基于圆弧的渐形线砂轮修整方法及修整器 【技术领域】
本发明属于机械制造领域中的齿轮加工方法和装置。
背景技术
对于大型硬齿面精密齿轮，若采用展成法加工，一个齿槽要磨削几十次才能形成，生产效率很低。如近年购进的4.5m展成齿轮磨床，价格约5000万元，每个月只能磨1～2个4～5m的齿轮。
若用成形法加工，砂轮的形状与被磨齿轮齿槽形状一样，因此，齿槽可以一次磨出来，生产效率要高出多倍。而成形磨齿的关键技术问题，是如何能修出准确的渐开线砂轮，也就是用什么方法和修整器的问题。
现有的修整方法有靠模法，数控法，逼近法等。近年来，数控砂轮修整器研究得很多，并且，已有装备数控渐开线砂轮修整器的中、外国成形磨齿机产品。但存在修整方法常常出现工作不稳定现象，本人经过多年研究，发现问题出在金刚笔尖的形状不稳定上。现有的各种修整方法均假设金刚笔尖为一个绝对的点，而实际上，金刚笔尖在修整过程中，其顶端的曲率半径逐渐磨大，而且，经常出现崩裂，金刚笔知道地变动量为100μm级，而磨齿精度为10μm级，即噪声比信号大10位以上，这些情况，使修出的砂轮常为不规则笔尖的包络线。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种大型硬齿面精密齿轮成形磨齿用的，基于圆弧的渐开线砂轮修整方法及修整器。它既可用于的成形磨齿机上，也可装在大型滚齿机上；在滚出齿轮后，经淬火，然后在滚齿机上，利用单齿分度法磨削齿轮，它既可以磨外齿轮，在对修整器稍加改装后，也可磨内齿轮。
本发明提供的基于圆弧的渐开线砂轮修整方法是这样的，即包括建立一对产生金刚笔圆弧运动的机构和渐开线补偿机构，建立圆弧半径测量基准件，移动圆弧中心的双座标调整机构，利用产生金刚笔圆弧运动的机构产生的圆弧产生渐开线的宏观齿廓，根据计算出的渐开线与圆弧在齿形各点的差值，利用渐开线补偿机构进行自动修整，从而使金刚笔在作圆弧运动时，不断将其补偿为准确渐开线，消除了金刚笔尖形状变化对齿形精度的影响。
利用一根圆柱形的轴和直径大100μm的套加两个片弹簧将前两者压紧，形成产生圆弧机构。
根据计算出渐开线与圆弧在齿形各点的差值，修整圆柱形套的齿形，从而使金刚笔在作圆弧运动时，不断将其补偿为准确渐开线。
利用修整器上的左、右旋丝杆同时调整两支金刚笔旋转中心的横座标值x，采用块规或千分尺作为量具。利用纵向丝杆调整两支金刚笔旋转中心的纵座标值y。
利用转动杆上的台阶，用千分尺测量出金刚笔尖的工作半径。
【附图说明】
图1为渐开线成形砂轮齿廓及与圆弧的逼近关系图。
图2为利用圆弧逼近渐开线的误差分布图。
图3为圆弧产生机构及渐开线补偿机构工作方法图。
图4亦为圆弧产生机构及渐开线补偿机构工作方法图，它是图3的A-A截面。
图5为基于圆弧的渐开线砂轮修整器结构示意图。
图6亦为基于圆弧的渐开线砂轮修整器结构示意图，它是图5的B-B截面图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1及图2为成形砂轮的齿廓渐开线与圆弧的关系，由砂轮两侧的渐开线段磨削齿轮的齿面，一般情况下，齿轮的齿底槽铣得较深，故砂轮的齿项不工作。但在必要时，砂轮齿顶也可同时工作。首先在砂轮上建立座标系oxy，则砂轮上的渐开线段的坐标数组可以计算出来，以(xi，yi)表示。目前，有很多种现成的计算方法，如最小二乘法，三点法等，用来计算出逼近圆弧中心O1的座标(x，y)及圆弧半径r。图2示圆弧逼近渐开线时的误差情况，图中细线为渐开线，粗线为圆弧。通常圆弧三次穿过渐开线，其交点分别为a、b及c。从理论上讲，在这三点，逼近圆弧和渐开线没有误差，而在不相交的不同齿高位置，其各点均存在误差δi，这些误差值都可以由现有软件算出来。
一般磨齿渐开线误差仅有几微米，而金刚笔尖的磨损量或崩裂等，常常由几十到几百微米，因此，采用双座标移动的方法，甚至三座标移动的方法，其修出的砂轮齿形为各种笔尖头形的包络线，其中包括不同的延长渐开线，渐开线，缩短渐开线段的综合结果，不能从理论上证明其精度的稳定性。而圆弧修整方法就不同了，不论金刚笔尖是什么情况，它总是用最高的一点修出渐开线，因而从根本上解决了金刚笔磨损对磨齿精度的影响问题。
所述基于圆弧的渐开线砂轮修整器包括一对产生金刚笔圆弧运动的机构、渐开线补偿机构及移动圆弧中心的双座标调整机构；图3及图4为产生圆弧机构及渐开线补偿机构的工作方法及结构示意图。它由下列零件组成：1-圆柱形轴，2-稍大的圆柱修形套，3-压紧弹簧片，4-金刚笔，5-盖，6-转动杆，金刚笔就固定在转动杆上。圆柱形轴1的前端削有放弹片3的平面，后端留有一个支持点，在支持点的两边也作有消气，使它只有支持点与套的凸轮曲线段接触。由两个弹簧片3将轴1压向套2，因此，套2成圆柱形时，由三点定一圆的原理，转动转动杆6后，金刚笔尖轨迹为宏观圆弧。根据统计可知，圆弧逼近引起的误差仅为几微米到二三十微米，因此，在套2内作有一段凸轮曲线。这样，当轴1转动时，由套2上的凸轮推动轴1的支持点同时移动，完成误差的补偿工作。而由弹簧片3将轴1压向套2，保持两者的紧密接触。
参见图5及图6，图中：1～6号零件已在前面介绍，7-横座标调整螺母，8-侧板，9-左、右旋丝杆，10-丝杆9的螺母，11-夹紧金刚笔的螺钉，12-固定销，13-修砂轮手柄，18-后板，19-固定后板的螺钉，20-纵座标调整螺母，21-固定侧板的螺钉。22-带纵导轨的修整器座，23-纵座标螺母，24-纵座标丝杆。
在调整时，用手转动螺母7(图5)，经丝杆9，移动螺母10，由图6可以看出，产生圆弧机构的套2是焊在螺母10上面的，故金刚笔转动中心横向移动，用千分尺或块规测量F，就可调出横座标值x；转动螺母20，由丝杆24带动后板18，本体17，调整纵座标值y，逐渐磨下齿轮的留量，松开螺钉14后，由千分尺测量金刚笔尖与标准台阶间的距离N，即可调出金刚笔转动半径r值。
在磨齿时，由手使手柄13摆动，经连动杆15，连动销14，同时使两根转动杆6转动，两支金刚笔绕各自的中心转动，同时修出砂轮的两个渐开线齿面。