專(zhuān)利名稱(chēng)：螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
解決齒面的加工誤差和熱處理變形導(dǎo)致齒面實(shí)際嚙合點(diǎn)偏離理論嚙合點(diǎn)問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外有兩種方法；一種方法是采用磨齒工序提高齒面的加工精度，使齒面接近要求的理論齒面，但是加工精度的提高有一定限度，而且成本很高；另一種方法是對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，如測(cè)量出銑齒時(shí)產(chǎn)生的齒面加工誤差和熱處理變形，對(duì)這些銑齒和熱處理后產(chǎn)生的誤差，在銑齒時(shí)就加以補(bǔ)償往往更加經(jīng)濟(jì)。目前，在Gleason數(shù)控機(jī)床上加工準(zhǔn)雙曲面齒輪和圓弧錐齒輪時(shí)，采用的加工補(bǔ)償方法存在兩方面的問(wèn)題(1)要達(dá)到比較理想的加工補(bǔ)償，需要憑經(jīng)驗(yàn)多次反復(fù)調(diào)整機(jī)床參數(shù)和進(jìn)行接觸區(qū)檢驗(yàn)，調(diào)整方法經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)；(2)由于僅限于把有加工誤差的小輪齒面進(jìn)行補(bǔ)償，使其接近于理論齒面，大輪齒面的誤差得不到補(bǔ)償，所以使齒輪副的實(shí)際嚙合區(qū)得到了部分改善，這是一種不完全補(bǔ)償。加工補(bǔ)償后的接觸區(qū)只是大致接近理論接觸區(qū)，與理論接觸區(qū)相比，不同程度地存在著接觸區(qū)偏離問(wèn)題。由此可見(jiàn)，齒面誤差補(bǔ)償還存在著調(diào)整不便和不能完全從根本上解決理論嚙合區(qū)的偏離問(wèn)題，其主要原因是目前缺乏真實(shí)齒面(齒輪加工和熱處理后，具有加工誤差與熱處理變形的實(shí)際齒面)加工補(bǔ)償理論以及有效的加工補(bǔ)償工藝的支持。
真實(shí)齒面的加工補(bǔ)償在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的重視，對(duì)有誤差和熱處理變形的真實(shí)齒面進(jìn)行定量的嚙合分析，最為有效地進(jìn)行反饋補(bǔ)償齒面加工誤差和熱處理變形，已成為國(guó)內(nèi)外該研究領(lǐng)域亟待解決的瓶頸難題。如果能夠研制一種完全補(bǔ)償螺旋錐齒輪加工誤差與熱處理變形，且能減少加工工序、降低加工成本、提高加工精度和加工效率的加工補(bǔ)償理論和加工工藝方法，應(yīng)用于螺旋錐齒輪的加工生產(chǎn)中，將對(duì)螺旋錐齒輪的減振、降噪，提高齒輪的使用壽命具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能克服上述缺陷、實(shí)現(xiàn)齒面誤差完全補(bǔ)償?shù)穆菪F齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝。其技術(shù)內(nèi)容為
包括切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算、對(duì)大小齒輪的加工以及對(duì)加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測(cè)熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計(jì)算小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，通過(guò)小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪進(jìn)行補(bǔ)償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算為將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計(jì)算Hyspiral系統(tǒng)，即螺旋錐齒輪切齒調(diào)整計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)，將切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機(jī)床。
為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，大小齒輪由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機(jī)床進(jìn)行加工后，再進(jìn)行熱處理。
為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得熱處理后大小齒輪齒面誤差，具有誤差的真實(shí)齒面采用NURBS曲面表示，即非均勻有理B樣條自由型曲面，其方程為p→(u,v)=R→(u,v)W(u,v)]]>式中R→(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jd→i,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>W(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>u，v為NURBS曲面參數(shù)，ωi，j為權(quán)因子， 為NURBS曲面的控制頂點(diǎn)，Ni，k(u)，Nj，l(v)分別為u向k次和v向1次(取k＝l＝3)規(guī)范B樣條基函數(shù)。
