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基于数控成型磨齿机的高精度齿轮加工方案

发表时间:2021-03-14 21:04 阅读:

  1.基于数控成型磨齿机的高精度齿轮快速修磨方案

  目前常用的数控成型磨齿机以德国进口HOFLER、NILES两类为主,下文主要对NILES成型磨齿机使用及故障修复进行阐述。设备在进行换产时,一般考虑圆柱齿轮的技术要求,包括公法线、齿形的压力角偏差fHα、齿向角的偏差fHβ、齿形修形、 齿向修形等。齿向角的偏差主要是由机床导轨的几何偏差导致的,但在对设备验收时这项参数已调试好,所以不做特别说明。齿形修形、齿向修形两项技术要求在调试机床过程中,按照检测报告进行对应修改即可满足技术要求。所以比较难控制的是公法线、压力角,由于渐开线是曲线,公法线的公式为 Wnk=cosαn×mn[π×( K-0.5)+Z×invαt]+2mnXnsinαn,式中: Wnk为公法线,αn为法相压力角,K为跨齿数,Xn为变位系数,invαt为渐开线函数。从公式可以看出公法线与压力角的关系相对复杂,αn的微小变化会引起公法线Wnk的变化。然而αn的微小变化又需要通过设备的测量系统检测fHα,再次计算由fHα转换到压力角的数值。计算量太大,作业人员无法在短时间内计算出来。以往调试新的产品都要经过多次反复试切加工,先将压力角调试合格后,对应此时的公法线,再次更改公法线进行正常加工,换产效率非常低。

  2.数控成型磨齿机磨削系统解析

  2.1 数控成型磨齿机工作原理分析:

  (1) 数控成型磨齿机是依靠计算机的计算能力,根据砂轮与齿槽啮合角的关系,运用金刚滚轮将砂轮经过拟合运动修整,从而得到最终形状。

  (2) 为得到最终的公法线fHα尺寸。磨头相对渐开线齿轮的主要运动轨迹为: 双面磨削为径向进给,单面磨削为切向进给。

  (3) 微调渐开线齿轮fHα 的补偿路径: 径向为轴dy,切向为轴dz。

  (4) 齿向加工是根据齿向的修型设定,砂轮轴做轴向往复四轴联动加工。

  (5) 齿轮的周节累积误差主要依靠工作台的精确分度,砂轮磨损量的补偿等保证。

  (6) 高精密数控成型磨齿机所处的环境必须为恒温的状态。

  2.2 NILES成型磨齿机产品调试方法

  (1) 输入渐开线齿轮的参数,齿轮公法线应离上差0.10mm~0.15mm,编辑合适的切削参数,选择合适的砂轮,工装量具等。

  (2) 由于设备的传动部件存在着一定的误差,首先预确定磨头的径向补偿(dy) 值、切向补偿(dz)值,这两组数值将直接影响渐开线齿轮的左右齿面压力角的偏差fHα的大小,并且确定工件在工作台上的工作高度。

  (3) 对工件进行试切加工,经在线测量系统测得结果再进行微调磨削,切至自测达到技术要求。

  (4) 试加工后的齿轮经过齿轮检测仪检测,确定设备自测系统偏差值,继续调整齿轮各参数,再次进行(3) 的步骤,产品自测合格后,将产品加工至图纸公法线要求公差内。

  2.3 齿形的压力角偏差与公法线之间关系简化

  在上述的 NILES 成型磨齿机调试产品的操作过程中发现,同时更改fHα与Wnk两组数据,使得最终的Wnk 数值不容易控制。运用公法线公式Wnk=cosαn×mn[π×(K-0.5)+Z×invαt]+2mnXnsinαn进行计算,对于一线操作员工较为困难,下面将分析3种fHα与Wnk之间计算的方案。

  方案1: 由于NILES成型磨齿机是数控设备,在机床的基本偏差输入需要改变的d_fHα 后,会发现改变的数据有: 公法线为d_Wk( Y-Axis) ,NC轴位置改变d_y 与d_Z。可是经过多次试验改变d_fHα 数值,公法线实际变动量△Wnk与d_Wk( Y-Axis) 不同,故此方法不可取。

