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1、展成砂輪磨齒機(jī)特點

展成磨齒法是基于嚙合切削原理的磨齒方法。展成法磨齒對砂輪要求簡單,同一模數(shù)齒輪磨削時,只需相同的砂輪即可,并對砂輪的修整要求不高,因而展成磨齒機(jī)得到了充分發(fā)展,形成了多種系列產(chǎn)品。

在展成砂輪磨齒機(jī)中,蝸桿砂輪磨齒機(jī)應(yīng)用最廣。其加工原理和滾齒機(jī)類似,一個具有蝸桿形狀的砂輪連續(xù)與齒輪嚙合,從而展成輪齒的漸開線形狀。該方法是磨齒工藝中效率較高的方法之一,在中小模數(shù)齒輪批量磨齒加工中效率最高,運用最為廣泛。

2、成形砂輪磨齒機(jī)特點

成形砂輪磨齒法是基于成形加工原理的磨齒方法,是通過使用特定輪廓的砂輪磨削齒輪。成形磨齒法多用于大直徑,大模數(shù),少齒數(shù)齒輪加工。隨著現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展,相對展成砂輪磨齒機(jī),成形砂輪磨齒機(jī)的優(yōu)勢越來越明顯,主要表現(xiàn)在:

(1) 操作、調(diào)整方便。機(jī)床無展成運動、結(jié)構(gòu)簡單、控制與調(diào)整更方便。

(2) 效率高。砂輪磨削接觸面積大于展成磨,單位時間磨削量大大增加。同時采用深切緩進(jìn)給與強(qiáng)力冷卻技術(shù),在降低磨削燒傷概率的情況下,減少了粗磨次數(shù),進(jìn)一步提高了磨削效率。

(3) 磨削精度高、穩(wěn)定性好。機(jī)床運動相對簡單,故運動平穩(wěn)無沖擊。CNC成形砂輪磨齒機(jī)采用的伺服控制系統(tǒng)和位置檢測技術(shù)大大提高了機(jī)床運動精度。數(shù)控砂輪修整技術(shù)與機(jī)床在機(jī)檢測技術(shù)的運用,有效地保證了成形砂輪磨齒機(jī)的磨齒精度。目前,成形磨齒精度可達(dá)2~1級,穩(wěn)定在3級。

(4) 適用范圍廣。數(shù)控砂輪修整技術(shù)的運用,使成形磨削可以方便地實現(xiàn)齒輪修形。通過配備相應(yīng)的軟件可磨削各種特殊的齒形,如花鍵齒、圓弧齒、擺線齒等。因成形砂輪磨齒機(jī)的優(yōu)點逐漸顯現(xiàn),20世紀(jì)末以來,成形砂輪磨齒機(jī)得到了充分發(fā)展。

1、數(shù)控砂輪修整器

成形砂輪磨齒機(jī)快速發(fā)展,離不開數(shù)控砂輪修整技術(shù)的發(fā)展與運用; 數(shù)控砂輪修整器的運用使砂輪齒廓修整精度大為提高,使成形磨齒法精密磨齒得以實現(xiàn),進(jìn)而促進(jìn)了成形磨齒機(jī)的發(fā)展。數(shù)控砂輪修整器一般采用金剛筆或者金剛石滾輪作為修整工具。采用金剛筆修整時需要不斷調(diào)整金剛筆的傾角使其適應(yīng)修整表面的法矢,運動控制復(fù)雜,修整效率低; 另外,金剛筆的點接觸修整使筆尖金剛石易磨損,且磨損量不規(guī)則、補(bǔ)償困難,對砂輪的修整精度影響較大。因金剛筆修整成形砂輪存在諸多弊端,現(xiàn)代數(shù)控砂輪修整器大多采用金剛石滾輪作為修整工具。金剛石滾輪在進(jìn)行非線性復(fù)雜型面修整時,不僅能修整出精度很高的砂輪型面,而且工作效率高、壽命長、操作便利。

近年來我國在成形砂輪數(shù)控修整器研究方面取得了如下一些代表性成果。一是發(fā)明了新型成形砂輪修整器。如: 重慶機(jī)床有限公司發(fā)明的磨齒機(jī)砂輪修整裝置,實現(xiàn)了對砂輪的壓力角精確、連續(xù)修整。南京山能精密機(jī)床有限公司發(fā)明了"一種數(shù)控成形磨齒機(jī)三軸法向砂輪修整裝置"; 修整裝置可實現(xiàn)砂輪在線高效修整,可實現(xiàn)任意形狀、任意規(guī)格齒形的精確修整、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠性高。南京工大數(shù)控科技有限公司發(fā)明了"坐標(biāo)成形砂輪修整器"; 修整器利用圓弧截面金剛滾輪法矢自適應(yīng)性,通過簡單的極坐標(biāo)運動控制形式即可滿足砂輪各種復(fù)雜截面型線的修整。二是砂輪修整誤差分析方面取得一些成果。如南京工業(yè)大學(xué)黃筱調(diào)等提出了"數(shù)控成形磨齒金剛滾輪非線性磨損補(bǔ)償系統(tǒng)及方法",該技術(shù)的實現(xiàn)是通過測量磨削的齒輪齒廓誤差,反求對應(yīng)的金剛滾輪磨損信息,然后在砂輪修整階段實現(xiàn)磨損補(bǔ)償。運用該技術(shù)能有效延長金剛滾輪的使用壽命,降低加工成本,而且該技術(shù)容易與數(shù)控成形磨齒機(jī)的操作系統(tǒng)集成,自動化程度高。南京工業(yè)大學(xué)張四弟等分析了數(shù)控插補(bǔ)修整砂輪中金剛石工具自身形狀誤差對砂輪修整精度的影響,并提出了相應(yīng)的解決措施,設(shè)計出修整裝置。張虎等建立了數(shù)控砂輪修整器的實際運動坐標(biāo)系,并以此構(gòu)建了砂輪修整誤差與齒廓偏差之間的數(shù)學(xué)模型,運用模型研究了各個砂輪修整誤差對齒廓偏差的影響。

