專利名稱：外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種漸開線圓柱齒輪精加工的設備與方法，更具體地說，它涉及一種外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床和方法。

背景技術：
珩齒是對淬硬齒輪進行精加工的一種方法，借助含有磨料的珩輪與被珩齒輪齒面間的壓力和相對滑動進行切削。最普通的是以外嚙合形式，在“自由嚙合”過程中加工。具有成本低、設備簡單的突出優(yōu)點，但矯正誤差能力很差，難以提高齒輪加工精度。采用具有強制傳動鏈的珩磨機床，可以克服上述缺點，如瑞士的法西爾(

)、萊森豪爾(Reishaur)的數(shù)控內嚙合珩齒機矯正誤差能力強、生產率高，性能優(yōu)越，但采用內嚙合珩磨輪進行珩磨工作，機床需采用大型精密軸承及多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，機床制造比較復雜且價格昂貴。


發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服了現(xiàn)有技術存在的問題，提供了一種具有強制傳動鏈的珩磨后的輪齒具有高質量、高效率的，而機床造價較低的具有雙珩磨輪的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床。同時也提供一種對淬硬齒輪進行珩磨精加工的方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明是采用了如下技術方案實現(xiàn)的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，包括有箱體，電控制柜，第一珩磨輪、第二珩磨輪、主動加載齒輪、1號被動加載齒輪、2號被動加載齒輪、工件軸、第一珩磨軸與第二珩磨軸。
第一珩磨軸與第二珩磨軸平行，通過軸承水平或者垂直地安裝在箱體上，軸距為A＝A1+A2，工件軸處于第一珩磨軸、第二珩磨軸之間，并和第一珩磨軸、第二珩磨軸空間交角為

，工件軸在第一珩磨軸與第二珩磨軸所確定的平面上的投影線和第一珩磨軸、第二珩磨軸平行，工件軸和第一珩磨軸、第二珩磨軸的軸間最短距離分別為A1、A2，A1和A2相等或者不等。
第一珩磨輪、第二珩磨輪分別固定安裝在第一珩磨軸、第二珩磨軸的左端，主動加載齒輪、1號被動加載齒輪、2號被動加載齒輪分別安裝在工件軸、第一珩磨軸、第二珩磨軸的右端，工件軸的左端用來安裝被加工齒輪，被加工齒輪與第一珩磨輪、第二珩磨輪相嚙合，主動加載齒輪與1號被動加載齒輪、2號被動加載齒輪相嚙合，并構成了13嚙合區(qū)、14嚙合區(qū)、25嚙合區(qū)、26嚙合區(qū)。安裝1號被動加載齒輪的第一珩磨軸的端部、安裝2號被動加載齒輪的第二珩磨軸的端部或者工件軸的端部和電機連接。即形成第一套技術方案與第二套技術方案。
第一套技術方案中所述的相互平行的軸距為A＝A1+A2的第一珩磨軸與第二珩磨軸，也能夠以與水平面夾角為

