齒輪磨削裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

馮 霞，肖哲鵬

（中北大學(xué) 機械與動力工程學(xué)院，山西 太原 030051）

0 引言

隨著動力機械向高速、重載、大功率和高效率方向發(fā)展，其傳動所需的各種減速箱、增速箱和變速箱中的齒輪也向著硬齒面、低噪聲和高精度方向發(fā)展，對齒輪磨床的要求也越來越高［1，2］。為了縮短齒輪加工時間，減少更換刀具的工序時間，讓一臺機床能夠獨立地完成粗磨和精磨，本文設(shè)計了一種齒輪磨削裝置。

1 齒輪磨削裝置結(jié)構(gòu)與布局

圖1為齒輪磨削裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其主要由工作臺單元、控制單元、磨削工具單元三大部分組成。

圖1 齒輪磨削裝置結(jié)構(gòu)示意圖

工作臺單元包括床身1、電機2、滾珠絲杠3、縱向進給工作臺4、橫向進給工作臺5、傳感器6、工件軸7等部分。如圖1所示，待加工齒輪8安裝在工件軸7上，工件軸軸線與床身1保持平行。工件軸的縱向、橫向進給運動分別由伺服電機12帶動滾珠絲杠驅(qū)動縱向進給工作臺4、橫向進給工作臺5完成。橫向進給工作臺5由縱向進給工作臺4支撐，工件軸7安裝在橫向工作臺5上。編碼器10用來檢測帶動工件軸旋轉(zhuǎn)的電機9，傳感器6可檢測待加工齒輪8的運動狀態(tài)。

控制單元主要由控制臺13構(gòu)成，通過它可以控制工件軸7、轉(zhuǎn)臺19、工具軸28以及工作臺的運動。

磨削工具單元由齒輪磨削工具14、滑塊機構(gòu)15、標(biāo)尺16、側(cè)柱17、傳感器18、轉(zhuǎn)臺19、減速器20、變速電機21、編碼器22、主軸單元23、殼體24、主軸電機25、滾珠絲杠26、移動臺27、工具軸28、位置檢查器29等組成。如圖1所示，齒輪磨削工具14裝在工具軸28上，由主軸電機25驅(qū)動其轉(zhuǎn)動磨削待加工齒輪。工具軸28與移動臺27固定連接在一起，由變速電機21通過滾珠絲杠26驅(qū)動移動臺27移動，并通過位置檢查器29檢查齒輪磨削工具是否移動到合適的位置。位置檢查器29由傳感器18、編碼器22組成，通過傳感器識別標(biāo)尺16上的數(shù)值，再由編碼器編譯從而獲得齒輪磨削工具的當(dāng)前位置信息。位于變速電機21和滾珠絲杠26之間的減速器20用于調(diào)節(jié)移動臺的移動速度。由齒輪磨削工具14、工具軸28、工具軸電機組成的主軸單元23與轉(zhuǎn)臺19固連在一起，轉(zhuǎn)臺19的轉(zhuǎn)動可以帶動主軸單元的轉(zhuǎn)動。整個磨削工具單元都由側(cè)柱17支撐，側(cè)柱17則立在磨床的床身上。

2 工作原理和加工過程

如圖1所示，工件軸7由工件軸電機9驅(qū)動繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)，使得待加工齒輪8按照一定的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，并由編碼器10檢測齒輪8的轉(zhuǎn)速。工件傳感器6通過磁法或者光學(xué)檢測方法檢測齒輪8的齒數(shù)，并產(chǎn)生脈沖以表示檢測的齒數(shù)?？刂婆_13按照預(yù)定的數(shù)控程序，基于編碼器10、編碼器22、工件傳感器6和位置檢測器29的檢測信號，執(zhí)行反饋控制流程，從而精確定位控制工件軸7和工具軸28的運動，使得齒輪磨削工具14和齒輪8進入初始嚙合狀態(tài)，并進行同步旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)齒輪的磨削加工。

齒輪磨削工具14由螺旋齒及延伸在螺旋齒磨削面上呈網(wǎng)狀分布的成型線組成。沿工具軸軸向分布的螺旋齒構(gòu)成了粗磨削加工的磨削面，成型線延伸在磨削面上，用于精磨削加工。經(jīng)過粗磨削和精磨削兩個階段，即可得到一個完整理想的齒形［3，4］。故齒輪磨削工具的齒形可以沿軸向分為兩段，前段不含有成型線的螺旋齒主要用于粗磨削加工，也可以進行雙面磨削，以提高加工效率。后段齒形磨削面上含有成型線，主要用于精磨削。隨著磨削加工的繼續(xù)，后段磨削面上的成型線會慢慢磨損，磨損過的成型線及其鄰近區(qū)域的磨削面可以轉(zhuǎn)化為用于粗磨削加工的磨削面。由于在后段磨削面上，成型線呈網(wǎng)狀分布，因而當(dāng)成型線磨損后，新的成型線很容易形成，從而大大提高了齒輪工具的壽命。

3 結(jié)語

本磨削裝置可以由一個單獨的齒輪磨削工具完成齒輪的粗磨、精磨兩個過程，由于不需要為每個粗磨、精磨過程更換齒輪磨削工具，故齒輪磨床磨削齒輪的加工時間可大大縮短。采用了軸向齒形分段設(shè)計的磨削工具，當(dāng)粗磨削面的一部分成型線因過度磨損而不可用時，粗磨面和磨損成型線相鄰的區(qū)域的另一部分成型線仍然可以繼續(xù)工作，帶成型線的后段齒形又可同時完成齒輪的精磨削，因此齒輪研磨工具的使用壽命可以大大增加。

［1］ 郭二廓.斜齒輪成形磨削接觸線優(yōu)化研究［J］.機械科學(xué)與技術(shù)，2012，31（8）：1320－1324.

［2］ 郭二廓，黃筱調(diào)，袁鴻，等.基于提高成形磨削效率和精度的接觸線優(yōu)化［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2013（1）：67－74.

［3］ 丁軍鵬.齒輪成形磨削工藝參數(shù)優(yōu)化及實驗研究［D］.洛陽：河南科技大學(xué)，2011：5－15.

［4］ 杜曉陽.成形磨齒加工仿真及誤差分析［D］.洛陽：河南科技大學(xué)，2011：20－31.