磨削圓弧圓柱蝸桿齒面的工裝設(shè)計與應(yīng)用

王鋼

摘 要：在漢江工具廠生產(chǎn)的S7732型加工阿基米德蝸桿磨床上，設(shè)計砂輪修整器，采用金剛筆作圓弧運動，與此同時機床帶動修整器作螺旋運動，即完成了金剛筆螺旋面的運動。用它所包絡(luò)出砂輪軸截面曲線，在去磨削蝸桿得到所需的齒形。為了方便砂輪修整，可用此砂輪磨出樣板，放入成型修整器中，以便隨時修整砂輪，完成圓弧圓柱蝸桿的齒面磨削，拓寬現(xiàn)有設(shè)備加工能力，解決原有設(shè)備無法加工的難題。

關(guān)鍵詞：砂輪修整器；純圓??；共軛；圓弧半徑

1 概述

由于阿基米德齒形的蝸輪蝸桿減速器應(yīng)用歷史最長，設(shè)計簡單，工藝成熟。所以我公司生產(chǎn)的蝸輪蝸桿減速器是以阿基米德型齒形為主，由于該齒形承載能力低，有的產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)及承載能力的要求，必須選用軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒形才能滿足設(shè)計要求。它具有良好的潤滑特性，功率耗損小，傳動效率高（比普通蝸桿傳動提高5%-15%）齒面接觸應(yīng)力小，齒面強度高，承載能力大（比普通蝸桿傳動可提高50%-100%）使用壽命長，并具有工作平穩(wěn)，噪聲小等特點，材料成本和普通蝸桿傳動相比較基本相當。但是需要專用設(shè)備才能加工，我們公司沒有加工該齒形的設(shè)備。生產(chǎn)時達不到設(shè)計要求（例如原設(shè)計蝸桿材料為42CrMo，齒面淬火硬度為HRC50-55，齒面粗糙度1.6）。過去所采用的工藝方法基本上有兩種：

（1）降低蝸桿齒面淬火硬度為HRC40-45，淬火前蝸桿齒厚留量，淬火后利用圓弧樣板把硬質(zhì)合金車刀修磨成純圓弧后車成品，這樣降低蝸桿齒面精度，硬度及粗糙度，降低了減速器的承載能力。

（2）不降低蝸桿齒面淬火硬度，采用蝸桿齒面淬火前精車成品，淬火后拋光的方法，這種方法只能提高蝸桿齒面的粗糙度，不能解決因淬火后變形問題。影響齒面幾何形狀精度，造成接觸位置達不到要求，上述兩種工藝方法均降低了減速器的產(chǎn)品質(zhì)量。

我們公司為新疆皮帶機拉緊裝置設(shè)計的直交行星圓弧圓柱蝸桿減速器，蝸桿軸截面的齒形為純圓弧，材料為20CrMnMo，模數(shù)Mn=10，軸向齒形角α=22°，齒數(shù)=1，螺旋升角γ=5°49'34.8"，齒面粗糙度1.6，右旋，精度等級：級7-Dc，齒面滲碳淬火硬度為HRC55-62，如果按上述兩種工藝方法加工，均達不到設(shè)計要求，公司決定用現(xiàn)有磨阿基米德蝸桿磨床設(shè)計砂輪修整器，徹底解決我公司軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面的磨削加工問題。

2 設(shè)計思路

由于圓弧圓柱蝸桿減速器，蝸桿軸截面為純圓弧齒形，當砂輪在磨削蝸桿螺旋面時，兩者的瞬時接觸線是一條復雜的空間曲線，那么砂輪軸截面不是圓弧，也是一條復雜的曲線，要想計算出這條曲線設(shè)計樣板是非常困難的，如果假設(shè)現(xiàn)有一軸截面為“純圓弧金剛石磨輪式蝸桿”，與砂輪共軛出砂輪軸截面曲線，然后再用此砂輪磨削圓弧齒形蝸桿，即為軸截面為純圓弧型圓弧圓柱蝸桿。根據(jù)上述假設(shè)條件，把砂輪修整器設(shè)計成如圖1所示。