的方位安裝在箱體上，處于第一珩磨軸和第二珩磨軸之間的工件軸通過軸承水平地安裝在箱體上，工件軸在第一珩磨軸與第二珩磨軸所確定的平面上的投影線和第一珩磨軸、第二珩磨軸平行，工件軸和第一珩磨軸、第二珩磨軸的軸間最短距離分別為A1、A2，A1和A2相等或者不等。即形成第三套技術方案。
第一、二、三技術方案中所述的第一珩磨輪、第二珩磨輪、1號被動加載齒輪與2號被動加載齒輪為錐形齒輪，第一珩磨輪、第二珩磨輪的小端和1號被動加載齒輪、2號被動加載齒輪的小端相對地安裝在第一珩磨軸、第二珩磨軸的兩端，珩磨輪齒頂及齒根圓錐錐頂半角為 齒頂圓錐錐頂半角 齒根圓錐錐頂半角 式中，Re.珩磨輪的頂圓半徑，Ri.珩磨輪的根圓半徑，Rb.珩磨輪的基圓半徑，B0.珩磨輪齒寬。主動加載齒輪采用的是沿齒輪寬度為變齒厚的直齒輪，即采用的是輪齒兩側齒面分別為旋向相反的螺旋漸開面，螺旋角取很小值，βb2＝0.5°～1°，與其相嚙合的1號被動加載齒輪、2號被動加載齒輪的螺旋角分別為左旋或右旋，大小等于ψ-βb2。被加工齒輪與主動加載齒輪，第一珩磨輪與1號被動加載齒輪，第二珩磨輪與2號被動加載齒輪之間的關系是Z1＝Z2、Rb1＝Rb2，Z3＝Z5、Rb3＝Rb5，Z4＝Z6、Rb4＝Rb6，A1＝Rb1+Rb3＝Rb2+Rb5，A2＝Rb1+Rb4＝Rb2+Rb6，βb3＝ψ±βb1、βb4＝ψ＋βb1、βb5＝ψ±βb2、βb6＝ψ＋βb2，其中Z1·被加工齒輪的齒數(shù)，Z2·主動加載齒輪的齒數(shù)，Z3·第一珩磨輪的齒數(shù)，Z4·第二珩磨輪的齒數(shù)，Z5·1號被動加載齒輪的齒數(shù)，Z6·2號被動加載齒輪的齒數(shù)，Rb1·被加工齒輪的基圓半徑，Rb2·主動加載齒輪的基圓半徑，Rb3·第一珩磨輪的基圓半徑，Rb4·第二珩磨輪的基圓半徑，Rb5·1號被動加載齒輪的基圓半徑，Rb6·2號被動加載齒輪的基圓半徑，βb1·被加工齒輪的基圓螺旋角，βb2·主動加載齒輪的基圓螺旋角，βb3·第一珩磨輪的基圓螺旋角，βb4·第二珩磨輪的基圓螺旋角，βb5·1號被動加載齒輪的基圓螺旋角，βb6·2號被動加載齒輪的基圓螺旋角；所述的主動加載齒輪與滑環(huán)借助于滑鍵滑動連接在軸端，滑環(huán)和主動加載齒輪右端面接觸，主動加載齒輪和滑環(huán)內孔滑鍵槽分別與滑鍵兩側工作面靠緊并用螺釘固緊。所述的第二珩磨輪是采用能夠圓周調整相位的錐面彈性環(huán)固定連接在第二珩磨軸的左端；第一、二、三技術方案中所述的第一珩磨輪與第二珩磨輪采用能夠修整的氧化鋁磨料、樹脂結合劑制成，輪齒工作面為漸開螺旋面，或者采用淬硬鋼制成第一珩磨輪與第二珩磨輪，輪齒工作齒面為采用經齒輪磨床精密磨削后的表面鍍覆CBN。
所述的采用外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床精加工圓柱齒輪的方法包括以下步驟 1)調試機床與修整珩磨輪 (1)松開第二珩磨軸上以彈性環(huán)固定安裝的第二珩磨輪，在工件軸的左端安裝金剛石修整輪，轉動第二珩磨軸使金剛石修整輪與第一珩磨輪，使1號被動加載齒輪與主動加載齒輪，使主動加載齒輪與2號被動加載齒輪的齒面之間均消隙接觸，再轉動第二珩磨輪消除與金剛石修整輪的間隙然后固緊第二珩磨輪。
(2)開動機床并使主動加載齒輪軸向移動加載修整第一珩磨輪與第二珩磨輪，修整完畢，卸載并停機，卸下金剛石修整輪。
2)珩磨被加工齒輪 (1)將被加工齒輪安裝在工件軸的左端，使其端面與工件軸的軸肩靠緊，然后軸向移動主動加載齒輪進行加載，使被加工齒輪雙側齒面與第一珩磨輪和第二珩磨輪接觸連接，即達到被加工齒輪兩側齒面珩磨余量均等狀態(tài)，緊固被加工齒輪。
(2)調整機床確定珩磨速度v0 按公式進行調整， 式中Rb0·珩磨輪基圓半徑，ω0·珩磨輪回轉角速度，βb1·被加工齒輪基圓螺旋角，ψ.可取10°-15°。
(3)然后開機、加載直至去除珩磨余量，隨之卸載，停機并卸下已加工好的被加工齒輪，進入下一個重復上述步驟的工作循環(huán)。
方法技術方案中所述的珩磨輪基圓半徑Rb0和珩磨輪回轉角速度ω0的選取，當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑等于第二珩磨輪的基圓半徑時，即Rb3＝Rb4時，ω3＝ω4，其中，ω3·第一珩磨輪的回轉角速度，ω4·第二珩磨輪的回轉角速度。當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑不等于第二珩磨輪的基圓半徑時，即Rb3≠Rb4時，ω3≠ω4。
與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明的有益效果是 1.采用本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，被加工齒輪的輪齒的幾何形狀和精度主要取決于金剛石修整輪，被加工齒輪的輪齒即是金剛石修整輪的“克隆”(clone)復制品，所以一切齒面修形包括齒形(齒頂或齒根修整、齒形鼓形)、齒向(鼓形齒、非對稱齒、錐度齒、鼓形錐度齒)、拓撲(扭曲齒)均可由金剛石修整輪實施。此性能類似瑞士Reishauer RZP環(huán)面磨齒，被加工齒輪完全按修整輪復制； 2.本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床運動極其簡單，對比瑞士

、Reishauer RZR、CNC內嚙合珩齒機，無需多軸聯(lián)動數(shù)控裝置、無需大型精密軸承，機床設計、制造簡單，成本大幅降低； 3.采用本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床加工盤狀齒輪無需配穿芯軸，無需軸向走刀，更有利于提高生產效率； 4.本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床工作功率封閉、節(jié)能； 5.本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床體積小、占地少； 6.本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床專用于成批、大量生產盤狀淬硬齒輪的精加工。



