一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置的制作方法

專利名稱：：一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種硬齒面齒輪加工裝置，特別涉及一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置。
背景技術：
：為了提高齒輪的工作性能，齒輪齒部加工后要進行淬火處理獲得硬齒面，但淬火以后齒輪變形較大，便得齒輪精度降低很多而噪聲提高。目前克服這一問題的方法是采用磨齒工藝，但磨齒工藝成本甚高，未能廣泛采用。近年出現的蝸桿砂磨齒機，其工作原理和滾齒機相同，這種磨齒機與碟形砂輪、錐面砂輪磨齒機相比，其加工效率高了許多，但與滾齒工藝相比效率仍是較低，因為磨削切入深度比較小，否則要燒傷工件表面，而滾齒是銑肖|J，切入深度要大得多，例如0.2mm的加工余量磨齒要分三次切入也很勉強，而滾齒一刀切入很輕松。而且這種磨齒機的砂修整機構，實質是一臺精密螺紋加工機床，結構復雜，精度要求很高，造價也高，所以整機的造價較高，因而工藝成本還是很高。未能根本改變齒輪磨齒工藝成本高的狀況。在20世紀八十代，國內曾引進日本技術專利《硬齒面齒輪刮削》。該技術的實質是硬齒面齒輪滾齒加工。其特征是采用負30°前角的硬質合金齒輪滾刀，當時在國內曾一度在切削試驗方面取得成功，但實際應用未能推廣，到上世紀九十年代銷聲匿跡，究其原因有以下兩方面1、刀具方面采用現有技術齒輪滾刀的結構現有技術齒輪滾刀其特征是直徑較小而且是鏟背齒形，如此結構的刀具用于硬齒面齒輪滾齒加工就帶來以下問題1)刀具直徑小則要求機床高速運轉現有技術齒輪滾刀的直徑是適應高速鋼刀具切削的，這樣小直徑的刀具用來硬質合金高速切削，勢必要求機床高速運轉，從而引起機床產生振動，引起硬質合金刀齒產生崩刃。機床高速運轉引起分度蝸桿超高速運轉帶來機床精度喪失。2)鏟背刀具制造困難刀具費用高鏟背刀具制造本來就不容易，硬質合金刀具鏟背就更困難，硬質合金是脆性材，刀齒易崩刃，鏟背刀具是整體齒形，一旦個別刀齒崩刃，株連所有刀齒都要等量修磨，硬質合會大量修磨很費工時，一旦個別刀齒損壞，株連整個滾刀報廢，所以刀具費用高。2、機床方面采用現有技術的滾齒機現有技術滾齒機，用于硬齒面齒輪滾占加工帶來以下問題1)主運動傳動鏈太長現有技術滾齒機，從主電機將運動傳到機床刀具主軸，其間經過皮帶輪，速度掛輪、三對錐齒輪、主軸減速齒輪和長花鍵軸，傳動彈性大，動態剛性不足，在高速運轉情況下會產生扭振，使得硬質合金刀齒產生崩刃。2)機床是立式結構重心高現有技術滾齒機是立式結構的，刀架懸在立柱上，垂直進給，重心比較高，易發生振動，如此結構的機床用于硬齒面齒輪滾齒加工，引起刀齒崩刃。3)現有技術滾齒機的分度機構是采用阿基米德蝸輪蝸桿不宜高速運轉。這種蝸輪蝸桿在嚙合過程中，其接觸線與蝸桿的線速度平行，不能產生潤滑油楔，不適宜高速運轉。Y38型滾齒機說明書規定其分度蝸桿轉速不得超過508轉/分，這是高速鋼刀具的切削速度，優質高速鋼的切削速度在80米/分左右，若用相同的刀具直徑，刀具材料換成加工淬火鋼的硬質合金其切削速度在250米/分左右，則機床分度蝸桿將在1588轉/分超高速運轉，機床精度將很快損失殆盡。
發明內容本發明為了彌補現有技術的缺陷，提供了一種經濟高效的硬齒面齒輪滾齒加工裝置。本發明是通過如下技術方案實現的一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置，由刀具和硬齒面齒輪滾齒機組成，其特征是刀具采用硬齒面齒輪滾刀盤；硬齒面齒輪滾齒機極限縮短了主運動傳動鏈，硬齒面齒輪滾齒機的工件主軸為臥式結構，硬齒面齒輪滾齒機的分度機構為平面蝸輪和平面包絡蝸桿。該硬齒面齒輪滾齒加工裝置，硬齒面齒輪滾刀盤為端面緊固式銑刀盤，硬齒面齒輪滾刀盤的直徑為200300mm，硬齒面齒輪滾刀盤的負前角為15°30°，硬齒面齒輪滾刀盤的刀片為可互換可轉位刀片，硬齒面齒輪滾齒機的主運動傳動鏈通過刀具主軸減速從動齒輪和刀具主軸減速主動齒輪一對齒輪傳入，平面蝸輪為平面齒形，平面包絡蝸桿與平面蝸輪的齒形相適配。