蜗杆磨齿机及其磨齿工艺

第1 0卷第5期 蜗杆磨齿机R Z30 0E及其磨齿工艺 蜗杆磨齿机R Z 300E 及其磨齿工艺 国营五一机械厂 我厂从瑞士雷斯豪威尔(RE ISHAUER ) 公司引进的蜗杆磨齿机尸Z3 0 oE , 其工作原理 与同一类型的早期产品NZA一样 , 均采用阿 墓米德螺旋线的螺杆状砂轮 , 在与工件的展成 运动过程中产生渐开 线齿形面 。 其主 要差 别 , 是机床 的传动方式不同 . NZA等类型 的机床 , 分齿运动和差动运动是由交换齿轮控制的 。 而 R Z30 OE 则是 采用 了先进的电子技术 , 由光 电 编码器和 电子装置控制磨齿过程的分齿运动和 差动运动(其控制原理见方框图 1 ) 。 这使 机床 的主传动部分大为简化 , 除了无需配备一套交 换齿轮外 , 还大大提高了机床的传动精度 , 同 时机床 的调整和操作也很方便 。 本机床还配备了一套利用氟利晶(R 22)做 为制冷剂的制冷装置 , 专门对机床的液压系流 (包括润滑系统)和冷却 系统的液 压 油和冷却油 进行恒温处理 , 保证 了机床 的稳定 性和高精度 . RZ30 0E可 以磨 削模数为。 . 55 , 外径为 1。3。 , 齿数l。以上的渐开 线直齿 , 斜齿 齿 轮 . 也可 以磨削修正的理论渐开线 , 包括凸 齿 形和修缘齿形以及齿向鼓 形齿 。 用蜗杆磨齿机 磨削齿轮的方 法 , 国外已广泛应用 , ( 作者曾 到过美国All结 。 n 燃气涡轮机 公司考察 , 他们 的圆柱齿轮车间有1 0台R Z 30 0 磨齿机 . 据了解 法国TM公 司的齿轮车间使用NZA和RZ30 0 E的磨齿机 也有1 0台) . 国内近几年来也 引 进 了不少R Z 30 0 E机床 , 作为高精度齿形加工的 一 种 主要设备 。 下面我们将结合某些发动机减 速器传动齿轮的一些典型齿 形 , 介绍应用这种 机床的磨削方法以及所产生误差 的消除方法 江朝晖 一 、 理论渐开经齿形的,阴 在尸2 30 0 上磨削直齿和斜齿齿轮的渐开线 齿 汤是 比较容易的 。 只要将砂轮的螺纹齿形修 整成直 齿面就可 以了 . 由于砂轮螺纹齿形面直 接影响到工件齿形面的精度 , 因此 , 修正砂轧 的工作是 比较重要的 . 实体砂轮在预先开出螺 纹槽后( 我们采 用硬质合金车刀在普通车床上 车出螺纹槽) , 砂轮 的精修(R Z30 0E机床上直 接配备有精修砂轮机构 )可以用 两种方法 : 一 种是使用 图 2 所示的万能修整器装置 , 用 两把 金刚石车刀婿修砂轮螺纹齿面 ; 另一种是使用 金刚石磨轮精修 . 前者适合于多品种 , 中小批 生产 , 但修整效率较低 . 后者适用于大批量 生 产 , 修整效率较高 , 国外厂家大多使用后者 。 由于 国内推广金 刚磨 轮倘受到其制造 的 限制 , 所以下面主要介 绍用 万能修整器修整砂轮的方 法 。 谬谬谬 羚 图 1 同步系统 图2 万能 修整器 在使用 图2所示的金 刚石车刀精修砂轮 螺 坟齿面之前 , 必须选用合适 的挤根滚压轮在砂 轮螺纹槽的根部 挤出一凹槽 , 以保护刀刃免受 损坏 . 然后砂轮径动平 衡后就可 以进行精修 。 精修砂轮齿形面时 , 可以同时用两把金 刚 车 刀 , 也可以分别 用一把金 刚车刀进行 。 进给量 要适当 , 以保证砂轮齿形面的精修质量和金 刚 车刀的使用寿命 。 砂轮螺纹槽的宽度按标准齿 厚样板测 量 , 齿 形角由计算MM 10 0s l 城4 0 一a)值尺寸确定 . 袱据我们加工某发 动 机齿 轮 的情况 , 试磨 首件时 , 常 遇到图3所示的两种齿形误差 . 图3所示的齿形误差 是 由砂轮螺纹齿面的 习 训翻侧积州 l 同倒 砂翰若达达 ; ; ;赘措 齿 轮 198 6年 / 该 又 夕裔谈 乃 困 3 齿 形角误差引起的 . 