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金剛筆與金剛石滾輪修整數(shù)控成形磨齒機(jī)分析

文章出處: 作者: 人氣:5480 發(fā)表時(shí)間:2016/08/13

        金剛筆金剛石滾輪修整數(shù)控成形磨齒機(jī)分析。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、風(fēng)電、核電、軍工等重型機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)精密齒輪磨削,尤其適合大模數(shù)、少齒數(shù)齒輪精密磨削。成形砂輪磨齒機(jī)磨削齒輪是將砂輪截形修整成與齒輪齒槽相適應(yīng)的形狀,通過(guò)往復(fù)磨削獲得精確齒廓。數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)在于數(shù)控砂輪修整器,配備相應(yīng)的軟件后可以磨制各種齒形修緣、齒根圓角過(guò)渡曲線、鼓形齒、各種特殊齒形、擺線齒、圓弧齒和花鍵等。

 

       數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)采用成形法磨削,砂輪截形精度是關(guān)鍵,這取決于截形計(jì)算精度及砂輪修整精度。國(guó)內(nèi)外磨齒機(jī)制造商對(duì)成形砂輪修整技術(shù)進(jìn)行了深入研究,開(kāi)發(fā)了不同的砂輪修整裝置,以此保證砂輪的修整精度,提高齒輪磨削精度。本文介紹了數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)砂輪修整技術(shù)方面的進(jìn)展和現(xiàn)有的數(shù)控砂輪修整裝置及修整技術(shù),并對(duì)如何獲得高的廓形精度進(jìn)行了討論。

 

       1 、數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)砂輪修整方法

 

       對(duì)成形砂輪的修整主要有金剛筆金剛石滾輪兩種形式,金剛筆修整結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,理論上可以獲得更高的修整精度。由于金剛筆磨損嚴(yán)重、壽命短、磨損量難以估測(cè),無(wú)法精確補(bǔ)償,導(dǎo)致砂輪廓形精度一致性差,對(duì)于大型齒輪的磨削加工影響較大,逐漸被金剛石滾輪修整所取代。金剛石滾輪剛性高、修整量大、效率高,采用軌跡包絡(luò)方法,更加適合修整復(fù)雜的成形表面。金剛石滾輪修整砂輪的方法分為切入式滾輪修整和擺動(dòng)式滾輪修整。成形磨齒原理見(jiàn)圖1。

成形磨齒原理

圖1 成形磨齒原理

切入式修整原理

圖2 切入式修整原理

 

       (1) 切入式滾輪修整

 

       采用切入式滾輪修整時(shí),金剛石滾輪在修整電機(jī)驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn),沿砂輪徑向做切入運(yùn)動(dòng),為了修整成形表面,金剛滾輪和砂輪沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如圖2所示,修整成形砂輪時(shí),修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)。砂輪沿自身軸線(Y軸)方向往復(fù)運(yùn)動(dòng),修整滾輪沿自身徑向(W軸)方向,以一定的比例關(guān)系跟隨砂輪軸向運(yùn)動(dòng)。Y軸和W軸插補(bǔ)走圓弧或直線,金剛滾輪R圓弧圓心走砂輪廓形等距線(見(jiàn)圖3)。利用滾輪和砂輪的接觸點(diǎn)包絡(luò)出砂輪截形。

 

       切入式修整法對(duì)金剛石滾輪的制造要求較高,尤其在磨削少齒數(shù)工件時(shí)。一方面,齒數(shù)越少,齒根圓越小,修整砂輪時(shí)滾輪的R圓弧的接觸區(qū)域大,對(duì)滾輪制造要求也越高;另一方面,工件齒數(shù)少,漸開(kāi)線曲率半徑小,齒廓彎曲程度高,對(duì)徑向誤差敏感,這對(duì)滾輪自身徑向跳動(dòng)誤差及安裝后動(dòng)態(tài)徑向跳動(dòng)誤差提出了更高的要求。相同模數(shù)、不同齒數(shù)的廓型比較見(jiàn)圖4。

金剛滾輪修整成形砂輪過(guò)程

圖3 金剛石滾輪修整成形砂輪過(guò)程

相同模數(shù)不同齒數(shù)的廓型比較

圖4 相同模數(shù)不同齒數(shù)的廓型比較

圖5 雙滾輪修整裝置

 

       數(shù)控成形磨齒機(jī)廠商根據(jù)切入式修整原理開(kāi)發(fā)了各具特色的砂輪修整裝置,根據(jù)修整特點(diǎn),可分為單滾輪和雙滾輪兩種類型。單滾輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可修整范圍較小。修整大模數(shù)、大齒深時(shí),需制作大直徑的金剛滾輪,滾輪剛性較差,而且容易和工件發(fā)生干涉。目前采用單滾輪可修整的最大模數(shù)為25,采用雙滾輪修整可有效避免上述問(wèn)題。一個(gè)滾輪修整砂輪一個(gè)側(cè)面,修整模數(shù)不受限制,可以用小滾輪修整,剛性好。在中小型成形砂輪磨齒機(jī)上采用單滾輪修整較為常見(jiàn),大型磨齒機(jī)上普遍采用雙滾輪修整(見(jiàn)圖5)。

 

       (2) 擺動(dòng)式滾輪修整

 