1、本發明解決技術問題之一在于提供一種硬齒面齒輪滾齒刀盤，這種刀盤的創新以及解決的問題如下1)采用刀盤形結構增大刀具直徑本發明硬齒面齒輪滾刀采用端面固定安裝的刀盤結構，稱之為滾刀盤，其直徑擬定為現有技術滾刀平均直徑的三至四倍，現有技術齒輪滾刀，中等模數1至8其直徑為50至120毫米，平均直徑是85毫米，本發明硬齒面齒輪滾刀盤直徑為200300毫米。這個數值也是高速鋼刀具與硬質合金刀具切削速度的比例數，采用大直徑的硬質合金刀具，切削速度提高了，但機床各部分的運轉速度變化不很懸殊，從而解決了滾齒機的超高速運轉問題，以及解決了因超高速運轉帶來的機床振動與刀具刀齒的崩刃。2)采用大的負前角經淬火處理的齒輪表面硬度很高，切削加工很困難，根據金屬切削原理，被加工材料硬度越高，刀具前角就越小，本發明的硬齒面齒輪滾刀盤的刀齒采用較大的負前角，負前角為15°30°，能順利地進行切削，解決了硬齒面齒輪滾齒的切削問題。3)采用可互換可轉位刀片本發明為了大幅降低刀具使用費用，采用可互換可轉位刀片的技術方案，制造費用高的刀盤成為永久性的工具，而成本相對很低的刀片成為可互換的易耗品。即是刀齒偶而崩刃損壞，可以單個刀片換下來，不影響整個刀盤，也不顯著影響刀具使用費用。2、本發明解決的技術問題之二在于；提供一種硬齒面齒輪滾齒機，這種滾齒機適應硬齒面齒輪滾齒加工，其技術創新和解決的技術問題說明如下1)極限縮短主運動傳動鏈現有技術滾齒機主運動傳鏈都很長，從主電機開始經由一對皮帶輪、切削速度掛輪、三對錐齒輪、刀具主軸減速齒輪和長花鍵軸，傳動過程中會產生扭振，使刀齒崩刃。為了克服這一缺憾，只留下刀具主軸減速齒輪一對，其余部份都取消了，極大限度縮短了主運動的傳動鏈，以減少扭振，提高了機床動態剛性，從而減少刀齒崩刃。2)采用臥式結構，取消立柱為了提高機床的靜態剛性，本發明的滾齒機采用臥式結構，取消了立柱，刀架水平方向進給，重心降低了，刀架增強了，自振頻率降低、減少振動，減少刀齒崩刃。3)采用平面蝸輪蝸桿為分度機構平面蝸輪是平面齒形，依靠人的技能可以制造成很高精度，平面包絡蝸桿是由于平面蝸輪相同齒形的刀具包絡而成，這種蝸輪蝸桿嚙合過程中，其接觸線與蝸桿線速度垂直，形成潤滑油楔，能適應高速運轉，而且同時參加工作的齒數較多，能自動平均誤差，動態剛性也好。本發明的有益效果是該硬齒面齒輪滾齒加工裝置，硬齒面齒輪加工刀具工作可靠、使用簡單、費用低廉，硬齒面齒輪滾齒加工機床的剛性高、效率高，消除齒輪淬火后的變形，降低噪聲，提供齒輪淬火后加工的經濟技術，消除齒輪淬火后齒面的微裂紋，提高齒輪抗疲勞性能，從而提高齒輪的工作壽命。下面結合附圖對本發明作進一步的說明。附圖1為本發明硬齒面齒輪滾齒加工裝置的滾刀盤的結構簡圖。附圖2為本發明硬齒面齒輪滾齒加工裝置的滾刀盤的右側剖視示意圖。附圖3為本發明硬齒面齒輪滾齒加工裝置的分度機構的結構簡圖。附圖4為本發明硬齒面齒輪滾齒加工裝置的分度機構的右側剖視示意圖。附圖5為本發明硬齒面齒輪滾齒機實施例1的機床傳動系統示意圖。附圖6為本發明硬齒面齒輪滾齒機實施例2的機床傳動系統示意圖。圖中，1壓緊塊，2螺釘，3柱銷，4刀片，5頂絲，6調整螺絲，7刀盤體，8平面蝸輪，9平面包絡蝸桿，10刀具主軸減速從動齒輪，11刀具主軸減速主動齒輪，12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27齒輪，28蝸輪，29蝸桿，30長花鍵軸，A工件主軸，B硬齒面齒輪滾刀盤，C刀具主軸，E進給絲杠，ix分度掛輪，iy差動掛輪，is進給掛輪，D1主電機，D2工件主軸驅動電機，Φ蝸桿嚙包角，Y負前角。具體實施例方式附圖為本發明的一種具體實施例。