將測(cè)得的真實(shí)齒面數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造出NURBS自由型曲面，通過(guò)零間隙法或相切法(零間隙法，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2000(1)發(fā)表；相切法，現(xiàn)代機(jī)械，1999(2)發(fā)表，發(fā)明人均為第一作者)計(jì)算出實(shí)際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示；為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，通過(guò)反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點(diǎn) 控制小齒輪真實(shí)齒面的自由型曲面的形狀，使實(shí)際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)通過(guò)超定線性方程組的優(yōu)化解得到，通過(guò)計(jì)算的小齒輪補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪并熱處理后進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，擺脫了經(jīng)典齒輪嚙合理論只能對(duì)理論齒面進(jìn)行嚙合分析的束縛，真實(shí)齒面采用自由型曲面表示，與齒面的理論方程無(wú)關(guān)，尋求探索了一種全新的理論方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有加工誤差和熱處理變形的真實(shí)齒面進(jìn)行嚙合分析，該項(xiàng)發(fā)明的加工補(bǔ)償不是將齒輪副的大小齒輪齒面都補(bǔ)償?shù)嚼碚擙X面，而是將大齒輪齒面的加工誤差和熱處理變形折算到小齒輪齒面上，只對(duì)小齒輪齒面進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)際上最終大小齒輪齒面都非理論齒面，但可使實(shí)際接觸區(qū)在理論接觸區(qū)嚙合，克服了原有技術(shù)需要憑經(jīng)驗(yàn)多次反復(fù)調(diào)整加工小齒輪的機(jī)床參數(shù)和進(jìn)行接觸區(qū)檢驗(yàn)、實(shí)際接觸區(qū)與理論接觸區(qū)有偏離的缺陷，達(dá)到了齒面誤差完全補(bǔ)償?shù)哪康摹?br>

圖1是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在標(biāo)準(zhǔn)嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在偏小端嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在偏大端嚙合位置的理論接觸區(qū)圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在加工補(bǔ)償后、真實(shí)齒面在標(biāo)準(zhǔn)嚙合位置的檢驗(yàn)接觸區(qū)圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在加工補(bǔ)償后、真實(shí)齒面在偏小端嚙合位置的檢驗(yàn)接觸區(qū)圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例準(zhǔn)雙曲面齒輪在加工補(bǔ)償后、真實(shí)齒面在偏大端嚙合位置的檢驗(yàn)接觸區(qū)圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1對(duì)汽車(chē)后橋準(zhǔn)雙曲面齒輪副進(jìn)行了加工實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)為齒數(shù)z1＝6，z2＝35；大輪大端端面模數(shù)mt2＝7.15mm，大輪大端分度圓直徑de2＝250.25mm；偏置距E＝30mm；螺旋角β1＝50°，β2＝34°7′52″；平均壓力角α＝22°30′；小輪左旋，大輪右旋。被測(cè)齒面為兩輪工作面，即小輪凹面，大輪凸面。其加工步驟為(1)切齒調(diào)整計(jì)算將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計(jì)算Hyspiral系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)。小齒輪為一個(gè)粗加工，兩個(gè)精加工工序；大齒輪為一個(gè)粗加工，一個(gè)精加工工序。下面具體給出的是通過(guò)切齒計(jì)算Hyspiral系統(tǒng)計(jì)算出的大小齒輪最后一道精加工工序的切齒調(diào)整參數(shù)A)大齒輪精加工切齒調(diào)整參數(shù)刀傾名義直徑 228.60刀頂張距 3.25刀盤(pán)外刃錐角 22D 30M刀盤(pán)內(nèi)刃錐角 22D 30M塊規(guī)AMD*0.30646+186.91塊規(guī)B386.55