下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明 圖1是交叉軸直線接觸共軛齒面幾何關系圖； 圖2是雙珩磨輪的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床的結構原理示意圖； 圖3-a)是珩磨輪和被加工齒輪嚙合關系的主視圖； 圖3-b)是珩磨輪和被加工齒輪嚙合關系的俯視圖； 圖4是主動加載齒輪結構與消隙結構示意圖； 圖5是臥式的雙珩磨輪的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床的結構示意圖； 圖中1.被加工齒輪，2.主動加載齒輪，3.第一珩磨輪，4.第二珩磨輪，5.1號被動加載齒輪，6.2號被動加載齒輪，7.滑環(huán)，8.螺釘，9.滑鍵，10.箱體，11.電機，12.滑板，13.螺桿，14.螺母，15.床身，I.工件軸，II.第一珩磨軸，III.第二珩磨軸，Z1.被加工齒輪的齒數(shù)，Z2.主動加載齒輪的齒數(shù)，Z3.第一珩磨輪的齒數(shù)，Z4.第二珩磨輪的齒數(shù)，Z5.1號被動加載齒輪的齒數(shù)，Z6.2號被動加載齒輪的齒數(shù)，Rb1.被加工齒輪的基圓半徑，Rb2.主動加載齒輪的基圓半徑，Rb3.第一珩磨輪的基圓半徑，Rb4.第二珩磨輪的基圓半徑，Rb5.1號被動加載齒輪的基圓半徑，Rb6.2號被動加載齒輪的基圓半徑，βb1.被加工齒輪的基圓螺旋角，βb2.主動加載齒輪的基圓螺旋角，βb3.第一珩磨輪的基圓螺旋角，βb4.第二珩磨輪的基圓螺旋角，βb5.1號被動加載齒輪的基圓螺旋角，βb6.2號被動加載齒輪的基圓螺旋角，a.13嚙合區(qū)，b.14嚙合區(qū)，c.25嚙合區(qū)，d.26嚙合區(qū)，b.被加工齒輪的齒寬，B3.第一珩磨輪的齒寬，

.軸交角，Q.內公切面，A1.工件軸與第一珩磨軸的軸間最短距離，A2.工件軸第二珩磨軸的軸間最短距離。

具體實施例方式 下面結合附圖對本發(fā)明作詳細的描述 雙珩磨輪外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床是一種專用的適用于大量或成批生產漸開線圓柱齒輪的一種精加工珩磨設備。機床由床身15、箱體10、三根軸即工件軸I、第一珩磨軸II、第二珩磨軸III，二個珩磨輪即第一珩磨輪3、第二珩磨輪4，一個主動加載齒輪2、二個被動加載齒輪即1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6所組成。精加工圓柱齒輪前，首先采用金剛石修整輪在本發(fā)明所述的雙珩磨輪的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床上對二個珩磨輪進行修整，然后，再采用本發(fā)明所述的雙珩磨輪外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床對被加工齒輪進行加工。所以說被加工齒輪即是金剛石修整輪的“克隆”復制。本發(fā)明所述的雙珩磨輪的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床可完成一切輪齒齒面的修形，機床運動極其簡單、制造容易、造價低廉。雙珩磨輪分別與被加工齒輪對應側以直線接觸進行齒面珩磨，生產效率高。
本發(fā)明的主要技術構思是按交叉軸直線接觸共軛齒面確定珩磨輪輪齒工作表面；采用分置于被加工齒輪輪齒兩側的一對珩磨輪的輪軸與被加工齒輪的輪軸構成夾角為ψ但方向相反的空間交叉軸的傳動；被加工齒輪與珩磨輪間存在基圓柱公切面Q，兩珩磨輪同時對被加工齒輪輪齒兩側以線接觸方式進行珩磨加工，珩磨輪與被加工齒輪法向基節(jié)相等。
1.具體說明按交叉軸直線接觸共軛齒面幾何關系的確定，以加工右旋齒輪齒面∑1為例 參閱圖1，兩齒輪的輪軸為空間交叉軸傳動，∑1為被加工齒輪右旋漸開螺旋面齒面，∑3第一為珩磨輪工作齒面，兩齒輪基圓柱具有內公切面Q，Q面上的發(fā)生線ML按基圓柱半徑為Rb1的被加工齒輪1展開齒面∑1，∑1為基圓螺旋角等于βb1的右旋漸開螺旋面；ML按基圓柱半徑為Rb3的珩磨輪3展開齒面∑3，∑3為基圓螺旋角等于βb3的左旋漸開螺旋面，是為珩磨輪工作齒面，但βb3≠βb1?！?、∑3兩齒面相切接觸在直母線ML，保持螺旋嚙合基本條件，兩齒輪法向基節(jié)相等，兩齒面可以達到正確的嚙合。此時，兩軸間軸交角ψ＝βb1-βb3，兩軸間中心距A1＝Rb1+Rb3。
2.具體說明分置于被加工齒輪輪齒兩側的一對珩磨輪及加載齒輪的布局、結構及幾何關系 參閱圖2，軸距為A＝A1+A2，工件軸I處于第一珩磨軸II和第二珩磨軸III之間，工件軸I在第一珩磨軸II軸和第二珩磨軸III所確定的平面上的投影線是一條與第一珩磨軸II和第二珩磨軸III平行的直線，工件軸I與第一珩磨軸II、第二珩磨軸III構成空間交叉軸，夾角為

，工件軸I與第一珩磨軸II、第二珩磨軸III的軸間最短距離分別為A1、A2，A1和A2可相等也可不等；或者相互平行的第一珩磨軸II與第二珩磨軸III，以與面水平面夾角為

的方位安裝在箱體10上。工件軸I還是處于第一珩磨軸II和第二珩磨軸III之間，水平地安裝在箱體10上，所以，工件軸I與第一珩磨軸II、第二珩磨軸III構成空間交叉軸，夾角為

。當然，第一珩磨軸II與第二珩磨軸III平行，通過軸承垂直地安裝在箱體上，也可以是工件軸I通過軸承垂直地安裝在箱體上，工件軸I與由平行的第一珩磨軸II與第二珩磨軸III所確定的平面夾角為