該硬齒面齒輪滾齒加工裝置，由刀具和硬齒面齒輪滾齒機組成，其特征是刀具采用硬齒面齒輪滾刀盤B；硬齒面齒輪滾齒機極限縮短了主運動傳動鏈，硬齒面齒輪滾齒機的工件主軸A為臥式結構，硬齒面齒輪滾齒機的分度機構為平面蝸輪8和平面包絡蝸桿9，硬齒面齒輪滾刀盤B為端面緊固式銑刀盤，硬齒面齒輪滾刀盤B的直徑為200300mm，硬齒面齒輪滾刀盤B的負前角、為15°30°，硬齒面齒輪滾刀盤B的刀片4為可互換可轉位刀片，硬齒面齒輪滾齒機的主運動傳動鏈通過刀具主軸減速從動齒輪10和刀具主軸減速主動齒輪11一對齒輪傳入，平面蝸輪8為平面齒形，平面包絡蝸桿9與平面蝸輪8的齒形相適配。附圖中各個齒輪的齒數如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以下結合附圖詳細說明圖1、圖2中1)采用銑刀盤結構增大刀具直徑本發明的硬齒面齒輪滾刀盤B采用端面緊固安裝的銑刀盤結構，故稱之為滾刀盤，采用刀盤結構便于增大刀具直徑，其直徑采用現有技術齒輪滾刀平均直徑三至四倍。現有技術齒輪滾刀，模數不同直徑也不相同，中等模數1至8的滾刀，其直徑是50至120毫米，平均直徑85毫米，本發明硬齒面齒輪滾刀盤B的直徑擬定為200300毫米。這個數值也是高速鋼刀具與硬質合金刀具切削速度的比例數，采用大直徑的硬質合金刀具，切削速度提高了，但機床各部分的運轉速度變化不很懸殊，從而解決了滾齒機的超高速運轉問題，以及解決了因超高速運轉帶來的機床振動與刀具刀齒的崩刃。2)采用大的負前角Y本發明的硬齒面齒輪滾刀盤B的刀齒采用負前角γ為15°30°，刀片4本身的前角后角都是0°，在刀盤體7的刀片4安裝槽的前基面，向后傾斜γ角，刀片4裝入之后形成負前角Y，能順利地進行切削，解決了硬齒面齒輪滾齒的切削問題。3)刀片4采用可互換可轉位刀片本發明為了克服硬齒面齒輪滾齒加工刀具費用高的問題，刀片4采用可互換可轉位刀片，刀片4的基體是矩形四棱柱，四面垂直，齒形面的齒形角對稱，結構簡單制造容易，有四條刃線可用，可轉位依次使用，可以像齒輪滾刀那樣一次雙刃切削，也可以像銑刀盤那樣每次單刃切削。刀片4工作時，其負前角Y和后角都是刀盤體7的刀槽安裝而成，其振擺精度則由硬齒面齒輪滾刀盤B的結構調整而得。刀片4裝入刀盤體7槽內，前方由刀槽基面貼著，底面有柱銷3托著，通過調整螺絲6在調整儀器上可以把刀片4的振擺調到達標。壓塊1和螺釘2是在調整過程中初步緊固，頂絲5用作最后緊固。硬齒面齒輪滾齒機實施例1圖5中1)極限縮短主運動傳動鏈從主電機D1到刀具主軸C，是主運動傳動鏈，圖5中采用一對減速齒輪刀具主軸減速從動齒輪10和刀具主軸減速主動齒輪11，速比是18/85。主電機D1選用4極，同步轉速1500轉/分，采用變頻調速，調整到1000轉/分至2000轉/分，硬齒面齒輪滾刀盤直徑300毫米，保證切削速度200米/分至400米/分。2)采用臥式結構工件主軸A采用臥式，取消立柱，刀架在水平方向進給，降低機床重心，提高機床的靜態剛性。3)采用平面蝸輪8和平面包絡蝸桿9為機床分度機構圖3、圖4是本發明硬齒面齒輪滾齒機的分度機構平面蝸輪蝸桿結構圖，平面蝸輪8是平面齒形，齒數85，可制造成分度盤一樣高的精度。平面包絡蝸桿9是用與其相嚙合的平面蝸輪8齒形完全相同的刀具包絡而成，嚙合時其接觸線與蝸桿9線速度垂直，形成的潤滑油楔，適宜高速運轉。蝸桿嚙合包角中Φ=40°蝸輪同時工作場數9個。4)機床的分度運動的設計方案分度運動是從刀具主軸C到工件主軸A，刀具主軸C轉過一轉而工作主軸A轉過l/z轉。根據圖5，并將各齒輪齒數代入，可得到運動平衡方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>5)機床差動運動的設計方案差動運動是從進給絲杠E到刀具主軸C，當進給絲杠E轉過mnπ/tsinβ轉時，則刀具主軸C轉過一轉，根據圖5，并將各齒輪的齒數代入，可得到以下運動平衡方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中mn是工件齒輪的模數β是工件齒輪的螺旋角，t是進給絲杠E的導程，是機床參數，本實施例可以擬定t=10，則有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>6)進給運動進給運動是從工件主軸A到進給絲杠E，當工件主軸A轉過一轉時，則進給絲杠E轉過s/t轉，根據圖5，并將各齒輪的齒數代入，得到以下運動平衡方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中S是送給量，S的范圍0.5至6。