蜗杆磨齿机及其磨齿工艺

第10卷第5期蜗杆磨齿机RZ30E及其磨齿工艺蜗杆磨齿机RZ300E及其磨齿工艺国营五一机械厂我厂从瑞士雷斯豪威尔(REISHAUER)公司引进的蜗杆磨齿机尸Z30oE,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RZ30OE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(R22)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.RZ30E可以磨削模数为。.5~5,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10台RZ30磨齿机.据了解法国TM公司的齿轮车间使用NZA和RZ30E的磨齿机也有10台).国内近几年来也引进了不少RZ30E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230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(RZ30E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’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M〔M~10sl’城40一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Œ·砂翰若达;赘措齿轮1986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~100口btga·eos(40一a(1)式中:a为齿轮分度圆压力角;a为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二20。时,则‘M一,58X号例如当a=Zoob=18oma=o.005mm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、2.515~52)和齿(m=(:=图4MAAG尸H6o上测量的齿形误差都在。.02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Z30OE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2.5~10共49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RZ30E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Ro6.6,使用R=6.5的标准样板磨齿后,在尸H60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COSah:车机灰.二蕊5Z=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Ž‘l|闷eses|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RZ30oE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28口.COS一P{因图9主动齿轮齿向公差图1、RZ3。。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_6xa—S翻月口100(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。.009,由B二35,刀=一“55’44,代入公式(2)和(3)求得R二97.78,我们用R=98的模板加工后测得零解的鼓形量在。.08、。.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,RZ30E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,收到一些效果,但仍藉继续摸索。(上接第20页)程学报》第15卷第2期,1979年.〔5〕曾韬,.5‘M分析,,《机床),1979年第4期。〔6〕Glea:on附orks,HGM,x965年.〔7〕郑昌启,“弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的接触分析计算法”,重庆大学,1979年。〔8〕熊矢,指导教师郑昌启,“弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的小轮切齿二阶精确解及其特性的试验研究‘,学位论文,1984年.