內(nèi)齒輪成形磨削工藝與裝備技術(shù)研究.pdf

1、由太陽(yáng)輪、行星輪和內(nèi)齒輪組成的行星輪系被廣泛應(yīng)用于起重、建筑、礦山、汽車、能源等行業(yè)的機(jī)械傳動(dòng)中。硬齒面齒輪可以成倍提高傳動(dòng)裝置承載能力和使用壽命，大大減小傳動(dòng)裝置的尺寸和重量。在我國(guó)，要提高行星輪系的制造精度，增加它的承載能力，關(guān)鍵要解決硬齒面內(nèi)齒輪的高效率磨削問題。由于傳統(tǒng)的范成法很難解決硬齒面內(nèi)齒輪的磨削問題，而國(guó)外制造的數(shù)控成形磨齒機(jī)價(jià)格昂貴，致使國(guó)內(nèi)內(nèi)齒輪加工廠家普遍采用插(拉)齒后氮化處理的齒面強(qiáng)化工藝。這種工藝不僅對(duì)齒輪材

2、料有特殊要求，而且加工效率和精度均不高。盡管國(guó)外已有商品化的數(shù)控成形磨齒機(jī)，國(guó)內(nèi)也有個(gè)別廠家開始研制，但對(duì)內(nèi)齒輪成形磨削工藝及裝備技術(shù)的研究報(bào)道卻很少。
　　 為了改變我國(guó)成形磨齒機(jī)依靠進(jìn)口的局面，促進(jìn)我國(guó)齒輪制造業(yè)的發(fā)展，研究并開發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成形磨齒機(jī)和成形磨削技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。鑒于此，本文對(duì)內(nèi)齒輪成形磨削工藝及裝備技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)基于模塊化設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行了內(nèi)齒

3、輪成形磨齒機(jī)模塊化設(shè)計(jì)。在分析內(nèi)齒輪成形磨齒機(jī)功能的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了機(jī)床的總體布局，劃分了機(jī)床的各級(jí)模塊。以Pro/E為開發(fā)平臺(tái)，以Pro/Toolkit為二次開發(fā)工具，建立了成形磨齒機(jī)各級(jí)模塊的全參數(shù)化三維模型庫(kù)，開發(fā)了支持模塊化設(shè)計(jì)的磨齒機(jī)CAD系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)床的零部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)和合理選擇。
　　 (2)對(duì)成形磨齒機(jī)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與研究。利用Pro/E三維建模功能對(duì)內(nèi)齒輪磨齒機(jī)立柱進(jìn)行參數(shù)化建模，利用AN

4、SYS分析軟件對(duì)其進(jìn)行了靜力和動(dòng)態(tài)分析，探討了不同筋板布局形式對(duì)立柱動(dòng)態(tài)特性的影響，通過靈敏度分析找到影響立柱性能的主要參數(shù)，提出了新立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。對(duì)砂輪架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析和改進(jìn)，建立了砂輪主軸的有限元模型，并對(duì)該主軸進(jìn)行了模態(tài)分析，計(jì)算出了砂輪主軸的臨界轉(zhuǎn)速。
　　 (3)研究了漸開線廓形砂輪的修整方法，研制了成形砂輪修整裝置?；跐u開線形成原理，分別用“范成法”和“插補(bǔ)法”研究了漸開線廓形砂輪的修整運(yùn)動(dòng)，建立了各

5、自的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)兩種方法的砂輪修整裝置進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)。通過比較分析這兩種方法的可行性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)并制造出了基于“插補(bǔ)法”的砂輪數(shù)控修整裝置。
　　 (4)開發(fā)了漸開線廓形砂輪數(shù)控修整插補(bǔ)軟件。內(nèi)齒輪成形磨削的齒形精度主要取決于成形砂輪的形狀精度，如何利用數(shù)控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)漸開線廓形砂輪的修整是內(nèi)齒輪數(shù)控成形磨削的關(guān)鍵。研究了可適用于任意齒數(shù)、模數(shù)的漸開線輪廓的砂輪修整技術(shù)，對(duì)漸開線插補(bǔ)作了較為深入的理論分析，提出了以法向允差δ為

6、插補(bǔ)精度指標(biāo)，通過改變展開角增量值△θ的大小不斷改變插補(bǔ)點(diǎn)的密集程度，使插補(bǔ)點(diǎn)個(gè)數(shù)既能滿足所需的修整精度，又能保證較高的砂輪修整效率。以VC++為平臺(tái)開發(fā)出了可用于磨削任意參數(shù)和精度齒輪的砂輪數(shù)控修整軟件。該軟件主要分為四個(gè)模塊：齒輪參數(shù)輸入和計(jì)算對(duì)話框模塊、漸開線插補(bǔ)計(jì)算模塊、漸開線修整路徑動(dòng)態(tài)模擬模塊、數(shù)控代碼輸出模塊。該軟件還能根據(jù)待加工齒輪參數(shù)自動(dòng)生成加工代碼，由RS232接口傳入數(shù)控機(jī)床并保存在程序存儲(chǔ)器中。
　　 (