       如圖6所示,擺動(dòng)式金剛滾輪修整結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,需要實(shí)現(xiàn)5個(gè)動(dòng)作:砂輪旋轉(zhuǎn)、金剛石滾輪旋轉(zhuǎn)、金剛滾輪擺動(dòng)、滾輪和砂輪偏置、修整進(jìn)給。采用該方法,金剛滾輪截面始終處于砂輪廓形法向截面內(nèi),修整砂輪僅用金剛滾輪R圓弧上的一個(gè)點(diǎn),類似使用金剛筆尖修整砂輪。

擺動(dòng)式滾輪修整原理示意圖

圖6 擺動(dòng)式滾輪修整原理示意圖

擺動(dòng)式滾輪修整

圖7 擺動(dòng)式滾輪修整

 

       使用這種修整方式,滾輪磨損對(duì)砂輪廓形精度影響較小。出現(xiàn)磨損時(shí),可通過(guò)修改滾輪R圓弧半徑,調(diào)整接觸點(diǎn)位置,實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。采用點(diǎn)接觸修整,降低了對(duì)滾輪輪廓精度要求,但磨損加劇。法向接觸修整不受工件廓形曲率半徑的影響,適合少齒數(shù)工件。為了提高精度,滾輪R圓弧半徑不宜過(guò)大,滾輪采用單圓弧碟型結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)輕巧,運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)多,剛性稍差,適合小型工件的成形砂輪修整。擺動(dòng)式滾輪修整見(jiàn)圖7。

 

       (3) 坐標(biāo)修整裝置

 

       如圖8所示,極坐標(biāo)修整裝置結(jié)合了切入式修整和擺動(dòng)式休整的特點(diǎn),數(shù)控系統(tǒng)控制金剛石滾輪在極坐標(biāo)系中的平面運(yùn)動(dòng)包絡(luò)砂輪軸截形曲線,實(shí)現(xiàn)砂輪成形修整。修整砂輪時(shí),修整滾輪和砂輪以一定的線速比繞自身回轉(zhuǎn)中心回轉(zhuǎn)。砂輪繞擺動(dòng)中心擺動(dòng),修整滾輪沿自身徑向朝砂輪做直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)直線軸和回轉(zhuǎn)軸兩軸插補(bǔ)將砂輪截面修整成與待磨齒輪齒槽相適應(yīng)的形狀。

 

       修整過(guò)程中,砂輪與滾輪接觸點(diǎn)處的法面矢量始終相同,與該點(diǎn)處的相對(duì)速度矢量相互垂直。兩軸插補(bǔ),占據(jù)空間小,適合大型內(nèi)齒磨削裝置所用砂輪的修整。但這種方式只能采用單滾輪修整,可修整模數(shù)有限,不適合磨削大模數(shù)、大齒深齒輪的成形砂輪修整。

極坐標(biāo)砂輪修整裝置原理

圖8 極坐標(biāo)砂輪修整裝置原理

 

       2、砂輪修整技術(shù)

 

       在磨削過(guò)程中,砂輪磨損鈍化,需要對(duì)砂輪進(jìn)行修整,產(chǎn)生一個(gè)新的鋒利廓形,同時(shí)保證精度一致。砂輪修整工具和修整條件對(duì)砂輪修整質(zhì)量有顯著影響,直接決定了砂輪形貌及廓形精度,修整的鋒利程度決定磨削力及磨削溫度,需要選擇合理的砂輪修整參數(shù)。

 

       選擇合理的修整速比qd修整砂輪。當(dāng)修整速比qd較小時(shí),金剛滾輪與砂輪的相對(duì)速度較高,沖擊力大,砂輪磨粒斷裂較多,形成的切削刃較鋒利,但砂輪整體廓形精度稍差,適合粗磨去除較大磨削余量;當(dāng)修整速比qd較大時(shí),金剛滾輪與砂輪的相對(duì)速度較小;相互作用力以擠壓力為主,砂輪磨粒受擠壓后,尖角破碎,形成更多的微刃,砂輪整體廓形精度高,適合精磨。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)實(shí)踐可知,修整砂輪時(shí),金剛滾輪與砂輪的線速比取為0.3-0.8,粗磨取小值,精磨取大值。

 

       修整深度影響砂輪磨粒的受力特征,修整深度較小時(shí),砂輪磨粒所受破壞強(qiáng)度較小,產(chǎn)生微觀破碎,形成微刃,廓形精度高,適合精磨;修整深度較大時(shí),磨粒受力斷裂破碎,部分結(jié)合劑脫落,形成尖銳的切削刃及容屑空間,適合粗磨。修整深度的選擇應(yīng)該考慮砂輪的磨粒尺寸,避免過(guò)大的修整量將磨料整體脫落,既浪費(fèi)磨料又難以形成精確的廓形。

 

       金剛滾輪采用電鍍或燒結(jié)方法制成,磨料為天然金剛石或各種人造金剛石,如CVD、PCD等。修整過(guò)程中產(chǎn)生熱量,破壞金剛石磨料穩(wěn)定性,切削熱使砂輪磨料熔覆,造成堵塞,需要冷卻液及時(shí)帶走砂輪修整時(shí)的磨擦熱,清理砂輪,沖走切屑,提高修整精度,延長(zhǎng)滾輪壽命。

 

       3、小結(jié)

 

       數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)應(yīng)用中,砂輪修整裝置及技術(shù)是關(guān)鍵,各種不同原理、不同形式的修整裝置都有自身優(yōu)勢(shì)。隨著金剛滾輪和砂輪制造技術(shù)的發(fā)展,新磨料的應(yīng)用以及控制技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,砂輪修整效率及廓形精度將得到進(jìn)一步提高。

      以上就是金剛筆金剛石滾輪修整數(shù)控成形磨齒機(jī)分析。

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