[发明专利]一种大中型圆柱齿轮垂直交叉主轴式滚磨光整加工方法

说明书

技术领域

本发明一种大中型圆柱齿轮垂直交叉主轴式滚磨光整加工方法，属于机械零件表面光整加工技术领域，具体涉及大中型齿轮齿廓表面的自由磨具光整加工技术。

背景技术

齿轮是机械传动中最重要的机械零件之一，其表面质量的好坏直接影响到零件及整机的使用性能和使用寿命。齿轮经过光整加工后，齿面接触刚度和接触面积都有所增加，接触应力相应减小，从而使其承载能力有所提高，齿面的摩擦和磨损相应减小，疲劳强度、精度保持性及其寿命提高。目前国内使用的齿轮光整加工方法有珩齿、研齿、抛齿、精滚齿、电化学加工和挤压珩磨等，这些工艺各有优缺点。以珩齿为例，齿轮珩齿后可以降低齿面的表面粗糙度值，去除齿面的划痕，提高齿轮的表面质量；该方法加工效率高、成本低，但是加工过程要经常修整珩磨轮，齿轮的质量依赖操作者的经验，每批珩磨后的齿轮质量指标很难达到一致。对于电化学加工来说，该种齿轮光整加工方法属于无切削力的加工，不能在轮齿表面形成残余压应力，不利于提高齿轮的疲劳强度。挤压珩磨工艺主要用于零件的表面去毛刺和抛光。滚磨光整加工技术具有整体加工、表面完整性特征参数综合改善、经济可承受的特征，原太原工业大学杨世春教授等人发明的“强力全方位滚磨加工设备(专利号ZL96122289.1)”可用于光整加工齿轮齿廓表面，但仅限于小型齿轮；对大中型齿轮由于沿齿形各部位的速度差异和齿轮部位滚抛磨块的可达性原因，使齿廓表面加工不均匀性明显增加。因此开发一种新的齿轮滚磨光整加工方法，用以解决大中型圆柱齿轮的光整加工难题，整体改善大中型圆柱齿轮齿廓表面的表面完整性，同时该方法可适用于小型齿轮的光整加工。

发明内容

本发明一种大中型圆柱齿轮垂直交叉主轴式滚磨光整加工方法，其目的在于开发一种新的齿轮滚磨光整加工工艺，主要解决大中型圆柱齿轮的齿根过渡圆弧部位难加工、齿廓表面加工不均匀等问题，该方法同时可适用于小型齿轮的光整加工。

本发明一种大中型圆柱齿轮垂直交叉主轴式滚磨光整加工方法，其特征在于是一种通过滚筒1的回转运动、齿轮2的回转与摆动运动，使滚抛磨块3与齿轮2各表面产生相对运动和作用力，从而达到齿廓表面光整加工的目的，其所述的齿轮2两端面之间的中间平面为基准平面，齿轮2的基准平面通过滚筒1的回转轴线时齿轮2所处的位置为零位，以齿轮2处于零位时，基准平面和齿轮2轴线的交点与滚筒1轴线的最短距离连线为X轴，在齿轮2上建立XYZ直角坐标系，其所述的齿轮2的回转轴线与滚筒1回转轴线在空间上垂直且有一定的距离R，R依据确定，其中d_f是齿轮2齿顶圆的直径，B是齿轮2的齿宽，S是滚筒1内的中心圆筒直径，a₁是当齿轮2处于零位时在基准平面上中心圆筒外壁到齿轮2齿顶圆之间的距离，a₁的最小取值范围控制在50～150mm；其所述的滚筒1回转轴线与水平面垂直；其所述的滚筒1外圆线速度在2～2.5m/s范围内调整；其所述的滚筒1有效直径依据D＝2R+d_f+2a₂确定，其中a₂是当齿轮2处于零位时在基准平面上滚筒1内壁到齿轮2齿顶圆之间的距离；其所述的滚抛磨块3为球形磨粒，滚抛磨块3、水和抛光液总的填充量不应超过滚筒1容积的80％；其所述的齿轮2能通过调整电机实现调整转速以及正反转，且还能绕Z轴和X轴在一定角度范围内摆动，齿轮2在加工时以零位为参考，绕Z轴做角度为正负β/2的摆动，β的取值依据确定，频率为3Hz，所述的齿轮2在加工时以零位为参考，绕X轴做角度为正负θ/2的摆动，θ的取值依据棱边倒圆或者齿面改善加工要求的差异在10°～20°范围内调整，频率为1Hz～3Hz，齿轮2没入滚抛磨块3的深度h是指齿轮的最下端至滚抛磨块3静态时上表面之间的距离，h的取值在0.54mz～0.68mz范围内调整，其中m为模数，z为齿数，齿轮2分度圆处线速度在0.1～0.8m/s范围内调整，齿轮2靠近滚筒1外壁一侧的线速度方向始终朝下。

本发明一种大中型圆柱齿轮垂直交叉主轴式滚磨光整加工方法，其具体加工步骤如下：

1)向滚筒1中加入滚抛磨块3，同时加入水和抛光液，滚抛磨块3、水和抛光液总的填充量不超过滚筒1容积的80％；

2)将待加工齿轮2安装在主轴上，调整主轴部件使齿轮2处于零位处，齿轮2的回转轴线与滚筒1回转轴线在空间上垂直且有一定的距离R，

3)启动滚筒1电机，使滚筒1以转速ω₁绕回转轴线转动，使滚筒1外圆线速度在2～2.5m/s范围内；