CN106363248B - 一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密加工技术领域，为解决现有大型直齿轮成型磨齿加工成本高和齿距加工精度偏低的难题，本发明提出了一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，采用重量较轻的定位和磨削机构绕齿轮基准轴线旋转分度而重量较重的大型齿轮工件固定的加工方式，利用已精加工的齿槽为分度定位基准，使用砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确固定角度的回转机构，逐齿实现大型直齿轮成型磨齿过程中的精密分度。本发明无需大型精密分度台和专用的磨齿设备，具有结构简单、操作方便、加工成本低及齿距加工精度高等优点，具有良好的市场应用前景与推广价值。
Description
技术领域
本发明属于精密加工技术领域，涉及一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法。
背景技术
大型齿轮在橡胶塑料机械、大型工程机械、海洋资源勘探装备、大型舰艇、风电、核电等领域得到广泛应用，而且对齿轮加工精度的要求也越来越高。大型齿轮分度直径在小则1m左右，大则到十几m。目前国内外有些大型的滚齿机、磨齿机能够加工分度圆直径较小的大型齿轮，但随着齿轮分度圆直径的增大，加工定位与分度装置的制造成本会越来越高，对分度转台的要求也越来越高。由于大型齿轮重量轻则几吨，重则几十吨，转动的惯量较大增加了大型齿轮的定位难度与分度精度的控制难度，安装径向位置的精密调整也比较困难。因此，大型齿轮的齿距加工精度偏低。在工程实践中，国内1m左右大型齿轮的最高磨齿精度到4级～5级精，滚齿加工精度最高到6级。分度圆直径越大，齿轮的齿距加工精度越低。大型齿轮齿距的精密加工与测试技术也一直是齿轮行业内的一大难题。对于大型齿轮的加工，传统的分度台式分度方法难以满足高齿距精度大型齿轮的加工要求。
发明内容
为解决现有大型直齿轮成型磨齿加工成本高和齿距加工精度偏低的难题，本发明提出了一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，采用重量较轻的定位和磨削机构绕齿轮基准轴线旋转分度而重量较重的大型齿轮工件固定的加工方式，利用已精加工的齿槽为分度定位基准，使用砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确固定角度的回转机构，逐齿实现大型直齿轮成型磨齿过程中的精密分度。
一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其操作步骤如下：
(1)将加工的大型齿轮置于固定的圆平台上；
(2)以大型齿轮的径向加工基准面为基准，在平台中间安装可调式芯轴，然后将可调式芯轴固定到圆平台上；
(3)调整定位块和砂轮的安装位置，使定位块的中截面和砂轮廓形中截面通过芯轴的轴线；
(4)将定位块的回转摆杆和砂轮磨削装置的回转摆杆连接到可调式芯轴上，调整砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确的固定角度，然后将两个摆杆刚性连接；
所述的某一精确的固定角度的计算方法依据齿轮齿数的奇偶分为两种：
对于齿数z为奇数的齿轮，砂轮廓形中截面与定位块中截面的夹角调整为180°±180°/z，最后保持同一方向转动回转机构使定位块转到新加工完的齿槽，以新加工完的齿槽作为新的定位基准加工下一个齿槽，依次循环直至加工完全部齿槽；
对于齿数z为偶数的齿轮，首先将砂轮廓形中截面与定位块中截面夹角调整为180°，精加工完对称的两个齿槽，分别以两个齿槽作为初始定位基准，再将砂轮廓形中截面与定位块中截面的夹角调整为180°±360°/z，最后保持同一方向转动回转机构使定位块转到新加工完的齿槽，以新加工完的齿槽作为新的定位基准加工下一个齿槽，依次循环直至加工完全部齿槽。