可以 通过改变M值的大小消 除 。 如果测量后零件齿形 压力角偏大 、 则可以增大 M值(几了 二 M+刁M ) , 相反 , 则可减少M尺寸(M 二 M一刁M ) . 刁M 位的确定 , 我们通过推导和实践可按下式计算 : 刁M 1 0 0口 btg a e o s (40一 a (1) 式中 : a 为齿轮分度圆压力角 ; a为记 录仪上齿 形曲线偏料量 ; b为齿形展 成长度 . (l )式中当齿轮分度国压力角a 二2 0 。 时 , 则 M一,58 X 号 例如当a =Zo o b= 18 om a=o . 0 05mm 时(见图4)则刁M =0 . 07。, 响 我们加工某发动机 模数 数轮 同卜的 的五种不 1 . 5、2 . 5 15 52 ) 和齿 (m = ( : = 图 4 MAAG 尸H 6o 上测量的 齿形误差 都在。 . 0 0 2范 围 内 , 足 见 机床的精度 是 比较高的 , 而且机床的调 整也 较方便 . 二 、 凸齿形磨削 航空 发动机的高速重载齿轮 , 目前国内外 大都设计成 凸齿形 , 这种齿形可以用带有修形 机构的MAA磨齿机和成 型磨齿 机磨削 , 也 可 以用蜗杆磨齿机磨削 , 而且后者能达到的精 度更高 、 调整也比较方便 . 现 以某发动机的主 动齿轮齿形图(见图5)为例 , 介绍在尸Z3 0 OE 上的磨削方法 . 调举时间 。 磨削凸齿移前 , . 砂轮的探纹槽必须修整成 相应于 这种凸齿形 的形状(见图6) . 精修砂轮 时 , 可 以用专门设计的金刚磨轮 , 也可 以用 图2 所示的万能修整器(其工作原理磨齿工作原 理已有介绍) , 但必须按凸齿形的要求设计两 块R样板分别装在万 能修整器刀轴夹持器内 . l 、 R 样板的选择 为了满足凸齿形的各 种不同中凸 量的要 求 , 根 、 据有关资料 , 我们为机床配制了一套R 样板(见 图6) , R值从2 . 510 0 共4 9对 . 选用R 时 , 可以根据工件 一 的模数 , 齿数 , 压力角 、 中 凸量以及啮合线的长度绘制放大图(具体作图 见在R Z 30 0 E蜗杆磨齿机 上磨削凸齿形和鼓 形齿的样板设计 ) , 然后求出R值 , 再从R 标准值中选取数值相近的样板 . 加工主动齿轮 时 , 我们按上述方法 求出R o6 . 6 , 使用R =6 . 5 的标准样板磨齿后 , 在尸H 60测量的中凸量都 在5拜、6 “范围内 . 2 、 砂轮的精修 精修砂轮螺纹齿 凹面之前 , 按磨削理论 . 渐 开线齿形一样的方法 , 先将砂轮齿形面修整成 直线形并用标准齿厚样板检查 。 这时可先试磨 一下首件 , 以检查齿形角是 否正确 。 在齿形角 正确后 , 可装入已选定的两块R样板 , 并用螺 钉轻轻固定 。 把调整螺杆的刻度对准。线 , 然 后 用千分表触头与杠杆触头相接触 , 转向轻轻 移动模板使触头处于 最高点 , 也就是使触头与 R样板的 最低点相 接触 , 这时可固 定R样板 . 然 后 , 拧动两个调整螺杆使左右金刚石 刀各退, 出一个距离等于e (见图7 , 其值 e 二 COSa h : 车机 灰. 二蕊5 Z= 刀 时二2口 产 二I户 3 才 为零件的齿根高) , 再移动修形工作台的手轮 使刀 刃对准砂轮外径 , 拧动工作台和修整装里 的千分丝杆使刀刃的位置分别位于砂轮齿形面 的延 长线上 , 这时便可以精修砂 轮螺纹凹面 . 甲 、。、 、 !产 . 矛r 、 、 从、产 l|闷 e se s | 一 图 6 主动齿轮齿形公差图 图6 图5这种凸齿形公差图 可 以理解为两部分 组成 : 一是齿形本身的中凸量公差(5拌士2拼) ; 一是齿形 曲线 的偏 斜量( 士 2拌) , 加工时 , 这 两 种误差都可能 同时存在 , 因此在调整机床加工 首件时 , 必 须分别调 整 , 这样可 以减少首件的图 T图8 第l。