，實際上一共可形成四套技術方案。不管那種方式工件軸I左(上)端安裝被加工齒輪1，右(下)端安裝以滑鍵連接可在工件軸I右(下)端軸向滑移的主動加載齒輪2，第一珩磨軸II左(上)端安裝有第一珩磨輪3，右(下)端安裝有1號被動加載齒輪5，它們均與第一珩磨軸II固定連接，第二珩磨軸III左(上)端安裝有第二珩磨輪4，第二珩磨輪4與第二珩磨軸III左(上)端采用錐面彈性環(huán)連接，可在圓周范圍內調整相位后再固緊，第二珩磨軸III右(下)端固定安裝有2號被動加載齒輪6；第一珩磨輪3、第二珩磨輪4和被加工齒輪1，1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6與主動加載齒輪2構成了13嚙合區(qū)a、14嚙合區(qū)b、25嚙合區(qū)c和26嚙合區(qū)d。安裝1號被動加載齒輪5的第一珩磨軸II的端部或者安裝2號被動加載齒輪6的第二珩磨軸III的端部和動力源連接。第一珩磨輪3、第二珩磨輪4、1號被動加載齒輪5與2號被動加載齒輪6為錐形齒輪，第一珩磨輪3、第二珩磨輪4的小端和1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6的小端相對地安裝在第一珩磨軸II、第二珩磨軸III的兩端，珩磨輪齒頂及齒根圓錐錐頂半角為 齒頂圓錐錐頂半角 齒根圓錐錐頂半角 式中，Re·珩磨輪的頂圓半徑，Ri·珩磨輪的根圓半徑，Rb·珩磨輪的基圓半徑，B0·珩磨輪齒寬； 參閱圖2與圖3，工件軸I、第一珩磨軸II與第二珩磨軸III左端兩個嚙合區(qū)為13嚙合區(qū)a與14嚙合區(qū)b，第一珩磨輪3、第二珩磨輪4與被加工齒輪1的嚙合關系，展開繪于圖3。其中圖3-a)表示了工件軸I、第一珩磨軸II、第二珩磨軸III同時平行于齒輪基圓柱切平面Q，Q面即為圖示紙面，第二珩磨軸III則系轉過180°將14嚙合區(qū)b與13嚙合區(qū)a示于被加工齒輪1同一側；圖3-b)是圖3-a)的俯視投影圖，由于Q面是被加工齒輪1和珩磨輪基圓柱的內公切面，在圖3-a)中反映了工件軸I、第一珩磨軸II的夾角為ψ1，工件軸I、第二珩磨軸III的夾角為ψ2及13嚙合區(qū)a、14嚙合區(qū)b。右端主動加載齒輪2和1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6形成的25嚙合區(qū)c、26嚙合區(qū)d的狀況和左端一致。本發(fā)明中所述的13嚙合區(qū)a、14嚙合區(qū)b、25嚙合區(qū)c、26嚙合區(qū)d四個嚙合區(qū)均為軸交角等于

，齒面按直線接觸的交叉軸傳動。被加工齒輪1與主動加載齒輪2，第一珩磨輪3與1號被動加載齒輪5，第二珩磨輪4與2號被動加載齒輪6之間的關系是Z1＝Z2、Rb1＝Rb2，Z3＝Z5、Rb3＝Rb5，Z4＝Z6、Rb4＝Rb6，A1＝Rb1+Rb3＝Rb2+Rb5，A2＝Rb1+Rb4＝Rb2+Rb6，βb3＝ψ±βb1、βb4＝ψ＋βb2、βb5＝ψ±βb2、βb6＝ψ＋βb2。
在滿足上述條件下，轉矩以任何一軸輸入均使得第一珩磨軸II、第二珩磨軸III同向回轉，而工件軸I反向旋轉。當珩磨輪寬度B0>b+2(ρmax-ρmin)tgψ時，其中，b.被加工齒輪齒寬，ρmax·被加工齒輪齒頂漸開線曲率半徑、ρmin·被加工漸開線起始點曲率半徑，珩齒輪無需軸向進給，既提高了珩齒的效率又簡化了珩齒機床的運動及結構。
計算珩磨速度 式中Rb0·珩磨輪基圓半徑(籠統(tǒng)地講，不確定指是第一珩磨輪3還是第二珩磨輪4)，ω0·珩磨輪回轉角速度，βb1·被加工齒輪基圓螺旋角，ψ.可取10°-15°。所述的珩磨輪基圓半徑Rb0和珩磨輪回轉角速度ω0的選取，當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑Rb3等于第二珩磨輪的基圓半徑Rb4時，分二種情況，1)Rb1＝Rb3＝Rb4，ω1＝ω3＝ω4，2)Rb3＝Rb4≠Rb1，ω3＝ω4≠ω1；當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑Rb3不等于第二珩磨輪的基圓半徑Rb4時，分三種情況，1)Rb1≠Rb3≠Rb4時，ω1≠ω3≠ω4，2)Rb3≠Rb4，Rb1＝Rb3時，ω3≠ω4，ω1＝ω3，3)Rb3≠Rb4，Rb1＝Rb4時，ω3≠ω4，ω1＝ω4，其中，ω3·第一珩磨輪的回轉角速度，ω4·第二珩磨輪的回轉角速度，ω1·被加工齒輪的回轉角速度，Rb1·被加工齒輪的基圓半徑。
參閱圖2與圖4，工件軸I、第一珩磨軸II與第二珩磨軸III的右端為加載部分。右端加載部分由主動加載齒輪2和1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6組成，嚙合狀態(tài)完全類同于左端，被加工齒輪1和主動加載齒輪2、第一珩磨輪3和1號被動加載齒輪5、第二珩磨輪4和2號被動加載齒輪6一一對應，但不同的是主動加載齒輪2采用變齒厚的直齒輪，即齒輪兩側齒面分別為旋向相反的螺旋漸開面，螺旋角取很小值，如βb2＝0.5°～1°，相應1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6的螺旋角分別為左旋或右旋，等于ψ-βb2。在結構上，主動加載齒輪2可在工件軸I上軸向滑動，主動加載齒輪2的軸向滑動可以借助凸輪機構、液壓撥叉或者螺紋傳動副來實現(xiàn)，主動加載齒輪2內孔的鍵槽與滑鍵間的間隙則靠與主動加載齒輪2可緊固成一體的滑環(huán)7與其圓周錯位消除。松開螺釘8時，使得主動加載齒輪2和滑環(huán)7內孔鍵槽分別與滑鍵9兩側工作面靠緊，然后固緊螺釘8即可。主動加載齒輪2的齒寬B2要加大，滿足軸向移動加載時不產生脫嚙。由于主動加載齒輪2為一齒厚變化的直齒輪，當其沿工件軸I軸向移動Δ1時，(方向為齒厚大端指向齒厚小端)，將迫使1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6各自向相反方向附加回轉

