修整的部分修整程序：

G01 Z18.842Y6.122

G01 Z18.737Y6.54

G01 Z18.689Y6.968

G01 Z18.699Y7.398

G01 Z21.905Y10.949

G01 Z21.96Y11.003

G01 Z22.016Y11.059

G01 Z22.072Y11.117

G01 Z22.13Y11.178

G01 Z25.155Y16.747

G01 Z25.611Y18.52

...

G01 Z25.774Y19.38

3. 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)m=5mm、z=10、α=20°的齒輪跨齒磨削，加工過程中其余參數(shù)保持不變，磨削的最終節(jié)拍為8min37s，達(dá)到了客戶的技術(shù)要求。

通過成形砂輪的跨齒磨削，使得齒輪磨削的時(shí)間縮短為原來的43.96%，大大提高了加工效率，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

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專家點(diǎn)評(píng)

作為一家機(jī)床工具制造廠家的技術(shù)人員，作者改進(jìn)齒輪磨削方案，由原來的單齒磨削改為跨齒磨削，縮短了齒輪磨削的時(shí)間，是一種提高效率的加工方法。

收稿日期：（20141224）