卷第5期 蜗杆磨齿机RZ3 0 oE 及其磨齿工艺 3 、 齿形误差及纠正 砂轮精修完后 , 可试磨零件 , 根据我们 的 实践 , 经常遇到的齿形误差主要有两种情况 , 一是中凸童 偏大或偏 小 , 另一种是中凸量最大 值钓位置不正确 。 若加工后 , 凸齿形中凸量偏 大 , 则是因所选用的样板R值偏小的缘 故 , 可 换上R较大的样板 , 若中凸量偏 小 , 则与此相 反 . 通过改变e值的大小 可以相应改变最大中 凸量 的位置 . 以上变换都必须重新修整砂轮齿 形面 。 值 得一提的是 , 只有当试磨件的齿厚接 近 图 纸尺寸要求时 , 才能断定中凸量的位置是 否正确 。 三 、 鼓形齿磨翻 高速重载齿轮 , 为了避免齿端接触 , 往往 设计成鼓形齿 , 常见的鼓形齿如 图8所示 . 我 厂试制的某发动机减速器齿轮 , 大部分都设计 成图8(a )的形扶 , 现仍以主动齿轮的齿 向公 羞图为例(图9) , 介绍其磨削方法 。 们通过推导并通过磨削鼓形 街的实践 , 可按下 一 面 终式任十算R值 : na . B 名 八 甲 一, 了一 一 与 一入 2 8口 . COS 一 P 因因因 图9主动齿轮齿 向公差图 1 、 R Z3。E磨鼓 形 齿原理 为了磨 削图9这 种鼓 形齿 , 必须设计一块R模 板 , 装在工件座架的立柱 导槽中 . 机床工件座架配 备有一个磨鼓形齿的特殊 机构 , 通过触头与R模板 圆弧面相接触 , 控制工件 座架按R曲线运动 . 当工 件沿轴向上下运动时 . 工 件同时对着砂轮作径 向进 给运动 , 从而磨出鼓形齿 . 本机床给出 了触头 径 向移动的距离和 鼓形 量C的关系如 下 : C一1 _ 6x a S翻月口 1 0 0 (2) 式中 : C为鼓形量 : a 为触头移动的径 向距 离 ; a 为齿轮分度圆压力角 . 机床说明书没有给 出R值的计算方 法 , 我 式中 : B为齿宽长度 ; 夕为零件分度圆螺旋角 . 因此 , 计算R值时 , 可以根据鼓形量c 按 (2)式计算出触头的径 向移动距离 a , 然后按(3) 式计算R值 . 例如图9中取C 一。 . 00 9 , 由B 二 35 , 刀= 一 “5 54 4 , , 代入 公式(2)和(3)求得R 二 9 7 . 7 8 , 我们用R =98的模板加工后 测得 零 解 的鼓形量在。 . 0 0 8、。 . 时之间 . 2 、 齿向误差及纠正 图9的齿句 曲线 图包包含两种公差 , 一足 螺旋角公差 , 另一种是 鼓形量公差 . 加工时 , 这两 种误 差 都存在 . 若试磨 后检查零件各齿的 齿 向偏料一致 , 而且各齿左 右两齿面的偏料方 向又相同 , 这 种情况一般是 由螺旋角误差引起 的 , 可根据齿 向 曲线偏斜的 大小求出相应的螺 提角误差才刀 , 然后按口士了口重 新计算导程 值 , 并按这个值 调 整差 动 部分 的 输入数 据 . 若 同一 齿轮各齿面的齿向偏料不一致 , 可检 查工件座 之 间的顶尖是否有偏斜 . 工件心棒中心孔着色 不好 , 或者装夹后零件跳动较大都可能产生这 种现象 。 至于鼓形量 误 差 , 例如鼓形量偏大 则可以置换R值稍大 的模 认 。 相反 , 则可以换 R值稍小的模板 。 鼓形量 最大值的位置可 以通 过移动R模板 的安装位置调 整 。 经过几年的实践 , R Z30 0E确是 具有磨 濒 精度高 , 效率高 、 调整和操作容易等等优点 . 但 是在磨削齿 数较少或者零件刚性较差的齿轮 时由于冷却油不易进入磨 削区 , 往往会出现磨 削烧伤现象 , 这是高精度齿轮所不能允许 的 . 解决烧伤问题 的唯一办法 , 一是正确选择 砂 轮 , 尤其是使用微气孔砂轮 , 另一个是改善冷 却条件 . 近几年来我们在这方面做了一些 改 进