逐漸消除各嚙合輪齒間隙，進而使接觸齒面加載，左端被加工齒輪1雙側齒面同時受到第一珩珩磨輪3和第二珩磨輪4的加載。如此時處于輸入轉矩的狀況，將進行對被加工齒輪1齒面的珩磨加工。反之，如主動加載齒輪2反向軸向移動(方向自齒厚小端指向齒厚大端)，將實現(xiàn)卸載。如前述，取βb2＝0.5°～1°，沿工件軸I軸向移動Δ1為10mm，相當于沿被加工齒輪基圓切線方向進給0.087～0.175mm。此加載、卸載過程在靜態(tài)(各軸不旋轉)、動態(tài)(各軸旋轉進行齒面珩磨)情況下均可進行。當回轉動力源從工件軸I輸入，在工件軸I、第一珩磨軸II間和工件軸I、第二珩磨軸III間形成兩套功率封閉環(huán)流。
為了提高加載部分壽命，主動加載齒輪2、1號被動加載齒輪5、2號被動加載齒輪6要求采用耐磨性好的鋼材，采用淬火乃至涂覆耐磨涂層等技術措施。
設計、計算主動加載齒輪2、第一珩磨輪3、第二珩磨輪4、1號被動加載齒輪5與2號被動加載齒輪6的主要參數(shù)，其步驟如下 通常被加工齒輪1給定法向模數(shù)為mn、法向分度圓壓力角為αn、齒數(shù)Z1、分度圓螺旋角為β1及旋向、齒寬為b等主要參數(shù)及軸交角