塊規(guī)CMD*1.04591+123.88塊規(guī)D198.85V94.45H44.70DH 0.00機(jī)床根錐角 72D 58MB)小齒輪精加工切齒調(diào)整參數(shù)刀傾名義直徑 234.52刀盤(pán)內(nèi)刃錐角 31D 0M機(jī)床根錐角 354D 45M水平輪位 MD+2.06床位后退 20.08垂直輪位 向下29.59偏心角 55D 38M搖臺(tái)角 141D 51M刀轉(zhuǎn)角 250D 46M刀傾角 57D 18M分齒掛輪比 3.75000掛輪 75/30*75/50滾比(Nc/50) 0.672712Nc/50滾比掛輪49/100*81/59搖臺(tái)檢測(cè)轉(zhuǎn)角 20D 0M工件檢測(cè)轉(zhuǎn)角 112D 7M將上述切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機(jī)床。
(2)加工大小齒輪并熱處理由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機(jī)床對(duì)大小齒輪進(jìn)行加工，加工完畢再對(duì)大小齒輪進(jìn)行熱處理。
(3)用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得熱處理后大小齒輪齒面誤差，具有誤差的真實(shí)齒面采用NURBS曲面表示，即非均勻有理B樣條自由型曲面，其方程為p→(u,v)=R→(u,v)W(u,v)]]>
式中R→(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jd→i,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>W(u,v)=Σi=0mΣj=0nωi,jNi,k(u)Nj,l(v)]]>u，v為NURBS曲面參數(shù)，ωi，j為權(quán)因子， 為NURBS曲面的控制頂點(diǎn)，Ni，k(u)，Nj，l(v)分別為u向k次和v向1次(取k＝l＝3)規(guī)范B樣條基函數(shù)。
將測(cè)得的真實(shí)齒面數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造出NURBS自由型曲面，通過(guò)零間隙法或相切法計(jì)算出實(shí)際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示；(4)通過(guò)反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點(diǎn)，控制小齒輪真實(shí)齒面的自由型曲面的形狀，使實(shí)際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
(5)小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)通過(guò)超定線性方程組的優(yōu)化解得到，計(jì)算的補(bǔ)償切齒調(diào)整參數(shù)如下刀傾名義直徑 234.52刀盤(pán)內(nèi)刃錐角 31D 0M機(jī)床根錐角355D 36M水平輪位 MD+2.06床位后退 20.08垂直輪位 向下29.38偏心角56D 39M搖臺(tái)角141D 51M刀轉(zhuǎn)角252D 38M刀傾角57D 22M分齒掛輪比3.75000掛輪 75/30*75/50滾比(Nc/50) 0.63563Nc/50滾比掛輪 49/100*81/59搖臺(tái)檢測(cè)轉(zhuǎn)角 20D 0M工件檢測(cè)轉(zhuǎn)角 112D 7M通過(guò)計(jì)算的小齒輪補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪并熱處理后進(jìn)行補(bǔ)償，得到在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
為充分驗(yàn)證該補(bǔ)償工藝的正確性及精確性，我們對(duì)偏置距E和安裝距A1和A2三個(gè)參數(shù)進(jìn)行了微量的調(diào)整，使齒輪副在標(biāo)準(zhǔn)位置、偏小端和偏大端位置嚙合，三個(gè)嚙合位置對(duì)偏置距E和安裝距A1和A2三個(gè)參數(shù)的調(diào)整值分別為(1)標(biāo)準(zhǔn)嚙合位置 ΔE＝0 ΔA1＝0ΔA2＝0(2)偏小端嚙合位置ΔE＝0.4mm ΔA1＝-0.2mm ΔA2＝0(3)偏大端嚙合位置ΔE＝-0.6mm ΔA1＝0.4mmΔA2＝0ΔA1和ΔA2為正值表示安裝距增大，齒輪移向大端；ΔE為正值表示偏置距增大。
用本工藝對(duì)三個(gè)嚙合位置的理論齒面分別進(jìn)行嚙合分析，轉(zhuǎn)換到二維后的理論嚙合跡線和嚙合區(qū)如圖1-3所示；標(biāo)準(zhǔn)位置接觸區(qū)的計(jì)算數(shù)據(jù)如表1所示。采用Y 9550型500mm錐齒輪滾動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)，對(duì)加工補(bǔ)償后的真實(shí)齒面在三個(gè)嚙合位置的檢驗(yàn)結(jié)果如圖4-6所示。
表1 標(biāo)準(zhǔn)嚙合位置瞬時(shí)接觸區(qū)域邊界線數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)


因計(jì)算數(shù)據(jù)量太大，表1僅列出了標(biāo)準(zhǔn)嚙合位置前四個(gè)以嚙合點(diǎn)為幾何中心的接觸區(qū)域邊界線數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
加工實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明理論齒面的理論模擬接觸區(qū)與加工補(bǔ)償后真實(shí)齒面的試驗(yàn)接觸區(qū)在三個(gè)嚙合位置的形狀與位置吻合良好。