2、周向精密分齒

齒輪的齒距偏差主要來源于機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差、磨齒過程中工藝方法的誤差及分度系統(tǒng)的誤差,其中分度系統(tǒng)誤差影響最大。欲提高成形砂輪磨齒機(jī)的磨齒精度,就必須使磨齒機(jī)實現(xiàn)周向精密分度。隨著高精度、硬齒面、消隙蝸輪蝸桿副技術(shù)的逐漸成熟,數(shù)控技術(shù)在磨齒機(jī)回轉(zhuǎn)運動中應(yīng)用普遍化,力矩伺服電機(jī)的實用化以及高精度旋轉(zhuǎn)編碼器技術(shù)與回轉(zhuǎn)運動檢測反饋控制技術(shù)的提高,磨齒機(jī)周向精密分齒技術(shù)有了更廣的提升空間。

目前周向分齒已能實現(xiàn)± 2″的控制精度,滿足了高精度磨齒對分齒精度的要求。近年來國內(nèi)在成形磨齒機(jī)周向精密分齒技術(shù)方面取得了如下成果。一是大連理工大學(xué)將多齒分度盤技術(shù)運用到磨齒機(jī)分度系統(tǒng)中,取得了良好的試驗效果,實現(xiàn)周向分齒精度±1″~±3″可滿足高精度齒輪成形磨齒機(jī)需求。該技術(shù)已申請發(fā)明專利"磨齒機(jī)用高精度端齒自動分度裝置"。二是陳立新發(fā)明了"磨齒機(jī)自動消隙驅(qū)動分度工作臺"。該發(fā)明的創(chuàng)新點在于采用了雙蝸桿蝸輪分度,實現(xiàn)了從動蝸桿與蝸輪的接觸間隙始終為零,有效的提高了分齒精度。三是為減小成形磨齒中分度誤差,江蘇大學(xué)與河南科技大學(xué)提出了齒輪成形磨削分度誤差補(bǔ)償技術(shù)。該技術(shù)指出,在不改變機(jī)床結(jié)構(gòu)和制造精度的條件下,通過位置檢測裝置,實時地檢測加工過程中的空間位置誤差,將該誤差量反饋到機(jī)床的控制系統(tǒng)中,通過對理想數(shù)控指令進(jìn)行修改,從而提高機(jī)床加工定位精度,實現(xiàn)誤差的有效補(bǔ)償。

采用接觸檢測技術(shù),配合主軸進(jìn)行坐標(biāo)運算,可快速、精確地獲取齒槽位置,最終確定刀具具體位置。當(dāng)前最主要的接觸檢測技術(shù)歸納起來有: 主軸電機(jī)功率檢測、轉(zhuǎn)矩檢測和AE聲信號檢測。國外關(guān)于磨齒機(jī)自動對刀技術(shù)的研究起步較早,技術(shù)較為成熟,德國KApp、NILES以及瑞士RE-ISHAUER等高端磨齒機(jī)均可實現(xiàn)自動精確對刀功能。國內(nèi)相關(guān)研究起步晚,進(jìn)展緩慢,具有代表性的研究如下。秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司借鑒國外的磨齒機(jī)對刀技術(shù),提出了運用AE聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行接觸檢測,并輔助機(jī)床坐標(biāo)檢測和計算,實現(xiàn)了單片成形砂輪磨削圓柱直齒內(nèi)齒輪的粗磨、精磨自動對刀,以及防碰撞功能,對刀痕跡在0.01mm以內(nèi),滿足生產(chǎn)要求。南京工業(yè)大學(xué)劉海寧等同樣采用AE傳感器檢測磨削聲信號,并作為反饋信號由電控箱進(jìn)行分析處理。該方法運用于SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng),最終實現(xiàn)了蝸桿砂輪的精確自動對刀。

2、功能復(fù)合化、工序集中化。KAPP公司的KX300磨齒中心及SamPUtensili公司的S400GT以及Liebherr公司的LCS280蝸桿-成形磨齒機(jī)可先用CBN蝸桿大砂輪進(jìn)行粗磨,再用CBN小成形砂輪精磨齒輪。另外機(jī)床集自動上下料、自動對刀、磨齒、在機(jī)檢測等工藝于一體大大提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率,必將成為CNC磨齒裝備的發(fā)展方向之一。

3、磨齒機(jī)高速、高效率化。Gleason-Pfauter集團(tuán)的P60滾磨齒復(fù)合機(jī)床刀具主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)12000 r / min,工作臺轉(zhuǎn)速達(dá)到了3000 r/min。Reishau-er公司的RZ400蝸桿砂輪磨齒機(jī)加工一個模數(shù)4mm、齒數(shù)27、齒寬50 mm的直齒輪,磨削時間僅為0.82 min。