  方案2: 根据数控成型磨齿机的工作原理,可知NC轴位置改变d_y 与d_Z这两组数据中的d_y是改变砂轮与齿槽之间的位置,意味着跟公法线变动量△Wnk有直接关系。众所周知滚齿时候有径向进刀比公式为1 /2sinα,采用展成法加工齿轮。数控成型磨齿机采用成型法加工齿轮,故此方法不可取。

  方案3: 由上可知只有精确的径向进刀比才能计算出精确的公法线变动量,成型磨齿机采用双面磨削加工齿轮工艺,是依靠径向进刀得到最终公法线尺寸的。在编辑切削参数会发现: 基本磨削值这一选项中分为粗加工、半精加工、精加工,每个工序中都可以设定左右齿面进刀量LF余量、RF余量, 同时计算机会计算出相应的径向进给量,设径向进刀比为C,C=精加工径向进给量/( LF余量+RF余量) 。经过试验得出取精加工对应的径向进刀比C计算得出:

  公法线变动量△Wnk' = △d_y /C 与公法线实际变动量△Wnk相同,本公式可取,且计算简单易掌握。

  对上述方案1与方案3进行试验验证,采用3种不同压力角的圆柱齿轮,更改左齿面d_fHα量为0.005 mm,试验结果如表1所示。

  通过以上试验结果可知: 方案3与实际生产中的变动量基本相同。

  3.数控成型磨齿机修磨高精度齿轮的运用

  3.1 不合格高精度齿轮情况分析

  一只齿轮经过齿轮检测仪检测后有以下不合格项点:

  (1) 齿形的压力角偏差fHα要求DIN5级为±0.011 mm,实际检测为-0.013 7mm,明显不符合技术要求。齿向误差是由机床在调试安装时候的各项基准误差决定的,故齿向误差相对稳定,不会引起突变,这里暂不讨论此项误差。

  (2) 径向跳动Fr技术要求为0.032mm,实际检测后Fr为0.0502mm,显然不符合技术要求。

  (3) 计算可允许磨削公法线余量: Wnk实际-Wnk 下差=△Wnk 余量。

  3.2 返修高精度齿轮所需要最小公法线计算

  ( 1) 可知若右齿面fHα比要求的极限偏差值大了0.003mm,将0.003输入机床的基本偏差右齿面齿形角偏差d_fHα,设d_y改变值为B。其中对于圆柱外齿轮B值为负时候代表砂轮靠近齿槽的,故齿面会被多磨削,齿轮公法线变小。B值为正值时则反之。

  (2) 采用上述fHα与Wnk之间计算方式的方案3公式: 径向进刀比C=精加工径向进给量/( LF 余量 + RF余量) ,为使得fHα达到技术要求,产品公法线最小变动量为△Wk=B/C,对比△Wnk 余量与△Wk 数值的大小可快速判定返修后产品是否合格。

  (3) 计算返修周节/径向跳动超差的齿轮所需要的最小磨削量比较容易。周节超差根据fp的左右齿面超差值即可以计算出所需要磨削量。径向跳动Fr超差可以根据径向进刀比C,计算为使得径向跳动合格产品的公法线变动量。

  3.3 本方案的运用范围

  经过上面的运算可知:公法线Wnk与齿形的压力角偏差fHα有紧密的联系,不仅可以根据fHα微小变化量精确计算出公法线的变化量,而且也可以根据公法线的变动量计算出fHα 的变化量。上述方案在实际运用中可以解决3个问题:

  (1) 规避了磨齿机在换产的时候,首件产品在更改fHα与Wnk 情况下不能保证一次加工到公法线公差内的问题,提高了磨齿机的快速换产效率。

  (2) 利用fHα与Wnk互补的特殊关系,在公差范围内通过压力角偏差fHα可精确控制Wnk。

  (3) 对于不合格产品的返修提供了最精确的判断数据。

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