大直径渐开线斜齿轮修整数控技术加工

　　渐开线斜齿轮具有承载能力高、传动平稳性好等优点，因而被广泛应用于航空、航天、汽车、精密机械、石油钻探等许多工业设备中。因此，渐开线斜齿轮的质量、性能和寿命对整个机械系统的性能有着很大的影响。成形磨削是把砂轮修整成与工件轮廓相吻合的形状，加工时砂轮和工件全面接触拷贝出砂轮的廓形，是一种高精度、高效率、低成本的精加工方法。成形法磨齿即利用成形砂轮来磨削齿轮的齿形，是齿轮的精加工方法之一，由于磨削效率高而越来越受到人们的重视，并得到了飞速的发展。

　　成形法磨齿磨削具有以下特点：(1)砂轮与工件齿面接触面大(沿整个齿面)，单位面积承受磨削力小，均载；(2)磨削冲程慢，磨削量大；(3)砂轮与工件磨削接触线和啮合线不重合(呈交叉状态)，传动平稳，噪声低。与展成法相比，成形法磨齿具有机床结构简单、磨削效率高、适应性强等优点。

　　本文针对材质为硬质合金钢、齿数为36、法向模数为14mm、螺旋角为右旋7.35°、压力角为22.5°、齿顶圆为538.004mm的大直径渐开线斜齿轮，利用数控磨齿技术对其进行加工，并分析采用此加工技术后渐开线斜齿轮的精度。

1 渐开线斜齿轮数控加工技术

　　1.1 砂轮与金刚石滚轮的选择

　　采用成形法磨齿时，由于砂轮各点处的圆周速度不一样，致使各点处的材料去除率不同，从而导致砂轮磨损不均匀，特别是在尖角部位容易崩碎，从而产生形状误差。由于齿轮的成形形状是砂轮形状的拷贝，这必然对加工精度产生影响，同时磨削余量的不均匀也会导致磨削烧伤等加工缺陷，因此成形砂轮的修整对齿轮成形磨削加工过程具有决定性影响。针对上述原因，本文采用具有两轴联动砂轮在线修整功能的数控磨齿机对其进行加工，砂轮修整部分的结构图如图1所示。

图1砂轮修整部分结构图

　　本文所加工的渐开线斜齿轮为硬齿面齿轮，采用铬刚玉砂轮进行成形磨齿加工，采用立方氮化硼(CBN)滚轮对铬刚玉砂轮进行在线修整。立方氮化硼滚轮直径为129.86mm，有效圆角半径为0.464mm。使用金刚石滚轮对铬刚玉砂轮进行修整的效率和精度很高，加工后的齿轮精度可以达到4级。

　　1.2 数控加工程序

　　对本文所加工的大直径渐开线斜齿轮数控磨齿的部分加工程序如下:

2 加工精度测量与分析

　　数控成形磨齿加工后的渐开线斜齿轮如图2所示。对数控成形磨齿加工后的渐开线斜齿轮分别进行齿形、齿向和齿距的精度测量，并根据德国标准化协会齿轮标准DIN 3962对齿轮精度进行评定。测量所采用的仪器为Klingelnberg p100测量仪，测头测杆直径为3mm。

图2 磨齿加工后的渐开线斜齿轮

　　2.1 齿形精度测量与分析

　　将渐开线斜齿轮按12个齿为一个间隔，依次选取3个齿进行左、右齿面的齿形误差测量，测量方向为从齿根至齿顶。测量结果如图3和图4所示。左齿面齿形测量结果:齿形测量偏差F_α为2.8μm，精度为1级;齿形角度偏差fH_α为-2.1μm,精度为2级;齿形形状偏差fH_α为2.7μm，精度为2级。右齿面齿形测量结果:齿形测量偏差F_α为3.8μm，精度为2级;齿形角度偏差fHα为-2.7μm ，精度为3级;齿形形状偏差ff_α为2.3μm,精度为1级。左齿面齿形鼓形量偏差C_α  为1.1μm ，右齿面齿形鼓形量偏差C_α 为0.4μm。

图3左齿轮检测结果

图4右齿面齿形测量结果

　　2.2 齿向精度测量与分析

　　齿向精度测量方法与齿形精度测量方法类似，以同样的选齿方法选取3个齿进行左、右齿面的齿向误差测量，测量方向为从上而下，测量结果如图5和图6所示。左齿面齿向测量结果:齿向测量偏差F_β 为3.3μm，齿向角度偏差fH_β为91μm，齿向形状偏差ff_β为2.4μm，三者的精度均为1级。右齿面齿向测量结果:齿向测量偏差凡为2.2μm，齿向角度偏差fH_β为95. 7}rri，齿向形状偏差ff_β为1.8μm，三者精度均为1级。左齿面齿向鼓形量偏差C_β为6.2μm，右齿面齿向鼓形量偏差C_β为6.9μm。

图5左齿面向齿形测量结果

图5右齿面向齿形测量结果

　　2.3 齿距精度测量与分析

　　将渐开线斜齿轮按5个齿为一个间隔，依次选取5个齿进行左、右齿面的齿距误差测量。测量结果如图7、图8、图9和图10所示。左齿面齿距测量结果:齿距偏差了f_pmax以为2.3μm，齿距累积偏差F_p为3.7μm，最大齿距跳动fumax为2.9μm，三者精度均为1级。右齿面齿距测量结果:齿距偏差f_pmax翻为1.9μm，精度为1级;齿距累积偏差F_p 为3.4μm ，精度为1级;最大齿距跳动f_umax为3.5μm,精度为2级。左齿面齿距偏差波动R_p为3.5μm,右齿面齿距偏差波动R_p为3.5μm。

图7左齿面齿距偏差

3 结束语

　　本文对硬齿面大直径的渐开线斜齿轮数控加工技术进行了研究，并对渐开线斜齿轮的齿形、齿向和齿距精度进行了测量。测量结果表明，采用该数控磨齿技术加工出的渐开线斜齿轮的精度可以达到4级。本文所研究的齿轮磨齿数控加工技术可以为高精度的渐开线斜齿轮数控磨齿加工提供参考和借鉴。 

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