进一步限定，步骤(1)中的圆平台的最大直径小于大型齿轮的齿根圆直径，最小直径不小于齿轮定位端面有效宽度的2/3。
进一步限定，步骤(2)中安装可调式芯轴的标准为：调整可调式芯轴的轴线相对于齿轮的径向加工基准的同轴度误差不大于被加工齿轮齿距累积总偏差的1/5。
进一步限定，步骤(4)中定位块的回转摆杆和砂轮磨削装置的回转摆杆通过密珠轴套连接到可调式芯轴上。
进一步限定，步骤(4)中所述的刚性连接，是将两个摆杆通过连接环刚性连接。
本发明的有益效果在于，发明了一种用于大型直齿轮成型加工的自定位和分度方法，采用重量较轻的定位和磨削机构绕齿轮基准轴线旋转而重量较重的大型齿轮工件固定的加工方式，利用已精加工齿槽为定位基准，使用砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确固定角度的回转机构，逐齿实现大型齿轮的精密分度与定位。采用本发明提供的大型直齿轮自定位和分度方法，加工过程中大型齿轮固定不动，手动或采用一般分度精度的电机驱动实现由定位和磨削装置组成回转机构的粗分度，然后通过定位块压入已精加工的齿槽实现磨削装置的精密分度逐齿加工下一齿槽。本发明提供的大型直齿轮自定位和分度方法，无需大型精密分度台和专用的磨齿设备，通过已精加工的齿槽和砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确固定角度的回转机构即可实现大型齿轮加工过程中的定位与精度分度，具有结构简单、操作方便、加工成本低及齿距加工精度高等优点，具有良好的市场应用前景与推广价值。
附图说明
图1大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法示意图。
图中：1圆平台；2径向参考基准面；3齿轮工件；4连接环；5砂轮磨削装置的回转摆杆；6成型砂轮；7可调式芯轴；8定位块的回转摆杆；9定位块。
具体实施方式
一种用于大型直齿轮成型磨齿加工的自定位和分度方法，其操作步骤如下：
(1)首先将待精加工的大型齿轮通过吊装置于固定的具有较高平面度的圆平台1上，尽量让齿轮的中心通过圆平台的中心。圆平台的最大直径小于大型齿轮的齿根圆直径，最小直径不小于齿轮定位端面的2/3；圆平台直径大小的合理选取即保证了大型齿轮在圆平台上的定位刚度又避免磨齿过程中砂轮干涉平台；由于齿轮工件3重量较大，在齿轮工件与圆平台之间的静摩擦力大于5倍以上磨齿时齿轮工件所受的径向力时，可不用增加额外的夹具加紧齿轮。
(2)以大型齿轮的径向参考基准面2为基准，在圆平台中间安装可调式芯轴7。调整可调式芯轴的径向位置，使齿轮径向基准圆柱面中截面相对于芯轴轴向的径跳中的1次谐波分量不大于被加工齿轮齿距累积总偏差的1/5，然后将可调式芯轴固定到圆平台上。
可调式芯轴的具体调整方法如下：①测量工装通过高精度密珠轴套安装于可调式芯轴上，分辨率不低于1μm的扭簧比较仪或电感测微仪通过磁性表座吸到测量工装上，测点位置布置到齿轮径向基准面的中截面上，同时在测量工装上增加配重，使测量工装、表座及配重的重心位于测量芯轴的轴线上，以提高测量精度；②手动或自动转动测量工装一周，根据仪表示值的最大值和最小值确定可调式芯轴相对于齿轮的径向加工基准的偏心方位和偏心量的大小，并调整芯轴的径向位置，使齿轮径向基准圆柱面中截面相对于芯轴轴线径跳中的1次谐波分量不大于被加工齿轮齿距累积总偏差的1/5；然后将可调式芯轴固定到大型齿轮的定位圆平台上；
(3)调整定位块9和成型砂轮6的安装位置，使定位块的中截面和砂轮齿廓中截面通过芯轴的轴线。定位块两侧面的夹角按40°设计，使定位块与齿面的接触线接近齿高的中间位置。定位时定位块在100～200N的恒力作用下压上两齿面，实现回转机构的精密定位；在分度时，定位块要退出齿槽，转向已精加工的齿槽后在恒力作用下压入该齿槽，实现精密定位。虽然刚加工完的齿面的温度较高，若两齿面的加工余量相近，则量齿面温升相近，热膨胀量也相近，对定位精度的影响也较小。
