磨削圓弧圓柱蝸桿齒面的工裝設計與應用

王鋼

摘 要：在漢江工具廠生產的S7732型加工阿基米德蝸桿磨床上，設計砂輪修整器，采用金剛筆作圓弧運動，與此同時機床帶動修整器作螺旋運動，即完成了金剛筆螺旋面的運動。用它所包絡出砂輪軸截面曲線，在去磨削蝸桿得到所需的齒形。為了方便砂輪修整，可用此砂輪磨出樣板，放入成型修整器中，以便隨時修整砂輪，完成圓弧圓柱蝸桿的齒面磨削，拓寬現有設備加工能力，解決原有設備無法加工的難題。

關鍵詞：砂輪修整器；純圓弧；共軛；圓弧半徑

1 概述

由于阿基米德齒形的蝸輪蝸桿減速器應用歷史最長，設計簡單，工藝成熟。所以我公司生產的蝸輪蝸桿減速器是以阿基米德型齒形為主，由于該齒形承載能力低，有的產品由于結構及承載能力的要求，必須選用軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒形才能滿足設計要求。它具有良好的潤滑特性，功率耗損小，傳動效率高（比普通蝸桿傳動提高5%-15%）齒面接觸應力小，齒面強度高，承載能力大（比普通蝸桿傳動可提高50%-100%）使用壽命長，并具有工作平穩，噪聲小等特點，材料成本和普通蝸桿傳動相比較基本相當。但是需要專用設備才能加工，我們公司沒有加工該齒形的設備。生產時達不到設計要求（例如原設計蝸桿材料為42CrMo，齒面淬火硬度為HRC50-55，齒面粗糙度1.6）。過去所采用的工藝方法基本上有兩種：

（1）降低蝸桿齒面淬火硬度為HRC40-45，淬火前蝸桿齒厚留量，淬火后利用圓弧樣板把硬質合金車刀修磨成純圓弧后車成品，這樣降低蝸桿齒面精度，硬度及粗糙度，降低了減速器的承載能力。

（2）不降低蝸桿齒面淬火硬度，采用蝸桿齒面淬火前精車成品，淬火后拋光的方法，這種方法只能提高蝸桿齒面的粗糙度，不能解決因淬火后變形問題。影響齒面幾何形狀精度，造成接觸位置達不到要求，上述兩種工藝方法均降低了減速器的產品質量。

我們公司為新疆皮帶機拉緊裝置設計的直交行星圓弧圓柱蝸桿減速器，蝸桿軸截面的齒形為純圓弧，材料為20CrMnMo，模數Mn=10，軸向齒形角α=22°，齒數=1，螺旋升角γ=5°49'34.8"，齒面粗糙度1.6，右旋，精度等級：級7-Dc，齒面滲碳淬火硬度為HRC55-62，如果按上述兩種工藝方法加工，均達不到設計要求，公司決定用現有磨阿基米德蝸桿磨床設計砂輪修整器，徹底解決我公司軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面的磨削加工問題。

2 設計思路

由于圓弧圓柱蝸桿減速器，蝸桿軸截面為純圓弧齒形，當砂輪在磨削蝸桿螺旋面時，兩者的瞬時接觸線是一條復雜的空間曲線，那么砂輪軸截面不是圓弧，也是一條復雜的曲線，要想計算出這條曲線設計樣板是非常困難的，如果假設現有一軸截面為“純圓弧金剛石磨輪式蝸桿”，與砂輪共軛出砂輪軸截面曲線，然后再用此砂輪磨削圓弧齒形蝸桿，即為軸截面為純圓弧型圓弧圓柱蝸桿。根據上述假設條件，把砂輪修整器設計成如圖1所示。

3 工作原理

（1）在砂輪修整器安裝在機床之前，首先用游標卡尺確定金剛石筆Ⅱ頂尖位置，使其和金剛石筆Ⅰ的回轉中心距兩頂尖軸線距離相等，用螺釘2擰緊。

（2）用游標卡尺確定R尺寸，使金剛石筆Ⅰ的頂尖到它回轉中心距離等于所磨蝸桿齒廓圓弧半徑ρ，用螺釘1擰緊。

（3）調整絲杠使金剛石筆Ⅰ回轉中心距兩頂尖軸線距離A，等于所磨蝸桿軸截面圓弧半徑回轉中心到蝸桿軸線的距離，用螺栓1擰緊。

（4）調整砂輪軸線使之傾斜角度等于所磨蝸桿分度圓柱導程角γ。

（5）將調整好的砂輪修整器安裝在機床頭尾架頂尖之間，開動移動砂輪電動機，使砂輪緩慢地向金剛石筆Ⅱ靠近，這時修整器不能轉動水平放置，到兩者之間的距離很小時，及時關閉移動砂輪電動機，然后啟動砂輪電機，轉動工作臺軸向進給手輪，使砂輪與金剛石筆Ⅱ靠近直至接觸，起動機床電機，修整器沿機床導軌左右移動修整砂輪外圓，關閉砂輪電機。沿機床導軌方向移動砂輪修整器，使砂輪外圓處于修整器回轉中心，轉動工作臺軸向進給手輪使砂輪向修整器靠近，軸向進給距離為所磨蝸桿全齒高，再沿機床導軌方向移動砂輪修整器，金剛石筆Ⅰ頂尖和砂輪一側接觸，這時便可開動機床修磨砂輪，頭架撥盤轉數應盡可能慢，開動機床后撥桿帶動修整器旋轉，同時撥動修整器的手柄，使金剛石筆Ⅰ沿著砂輪的一側面作往復運動，其轉動角的大小由螺栓2在扇形輪的圓弧形槽內控制，同時小心地注視著修整器的轉動位置，勿使修整器碰及工作臺和砂輪架各部，修整器的轉動角的大小可用工作臺行程撞塊調節，修整器在磨削方向轉動時作修整，反轉時砂輪向后退出不作修整，當修整器反轉至下端時工作臺移動觸點碰到撞塊后換向，并快速引進砂輪完成第二次修整，重復上述修整動作直至砂輪全部修出卸下修整器。

（6）然后用此砂輪加工所需磨削蝸桿，完成蝸桿一側齒形磨削，然后蝸桿掉頭磨削齒形另一側，直至磨出合格產品。由于砂輪在磨削蝸桿時隨時需要修磨砂輪，為了磨削砂輪方便，現將磨樣板方法敘述一下。

將上述已修整好的砂輪傾斜角調整為零，用機床自帶的S7732-64磨樣板裝置頂于蝸桿磨床頭尾架頂尖之間，并將其水準器的水泡處于中間位置，按磨阿基米德型齒形樣板的方法磨圓弧樣板，轉動工作臺軸向進給手輪使砂輪向樣板接觸后磨削，直至樣板上磨出與砂輪軸截面形狀完全吻合為止，然后磨掉樣板上的臺肩將其工作面略作拋光，即可放入成型修整器中以便隨時修整砂輪的一側工作面，另一側可放入磨阿基米德樣板修整砂輪，防止砂輪另一側在磨削蝸桿時干涉。

4 結束語

新疆皮帶機拉緊裝置設計的直交行星圓弧圓柱蝸桿減速器，首次應用修整器工裝磨削軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面，經檢驗各項指標均達到設計圖紙要求，從而解決我公司軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面的磨削加工難題，該修整器可磨削最大模數為10，在試制過程中得到有關人員的密切配合，在此表示深深謝意。

參考文獻

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