內齒輪成形磨削工藝與裝備技術研究.pdf

1、由太陽輪、行星輪和內齒輪組成的行星輪系被廣泛應用于起重、建筑、礦山、汽車、能源等行業(yè)的機械傳動中。硬齒面齒輪可以成倍提高傳動裝置承載能力和使用壽命，大大減小傳動裝置的尺寸和重量。在我國，要提高行星輪系的制造精度，增加它的承載能力，關鍵要解決硬齒面內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齒輪的磨削問題，而國外制造的數(shù)控成形磨齒機價格昂貴，致使國內內齒輪加工廠家普遍采用插(拉)齒后氮化處理的齒面強化工藝。這種工藝不僅對齒輪材

2、料有特殊要求，而且加工效率和精度均不高。盡管國外已有商品化的數(shù)控成形磨齒機，國內也有個別廠家開始研制，但對內齒輪成形磨削工藝及裝備技術的研究報道卻很少。
　　 為了改變我國成形磨齒機依靠進口的局面，促進我國齒輪制造業(yè)的發(fā)展，研究并開發(fā)出具有我國自主知識產權的成形磨齒機和成形磨削技術已經迫在眉睫。鑒于此，本文對內齒輪成形磨削工藝及裝備技術進行了系統(tǒng)地研究。論文的主要研究內容如下：
　　 (1)基于模塊化設計原理，進行了內齒

3、輪成形磨齒機模塊化設計。在分析內齒輪成形磨齒機功能的基礎上，設計了機床的總體布局，劃分了機床的各級模塊。以Pro/E為開發(fā)平臺，以Pro/Toolkit為二次開發(fā)工具，建立了成形磨齒機各級模塊的全參數(shù)化三維模型庫，開發(fā)了支持模塊化設計的磨齒機CAD系統(tǒng)。在此基礎上對機床的零部件進行了詳細設計和合理選擇。
　　 (2)對成形磨齒機關鍵零部件的結構進行了分析與研究。利用Pro/E三維建模功能對內齒輪磨齒機立柱進行參數(shù)化建模，利用AN

4、SYS分析軟件對其進行了靜力和動態(tài)分析，探討了不同筋板布局形式對立柱動態(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)，提出了新立柱的結構設計方案。對砂輪架的結構進行了有限元分析和改進，建立了砂輪主軸的有限元模型，并對該主軸進行了模態(tài)分析，計算出了砂輪主軸的臨界轉速。
　　 (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“插補法”研究了漸開線廓形砂輪的修整運動，建立了各

5、自的數(shù)學模型，并對兩種方法的砂輪修整裝置進行了概念設計。通過比較分析這兩種方法的可行性和經濟性，設計并制造出了基于“插補法”的砂輪數(shù)控修整裝置。
　　 (4)開發(fā)了漸開線廓形砂輪數(shù)控修整插補軟件。內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)控技術來實現(xiàn)漸開線廓形砂輪的修整是內齒輪數(shù)控成形磨削的關鍵。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，對漸開線插補作了較為深入的理論分析，提出了以法向允差δ為

6、插補精度指標，通過改變展開角增量值△θ的大小不斷改變插補點的密集程度，使插補點個數(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模塊：齒輪參數(shù)輸入和計算對話框模塊、漸開線插補計算模塊、漸開線修整路徑動態(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)自動生成加工代碼，由RS232接口傳入數(shù)控機床并保存在程序存儲器中。
　　 (

7、5)分析研究了內齒輪成形磨削工藝。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誤差，使整個齒輪達到較高的加工精度和表面質量。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、齒質量的因素，提出了提高磨齒質量的措施。磨齒質量涉及內容廣泛，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上，根據(jù)成形磨齒原理，著重分析了影響內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策。
　　 (7)完成了數(shù)控成形磨齒機安裝調試。機床的安裝精度對機床的加工

9、精度將產生直接影響。對于所研制的數(shù)控成形磨齒機來講，由于采用了模塊化設計，給整機裝配帶來了極大方便。重點要做好數(shù)控滑臺以及數(shù)控回轉臺的安裝與調整。數(shù)控滑臺的安裝精度直接影響到工作臺的直線運動精度，對加工齒輪的齒向精度、周節(jié)累積誤差都有較大的影響。滾珠絲杠副與導軌的平行度、絲杠螺母座與滑臺的高度要求都很嚴，僅靠加工無法保證，必須選擇合適的裝配方法。數(shù)控回轉臺用來對齒輪進行分度，其分度精度直接影響齒輪的周節(jié)累積誤差。在實際安裝時，既要考慮消

10、除傳動誤差，又要考慮減小運動阻力。
　　 (8)完成了漸開線廓形砂輪的修整試驗和內齒輪成形磨齒試驗。砂輪修整試驗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態(tài)模擬模塊對漸開線形成過程進行仿真，再利用生成的砂輪修整程序，選擇合適的砂輪修整余量對砂輪分別進行粗修和精修。磨齒前要檢查工件安裝位置、回轉臺中心位置、砂輪架豎直方向的位置是否正確，然后手工輸入加工程序，進行空試車運行，

11、確保加工軌跡正確無誤。最后進行磨齒加工。檢測發(fā)現(xiàn)，磨削齒輪的齒形誤差、齒向誤差、周節(jié)累積誤差均可達到6級精度要求。
　　 綜上所述，本文較詳細地研究了內齒輪成形磨削工藝與裝備技術。創(chuàng)新性地研制出了一種內齒輪數(shù)控成形磨齒機和成形砂輪數(shù)控修整裝置，提出了內齒輪成形磨削的數(shù)學模型和加工方案，開發(fā)了內齒輪數(shù)控成形磨削軟件系統(tǒng)。磨齒試驗結果表明，所研制的數(shù)控成形磨齒機結構簡單，經濟實用，加工精度、加工效率以及柔性均較高，不僅可以加工內齒輪