(4)将定位块的回转摆杆8和砂轮磨削装置的回转摆杆5通过高精度密珠轴套连接到可调式芯轴上，调整砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确的固定角度，然后将两个摆杆通过连接环4刚性的连接到一起。在同规格参数的齿轮加工过程中，两摆杆的角度不发生变化。对于齿数z为奇数的齿轮，砂轮廓形中截面与定位块中截面夹角调整为θ＝180°±180°/z；对于齿数z为偶数的齿轮，首先将砂轮廓形中截面与定位块中截面夹角调整为180°，精加工完对称的两个齿槽，再将砂轮廓形中截面与定位块中截面夹角调整为θ＝180°±360°/z，最后分别以新加工的齿槽为新的定位基准加工下一个齿槽，依次循环直至加工完全部齿槽。
本发明提供的大型直齿轮成型磨齿加工的自定位和分度方法，定位块和砂轮的位置接近180°，即可使齿轮所受的由定位块定位和砂轮磨削产生的径向力的合力尽可能小，接近180°的交替加工也最大可能的减少了热误差对齿距加工误差的累积，提高了大型齿轮的齿距加工精度。为进一步提高大型齿轮的齿距加工精度，可分多个循环小进刀量磨齿，可减小两定位齿面的温差与热变形的差异，进一步提高砂轮的定位精度。
Claims (8)
1.一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，其操作步骤如下：
(1)将加工的大型齿轮置于固定的圆平台上；
(2)以大型齿轮的径向加工基准面为基准，在平台中间安装可调式芯轴，然后将可调式芯轴固定到圆平台上；
(3)调整定位块和砂轮的安装位置，使定位块的中截面和砂轮廓形中截面通过芯轴的轴线；
(4)将定位块的回转摆杆和砂轮磨削装置的回转摆杆连接到可调式芯轴上，调整砂轮廓形中截面与定位块中截面成某一精确的固定角度，然后将两个摆杆刚性连接；
所述的某一精确的固定角度的计算方法依据齿轮齿数的奇偶分为两种：
对于齿数z为奇数的齿轮，砂轮廓形中截面与定位块中截面的夹角调整为180°±180°/z，最后保持同一方向转动回转机构使定位块转到新加工完的齿槽，以新加工完的齿槽作为新的定位基准加工下一个齿槽，依次循环直至加工完全部齿槽；
对于齿数z为偶数的齿轮，首先将砂轮廓形中截面与定位块中截面夹角调整为180°，精加工完对称的两个齿槽，分别以两个齿槽作为初始定位基准，再将砂轮廓形中截面与定位块中截面的夹角调整为180°±360°/z，最后保持同一方向转动回转机构使定位块转到新加工完的齿槽，以新加工完的齿槽作为新的定位基准加工下一个齿槽，依次循环直至加工完全部齿槽。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(1)中的圆平台的最大直径小于大型齿轮的齿根圆直径，最小直径不小于齿轮定位端面有效宽度的2/3。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(2)中安装可调式芯轴的标准为：调整可调式芯轴的轴线相对于齿轮的径向加工基准的同轴度误差不大于被加工齿轮齿距累积总偏差的1/5。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(4)中定位块的回转摆杆和砂轮磨削装置的回转摆杆通过密珠轴套连接到可调式芯轴上。
5.根据权利要求3所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(4)中定位块的回转摆杆和砂轮磨削装置的回转摆杆通过密珠轴套连接到可调式芯轴上。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(4)中所述的刚性连接，是将两个摆杆通过连接环刚性连接。
7.根据权利要求3所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(4)中所述的刚性连接，是将两个摆杆通过连接环刚性连接。
8.根据权利要求4所述的一种用于大型直齿轮成型磨齿的自定位和分度方法，其特征在于，步骤(4)中所述的刚性连接，是将两个摆杆通过连接环刚性连接。
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