進(jìn)一步通過(guò)本工藝分別對(duì)兩對(duì)不同幾何參數(shù)的圓弧錐齒輪和兩對(duì)不同幾何參數(shù)的準(zhǔn)雙曲面齒輪實(shí)施加工補(bǔ)償，檢測(cè)結(jié)果與理論接觸區(qū)同樣吻合良好，比目前采用的Gleason制加工齒面的嚙合質(zhì)量可顯著提高，實(shí)際接觸區(qū)接近理論接觸區(qū)的程度，根據(jù)模數(shù)的減少和傳動(dòng)比的增大，可不同程度地提高25％～35％。最終達(dá)到了減少加工工序、降低加工成本、提高加工效率和加工精度的目的。
權(quán)利要求
1.一種螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，包括切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算、對(duì)大小齒輪的加工以及對(duì)加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測(cè)熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計(jì)算小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，通過(guò)小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪進(jìn)行補(bǔ)償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。
2.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，其特征在于切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算為將錐齒輪的基本參數(shù)，輸入切齒計(jì)算Hyspiral系統(tǒng)，即螺旋錐齒輪切齒調(diào)整計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)理論接觸區(qū)的形狀和位置確定刀具的切齒調(diào)整參數(shù)，將切齒調(diào)整參數(shù)輸入數(shù)控銑齒機(jī)床。
3.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，其特征在于大小齒輪由輸入切齒調(diào)整參數(shù)的數(shù)控銑齒機(jī)床進(jìn)行加工后，再進(jìn)行熱處理。
4.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，其特征在于用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得熱處理后大小齒輪的齒面誤差，將測(cè)得的真實(shí)齒面數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造出NURBS自由型曲面，即非均勻有理B樣條曲面，通過(guò)零間隙法或相切法計(jì)算出實(shí)際嚙合跡線和嚙合區(qū)，并給出偏離理論嚙合跡線和嚙合區(qū)的量化表示。
5.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，其特征在于通過(guò)反算小齒輪NURBS曲面的控制頂點(diǎn)，控制小齒輪真實(shí)齒面的自由型曲面的形狀，使實(shí)際嚙合區(qū)在理論嚙合區(qū)嚙合，也即將大齒輪齒面誤差換算到了小齒輪齒面上。
6.如權(quán)利要求1所述的螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，其特征在于小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)通過(guò)超定線性方程組的優(yōu)化解得到，通過(guò)計(jì)算的小齒輪補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪進(jìn)行補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明提供一種螺旋錐齒輪真實(shí)齒面加工補(bǔ)償工藝，包括切齒調(diào)整參數(shù)的計(jì)算、對(duì)大小齒輪的加工以及對(duì)加工后大小齒輪的熱處理，其特征在于檢測(cè)熱處理后大小齒輪齒面誤差，將大齒輪齒面誤差換算到小齒輪齒面上，計(jì)算小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，通過(guò)小齒輪的補(bǔ)償參數(shù)，用銑齒機(jī)床加工小齒輪進(jìn)行補(bǔ)償，最后熱處理小齒輪，獲得在理論嚙合區(qū)嚙合的大小相配齒輪。本加工補(bǔ)償不是將齒輪副的大小齒輪齒面都補(bǔ)償?shù)嚼碚擙X面，而是將大齒輪齒面的加工誤差和熱處理變形折算到小齒輪齒面上，只對(duì)小齒輪齒面進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)際上最終大小齒輪齒面都非理論齒面，但可使實(shí)際接觸區(qū)在理論接觸區(qū)嚙合，進(jìn)而達(dá)到了齒面誤差完全補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 文檔編號(hào)B23P23/04GK1966194SQ20051004508
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月15日
發(fā)明者孫殿柱 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)