硬齒面齒輪滾齒機實施例2圖6中本實施例采用電軸傳動取代高速運轉的傳動元件，具體實施方案是圖6中的主電機D1和工件主軸驅動電機D2采用同步轉速相同的同步電機，兩電機如同一根軸，中間取消了齒輪12、13、14、15、16、17、18、19和長花鍵軸30。既然主電機D1與工件主軸驅動電機D2如同一根軸，則分度掛輪ix、差動掛輪iy和進給掛輪is的應用計算公式與硬齒面齒輪滾齒機第一實施例相同。本實施例采用兩個交流同步電機代替機械傳動，從理論分析當外界電源電壓和加工負荷有所波動時，會影響電機的同步特征，從而影響工件的加工精度，但實際工作中這種影響甚小，這是因為滾齒機的分度機構使蝸輪降速很大，而且本發明采用了平面包絡蝸桿，同時嚙合有許多對牙齒，傳動誤差響應較低，為了保證傳動可靠起見還是要配備同步校正系統，這種校正系統已是電力傳動常規技術，經校正后工件主軸的運動精度可以提高許為了提高同步電機的同步性，在選擇同步電機功率時，要比實際工作要求的功率大30%，這樣可以可靠地保證同步電機在工作過程中的同步特性。本發明實現了1、硬齒面齒輪加工刀具工作可靠，使用簡單，費用低廉。2、硬齒面齒輪滾齒加工機床的剛性高，效率高。3、本發明實現了齒輪淬火后加工的經濟工藝。權利要求一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置，由刀具和硬齒面齒輪滾齒機組成，其特征是刀具采用硬齒面齒輪滾刀盤(B)；硬齒面齒輪滾齒機極限縮短了主運動傳動鏈，硬齒面齒輪滾齒機的工件主軸(A)為臥式結構，硬齒面齒輪滾齒機的分度機構為平面蝸輪(8)和平面包絡蝸桿(9)。2.根據權利要求1所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是硬齒面齒輪滾刀盤(B)為端面緊固式銑刀盤。3.根據權利要求1或2所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是硬齒面齒輪滾刀盤(B)的直徑為200300mm。4.根據權利要求1或2所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是硬齒面齒輪滾刀盤⑶的負前角(Y)為15°30°。5.根據權利要求4所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是硬齒面齒輪滾刀盤(B)的刀片(4)為可互換可轉位刀片。6.根據權利要求1所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是硬齒面齒輪滾齒機的主運動傳動鏈通過刀具主軸減速從動齒輪(10)和刀具主軸減速主動齒輪(11)一對齒輪傳入。7.根據權利要求1所述的硬齒面齒輪滾齒加工裝置，其特征是平面蝸輪(8)為平面齒形，平面包絡蝸桿(9)與平面蝸輪(8)的齒形相適配。全文摘要本發明公開了一種硬齒面齒輪加工裝置，特別公開了一種硬齒面齒輪滾齒加工裝置。該硬齒面齒輪滾齒加工裝置，由刀具和硬齒面齒輪滾齒機組成，其特征是刀具采用硬齒面齒輪滾刀盤；硬齒面齒輪滾齒機極限縮短了主運動傳動鏈，硬齒面齒輪滾齒機的工件主軸為臥式結構，硬齒面齒輪滾齒機的分度機構為平面蝸輪和平面包絡蝸桿。該硬齒面齒輪滾齒加工裝置，硬齒面齒輪加工刀具工作可靠、使用簡單、費用低廉，硬齒面齒輪滾齒加工機床的剛性高、效率高，消除齒輪淬火后的變形，降低噪聲，提供齒輪淬火后加工的經濟技術，消除齒輪淬火后齒面的微裂紋，提高齒輪抗疲勞性能，從而提高齒輪的工作壽命。文檔編號B23F5/20GK101829814SQ20101012435公開日2010年9月15日申請日期2010年3月15日優先權日2010年3月15日發明者岑益南申請人:岑益南