值。
1.被加工齒輪1的計算參數(shù) 1)基圓螺旋角βb1＝sin-1(sinβ1conαn) 2)端面模數(shù) 3)端面分度圓壓力角 4)基圓半徑 5)法向基節(jié)pn＝πmn cosαn。
2.設計、計算主動加載齒輪2的主要參數(shù) 主動加載齒輪2的齒數(shù)為Z2、基圓半徑Rb2，必須與被加工齒輪1的基圓半徑Rb1相等，因此，主動加載齒輪2的端面參數(shù)與被加工齒輪1的端面參數(shù)均相等，輪齒兩側齒面基圓螺旋角βb2方向相反，大小需設定，可取βb2＝0.5°-1°。
1)法向模數(shù) 2)法向分度圓壓力角αn2＝sin-1(sinα1 cos βb2) 3)分度圓螺旋角 4)法向基節(jié)pn2＝πmn2 cosαn2 5)齒寬B2需滿足軸向移動不脫嚙的基本要求。
3.設計、計算第一珩磨輪3的主要參數(shù) 第一珩磨輪3與被加工齒輪1的輪齒一側齒面嚙合工作，其mn3、αn3、pn3均與被加工齒輪1的mn2、αn2、pn2相同。
1)齒數(shù)Z3 齒數(shù)Z3務必選取和被加工齒輪1的齒數(shù)Z1無公因數(shù)，齒數(shù)Z3多，第一珩磨輪3的壽命高且嚙合重合度大，由此產生的均化效應有利于提高珩磨精度，但機床結構趨大。
2)基圓螺旋角
3)分度圓螺旋角 4)端面模數(shù) 5)端面分度圓壓力角 6)分度圓半徑 7)基圓半徑 8)第一珩磨輪3齒寬
4.設計、計算第二珩磨輪4的主要參數(shù) 第二珩磨輪4的設計、計算與第一珩磨輪3步驟基本上一致，不同的是 1)第二珩磨輪4的齒數(shù)Z4確定原則與第一珩磨輪3的齒數(shù)Z3確定原則相同，但可以不等于Z3。目的是使第一珩磨輪3與第二珩磨輪4大小接近一致。
2)基圓螺旋角βb4＝ψ＋βb1 其余步驟按第一珩磨輪3的計算。
5.設計、計算1號被動加載齒輪5的主要參數(shù) 1號被動加載齒輪5與主動加載齒輪2嚙合工作、與第一珩磨輪3同軸，要求Z5＝Z3、Rb5＝Rb3、pn5＝pn2，并令mn5＝mn2、αn5＝αn2、B5＝B3。
1)基圓螺旋角
3)端面模數(shù) 4)端面分度圓壓力角 5)分度圓半徑 6.設計、計算2號被動加載齒輪6的主要參數(shù) 2號被動加載齒輪6與主動加載齒輪2嚙合工作，與第二珩磨輪4同軸，要求Z6＝Z4、Rb6＝Rb4、pn6＝Pn2，并令mn6＝mn2、αn6＝αn2、B6＝B3。
基圓螺旋角βb6＝ψ＋βb2 其余步驟按1號被動加載齒輪5的計算。
7.珩磨輪齒頂及齒根圓錐錐頂半角 珩磨輪齒頂及齒根理論上應是單葉雙曲面，為便于加工采用圓錐面代用。
齒頂圓錐錐頂半角 齒根圓錐錐頂半角 式中，Re·珩磨輪的頂圓半徑，Ri·珩磨輪的根圓半徑，Rb·珩磨輪的基圓半徑，B0·珩磨輪齒寬。
以上計算以珩磨輪中間截面為準。
第一珩磨輪3與第二珩磨輪4采用可修整的氧化鋁磨料、樹脂結合劑制成齒輪狀珩磨輪(外形更像插齒刀)，工作面仍為漸開螺旋面，采用與被加工齒輪完全相同(齒高、齒寬應加大)的金剛石涂層高精度滾輪修整最方便，如采用淬硬鋼制造珩磨輪，工作齒面經齒輪磨床精密磨削，表面鍍覆CBN(cubic boronnitride)亦可。
實施例 參閱圖5，本發(fā)明所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床是一種專用機床，分臥式和立式兩種結構。本實施例所述的是屬于臥式結構中的一種，即外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床中的第一珩磨軸II與第二珩磨軸III相互平行，以與面水平面夾角為

的方位安裝在箱體10上。工件軸I處于第一珩磨軸II和第二珩磨軸III之間，水平地安裝在箱體10上，所以，工件軸I與第一珩磨軸II、第二珩磨軸III構成空間交叉軸，夾角為

。水平設置的工件軸I左端安裝被加工齒輪1(修整時安裝金剛石修整輪)，右端安裝主動加載齒輪2，齒輪2可沿滑鍵9軸向移動達到加載或卸載之目的?；h(huán)7與螺釘8用于消除滑鍵間隙，滑環(huán)7與電機11的輸出軸連成一體。電機軸與工件軸I的軸線要重合。電機11通過固定安裝在床身15上的底座內的螺桿13、螺母14及滑板12完成電機11及主動加載齒輪2的軸向位移。圖中還表示了與工件軸I交角為