7、5)分析研究了內(nèi)齒輪成形磨削工藝。成形磨削是硬齒面齒輪精加工的一種方法。它借助成形砂輪的切削作用去除輪齒表面的多余金屬，可全面糾正齒輪磨前的各項(xiàng)誤差，使整個(gè)齒輪達(dá)到較高的加工精度和表面質(zhì)量。磨齒工藝的選擇及制定不僅影響磨齒效率，而且影響齒面的輪廓精度和表面粗糙度。本文基于所開發(fā)的成形磨齒機(jī)床，主要研究成形磨削中所涉及的砂輪選擇與修整、磨削液的選擇與澆注方法、磨齒余量、磨削用量的選擇等工藝性問題。
　　 (6)分析研究了影響成形磨

8、齒質(zhì)量的因素，提出了提高磨齒質(zhì)量的措施。磨齒質(zhì)量涉及內(nèi)容廣泛，這里主要指的是齒形精度、齒距精度、齒面粗糙度、齒面磨削燒傷等。在分析磨前插齒精度的基礎(chǔ)上，根據(jù)成形磨齒原理，著重分析了影響內(nèi)齒輪成形磨齒齒形精度和齒距精度的主要因素，并提出了提高齒形精度和齒距精度的措施。從磨齒工藝參數(shù)、砂輪修整等方面分析了影響齒廓表面粗糙度、齒面燒傷的因素，并提出了解決問題的對(duì)策。
　　 (7)完成了數(shù)控成形磨齒機(jī)安裝調(diào)試。機(jī)床的安裝精度對(duì)機(jī)床的加工

9、精度將產(chǎn)生直接影響。對(duì)于所研制的數(shù)控成形磨齒機(jī)來講，由于采用了模塊化設(shè)計(jì)，給整機(jī)裝配帶來了極大方便。重點(diǎn)要做好數(shù)控滑臺(tái)以及數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝與調(diào)整。數(shù)控滑臺(tái)的安裝精度直接影響到工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)精度，對(duì)加工齒輪的齒向精度、周節(jié)累積誤差都有較大的影響。滾珠絲杠副與導(dǎo)軌的平行度、絲杠螺母座與滑臺(tái)的高度要求都很嚴(yán)，僅靠加工無(wú)法保證，必須選擇合適的裝配方法。數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)用來對(duì)齒輪進(jìn)行分度，其分度精度直接影響齒輪的周節(jié)累積誤差。在實(shí)際安裝時(shí)，既要考慮消

10、除傳動(dòng)誤差，又要考慮減小運(yùn)動(dòng)阻力。
　　 (8)完成了漸開線廓形砂輪的修整試驗(yàn)和內(nèi)齒輪成形磨齒試驗(yàn)。砂輪修整試驗(yàn)包括生成砂輪修整程序和砂輪修整。首先向砂輪修整軟件系統(tǒng)輸入被加工齒輪的基本參數(shù)，利用漸開線修整路徑動(dòng)態(tài)模擬模塊對(duì)漸開線形成過程進(jìn)行仿真，再利用生成的砂輪修整程序，選擇合適的砂輪修整余量對(duì)砂輪分別進(jìn)行粗修和精修。磨齒前要檢查工件安裝位置、回轉(zhuǎn)臺(tái)中心位置、砂輪架豎直方向的位置是否正確，然后手工輸入加工程序，進(jìn)行空試車運(yùn)行，

11、確保加工軌跡正確無(wú)誤。最后進(jìn)行磨齒加工。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，磨削齒輪的齒形誤差、齒向誤差、周節(jié)累積誤差均可達(dá)到6級(jí)精度要求。
　　 綜上所述，本文較詳細(xì)地研究了內(nèi)齒輪成形磨削工藝與裝備技術(shù)。創(chuàng)新性地研制出了一種內(nèi)齒輪數(shù)控成形磨齒機(jī)和成形砂輪數(shù)控修整裝置，提出了內(nèi)齒輪成形磨削的數(shù)學(xué)模型和加工方案，開發(fā)了內(nèi)齒輪數(shù)控成形磨削軟件系統(tǒng)。磨齒試驗(yàn)結(jié)果表明，所研制的數(shù)控成形磨齒機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，加工精度、加工效率以及柔性均較高，不僅可以加工內(nèi)齒輪