的第一珩磨輪軸Ⅱ，其左端安裝第一珩磨輪3，右端安裝1號被動加載齒輪5。(第二珩磨軸III、第二珩磨輪4及2號被動加載齒輪6采取拆除省略畫法)。以上結構符合本發(fā)明的技術方案。
被加工齒輪mn＝4mm、αn＝20°、Z1＝50、β＝10°(右旋)、b＝30mm、
中心距A1=Rb1+Rb3＝214.229(mm) A2=Rb1+Rb4＝211.262(mm) 采用雙珩磨輪外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床精加工圓柱齒輪的方法 1.調試機床與修整珩磨輪 1)松開第二珩磨軸III上以彈性環(huán)固定安裝的第二珩磨輪4，在工件軸I的左端安裝金剛石修整輪，轉動第二珩磨軸III使金剛石修整輪與第一珩磨輪3，使1號被動加載齒輪5與主動加載齒輪2，使主動加載齒輪2與2號被動加載齒輪6的齒面之間均消隙接觸，再轉動第二珩磨輪4消除與金剛石修整輪的間隙然后固緊第二珩磨輪4； 2)開動機床并使主動加載齒輪2軸向移動加載修整第一珩磨輪3與第二珩磨輪4，修整完畢，卸載并停機，卸下金剛石修整輪。
2.珩磨被加工齒輪 1)將被加工齒輪1安裝在軸I的左端，使其端面靠緊，然后軸向移動主動加載齒輪2，加載至被加工齒輪1雙側齒面與第一珩磨輪3和第二珩磨輪4均勻接觸(此時因被加工齒輪并未固緊，允許自轉調整，達到輪齒兩側齒面珩磨余量均等)，固緊被加工齒輪1； 2)調整機床確定珩磨速度v0 按公式進行調整， 式中Rb0·珩磨輪基圓半徑，ω0·珩磨輪回轉角速度，βb1·被加工齒輪基圓螺旋角，ψ.可取10°-15°；所述的珩磨輪基圓半徑Rb0和珩磨輪回轉角速度ω0的選取，當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑Rb3等于第二珩磨輪的基圓半徑Rb4時，分二種情況，1)Rb3＝Rb4＝Rb1，ω3＝ω4＝ω1，2)Rb3＝Rb4≠Rb1，ω3＝ω4≠ω1；當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑Rb3不等于第二珩磨輪的基圓半徑Rb4時，分三種情況，1)Rb1≠Rb3≠Rb4時，ω1≠ω3≠ω4，2)Rb3≠Rb4，Rb1＝Rb3時，ω3≠ω4，ω1＝ω3，3)Rb3≠Rb4，Rb1＝Rb4時，ω3≠ω4，ω1＝ω4，其中，ω1·被加工齒輪的回轉角速度，ω3·第一珩磨輪的回轉角速度，ω4·第二珩磨輪的回轉角速度，Rb1·被加工齒輪的基圓半徑，Rb3·第一珩磨輪的基圓半徑，Rb4·第二珩磨輪的基圓半徑。
3)然后開機、加載直至去除珩磨余量，隨之卸載，停機并卸下已加工好的被加工齒輪1，進入下一個重復上述步驟的工作循環(huán)。
權利要求
1.一種外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，包括有箱體(10)，電機(11)，其特征在于，該外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床還包括有第一珩磨輪(3)、第二珩磨輪(4)、主動加載齒輪(2)、1號被動加載齒輪(5)、2號被動加載齒輪(6)、工件軸(I)、第一珩磨軸(II)與第二珩磨軸(III)；
第一珩磨軸(II)與第二珩磨軸(III)平行，通過軸承水平或者垂直地安裝在箱體(10)上，軸距為A＝A1+A2，工件軸(I)處于第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)之間，并和第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)空間交角為
，工件軸(I)在第一珩磨軸(II)與第二珩磨軸(III)所確定的平面上的投影線和第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)平行，工件軸(I)和第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)的軸間最短距離分別為A1、A2，A1和A2相等或者不等；
第一珩磨輪(3)、第二珩磨輪(4)分別固定安裝在第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)的左端，主動加載齒輪(2)、1號被動加載齒輪(5)、2號被動加載齒輪(6)分別安裝在工件軸(I)、第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)的右端，工件軸(I)的左端用來安裝被加工齒輪(1)，被加工齒輪(1)與第一珩磨輪(3)、第二珩磨輪(4)相嚙合，主動加載齒輪(2)與1號被動加載齒輪(5)、2號被動加載齒輪(6)相嚙合，并構成了13嚙合區(qū)(a)、14嚙合區(qū)(b)、25嚙合區(qū)(c)、26嚙合區(qū)(d)，安裝1號被動加載齒輪(5)的第一珩磨軸(II)的端部、安裝2號被動加載齒輪(6)的第二珩磨軸(III)的端部或者工件軸(I)的端部和電機(11)連接。
2.按照權利要求1所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，其特征在于，所述的相互平行的軸距為A＝A1+A2的第一珩磨軸(II)與第二珩磨軸(III)，也能夠以與水平面夾角為
的方位安裝在箱體(10)上，處于第一珩磨軸(II)和第二珩磨軸(III)之間的工件軸(I)通過軸承水平地安裝在箱體(10)上，工件軸(I)在第一珩磨軸(II)與第二珩磨軸(III)所確定的平面上的投影線和第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)平行，工件軸(I)和第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)的軸間最短距離分別為A1、A2，A1和A2相等或者不等。
3.按照權利要求1或2所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，其特征在于，所述的第一珩磨輪(3)、第二珩磨輪(4)、1號被動加載齒輪(5)與2號被動加載齒輪(6)為錐形齒輪，第一珩磨輪(3)、第二珩磨輪(4)的小端和1號被動加載齒輪(5)、2號被動加載齒輪(6)的小端相對地安裝在第一珩磨軸(II)、第二珩磨軸(III)的兩端，珩磨輪齒頂及齒根圓錐錐頂半角為
齒頂圓錐錐頂半角
齒根圓錐錐頂半角
式中，Re.珩磨輪的頂圓半徑，Ri.珩磨輪的根圓半徑，Rb.珩磨輪的基圓半徑，B0.珩磨輪齒寬；
主動加載齒輪(2)采用的是沿齒輪寬度為變齒厚的直齒輪，即采用的是輪齒兩側齒面分別為旋向相反的螺旋漸開面，螺旋角取很小值，βb2＝0.5°～1°，與其相嚙合的1號被動加載齒輪(5)、2號被動加載齒輪(6)的螺旋角分別為左旋或右旋，大小等于ψ-βb2；
被加工齒輪(1)與主動加載齒輪(2)，第一珩磨輪(3)與1號被動加載齒輪(5)，第二珩磨輪(4)與2號被動加載齒輪(6)之間的關系是Z1＝Z2、Rb1＝Rb2，Z3＝Z5、Rb3＝Rb5，Z4＝Z6、Rb4＝Rb6，A1＝Rb1+Rb3＝Rb2+Rb5，A2＝Rb1+Rb4＝Rb2+Rb6，βb3＝ψ±βb1、βb4＝ψ+βb1、βb5＝ψ±βb2、βb6＝ψ+βb2，
其中Z1·被加工齒輪的齒數(shù)，Z2·主動加載齒輪的齒數(shù)，Z3·第一珩磨輪的齒數(shù)，Z4·第二珩磨輪的齒數(shù)，Z5·1號被動加載齒輪的齒數(shù)，Z6·2號被動加載齒輪的齒數(shù)，Rb1·被加工齒輪的基圓半徑，Rb2·主動加載齒輪的基圓半徑，Rb3·第一珩磨輪的基圓半徑，Rb4·第二珩磨輪的基圓半徑，Rb5·1號被動加載齒輪的基圓半徑，Rb6·2號被動加載齒輪的基圓半徑，βb1·被加工齒輪的基圓螺旋角，βb2·主動加載齒輪的基圓螺旋角，βb3·第一珩磨輪的基圓螺旋角，βb4·第二珩磨輪的基圓螺旋角，βb5·1號被動加載齒輪的基圓螺旋角，βb6·2號被動加載齒輪的基圓螺旋角。
4.按照權利要求3所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，其特征在于，所述的主動加載齒輪(2)與滑環(huán)(7)借助于滑鍵(9)滑動連接在軸端，滑環(huán)(7)和主動加載齒輪(2)右端面接觸，主動加載齒輪(2)和滑環(huán)(7)內孔滑鍵槽分別與滑鍵(9)兩側工作面靠緊并用螺釘(8)固緊；
所述的第二珩磨輪(4)是采用能夠圓周調整相位的錐面彈性環(huán)固定連接在第二珩磨軸(III)的左端。
5.按照權利要求4所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床，其特征在于，所述的第一珩磨輪(3)與第二珩磨輪(4)采用能夠修整的氧化鋁磨料、樹脂結合劑制成，輪齒工作面為漸開螺旋面，或者采用淬硬鋼制成第一珩磨輪(3)與第二珩磨輪(4)，輪齒工作齒面為采用經齒輪磨床精密磨削后的表面鍍覆CBN。
6.采用權利要求1所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床精加工圓柱齒輪的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟
1)調試機床與修整珩磨輪
(1)松開第二珩磨軸(III)上以彈性環(huán)固定安裝的第二珩磨輪(4)，在工件軸(I)的左端安裝金剛石修整輪，轉動第二珩磨軸(III)使金剛石修整輪與第一珩磨輪(3)，使1號被動加載齒輪(5)與主動加載齒輪(2)，使主動加載齒輪(2)與2號被動加載齒輪(6)的齒面之間均消隙接觸，再轉動第二珩磨輪(4)消除與金剛石修整輪的間隙然后固緊第二珩磨輪(4)；
(2)開動機床并使主動加載齒輪(2)軸向移動加載修整第一珩磨輪(3)與第二珩磨輪(4)，修整完畢，卸載并停機，卸下金剛石修整輪；
2)珩磨被加工齒輪
(1)將被加工齒輪(1)安裝在工件軸(I)的左端，使其端面與工件軸(I)的軸肩靠緊，然后軸向移動主動加載齒輪(2)進行加載，使被加工齒輪(1)雙側齒面與第一珩磨輪(3)和第二珩磨輪(4)接觸連接，即達到被加工齒輪(1)兩側齒面珩磨余量均等狀態(tài)，緊固被加工齒輪(1)；
(2)調整機床確定珩磨速度v0
按公式進行調整，
式中Rb0.珩磨輪基圓半徑，ω0.珩磨輪回轉角速度，βb1.被加工齒輪基圓螺旋角，ψ.可取10°-15°；
(3)然后開機、加載直至去除珩磨余量，隨之卸載，停機并卸下已加工好的被加工齒輪(1)，進入下一個重復上述步驟的工作循環(huán)。
7.按照權利要求6所述的采用權利要求1所述的外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床精加工圓柱齒輪的方法，其特征在于，所述的珩磨輪基圓半徑Rb0和珩磨輪回轉角速度ω0的選取，當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑(Rb3)等于第二珩磨輪的基圓半徑(Rb4)時，即Rb3＝Rb4時，ω3＝ω4，其中，ω3.第一珩磨輪的回轉角速度，ω4.第二珩磨輪的回轉角速度；
當?shù)谝荤衲ポ喌幕鶊A半徑(Rb3)不等于第二珩磨輪的基圓半徑(Rb4)時，即Rb3≠Rb4時，ω3≠ω4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種外嚙合珩磨圓柱齒輪的機床和方法，克服難以提高齒輪加工精度的問題。該機床包括第一、二珩磨輪、主動加載齒輪、1、2號被動加載齒輪、工件軸、第一、二珩磨軸。第一珩磨軸與第二珩磨軸平行，通過軸承水平或者垂直地安裝在箱體上，工件軸處于兩珩磨軸之間，并和兩磨軸交角為ψ。第一、二珩磨輪分別固定安裝在第一、二珩磨軸的左端，主動加載齒輪、1、2號被動加載齒輪分別安裝在工件軸、第一、二珩磨軸的右端，安裝在工件軸左端的被加工齒輪與第一、二珩磨輪相嚙合，主動加載齒輪與1、2號被動加載齒輪相嚙合。其方法包括調試機床與修整珩磨輪和珩磨被加工齒輪兩大步驟。本發(fā)明是成批或大量生產圓柱淬硬齒輪精加工的專用機床。
文檔編號B23F19/05GK101362230SQ20081005118
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月18日 優(yōu)先權日2008年9月18日
發(fā)明者彭福華, 張學成 申請人:吉林大學