3 工作原理

（1）在砂輪修整器安裝在機床之前，首先用游標卡尺確定金剛石筆Ⅱ頂尖位置，使其和金剛石筆Ⅰ的回轉(zhuǎn)中心距兩頂尖軸線距離相等，用螺釘2擰緊。

（2）用游標卡尺確定R尺寸，使金剛石筆Ⅰ的頂尖到它回轉(zhuǎn)中心距離等于所磨蝸桿齒廓圓弧半徑ρ，用螺釘1擰緊。

（3）調(diào)整絲杠使金剛石筆Ⅰ回轉(zhuǎn)中心距兩頂尖軸線距離A，等于所磨蝸桿軸截面圓弧半徑回轉(zhuǎn)中心到蝸桿軸線的距離，用螺栓1擰緊。

（4）調(diào)整砂輪軸線使之傾斜角度等于所磨蝸桿分度圓柱導程角γ。

（5）將調(diào)整好的砂輪修整器安裝在機床頭尾架頂尖之間，開動移動砂輪電動機，使砂輪緩慢地向金剛石筆Ⅱ靠近，這時修整器不能轉(zhuǎn)動水平放置，到兩者之間的距離很小時，及時關(guān)閉移動砂輪電動機，然后啟動砂輪電機，轉(zhuǎn)動工作臺軸向進給手輪，使砂輪與金剛石筆Ⅱ靠近直至接觸，起動機床電機，修整器沿機床導軌左右移動修整砂輪外圓，關(guān)閉砂輪電機。沿機床導軌方向移動砂輪修整器，使砂輪外圓處于修整器回轉(zhuǎn)中心，轉(zhuǎn)動工作臺軸向進給手輪使砂輪向修整器靠近，軸向進給距離為所磨蝸桿全齒高，再沿機床導軌方向移動砂輪修整器，金剛石筆Ⅰ頂尖和砂輪一側(cè)接觸，這時便可開動機床修磨砂輪，頭架撥盤轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)盡可能慢，開動機床后撥桿帶動修整器旋轉(zhuǎn)，同時撥動修整器的手柄，使金剛石筆Ⅰ沿著砂輪的一側(cè)面作往復運動，其轉(zhuǎn)動角的大小由螺栓2在扇形輪的圓弧形槽內(nèi)控制，同時小心地注視著修整器的轉(zhuǎn)動位置，勿使修整器碰及工作臺和砂輪架各部，修整器的轉(zhuǎn)動角的大小可用工作臺行程撞塊調(diào)節(jié)，修整器在磨削方向轉(zhuǎn)動時作修整，反轉(zhuǎn)時砂輪向后退出不作修整，當修整器反轉(zhuǎn)至下端時工作臺移動觸點碰到撞塊后換向，并快速引進砂輪完成第二次修整，重復上述修整動作直至砂輪全部修出卸下修整器。

（6）然后用此砂輪加工所需磨削蝸桿，完成蝸桿一側(cè)齒形磨削，然后蝸桿掉頭磨削齒形另一側(cè)，直至磨出合格產(chǎn)品。由于砂輪在磨削蝸桿時隨時需要修磨砂輪，為了磨削砂輪方便，現(xiàn)將磨樣板方法敘述一下。

將上述已修整好的砂輪傾斜角調(diào)整為零，用機床自帶的S7732-64磨樣板裝置頂于蝸桿磨床頭尾架頂尖之間，并將其水準器的水泡處于中間位置，按磨阿基米德型齒形樣板的方法磨圓弧樣板，轉(zhuǎn)動工作臺軸向進給手輪使砂輪向樣板接觸后磨削，直至樣板上磨出與砂輪軸截面形狀完全吻合為止，然后磨掉樣板上的臺肩將其工作面略作拋光，即可放入成型修整器中以便隨時修整砂輪的一側(cè)工作面，另一側(cè)可放入磨阿基米德樣板修整砂輪，防止砂輪另一側(cè)在磨削蝸桿時干涉。

4 結(jié)束語

新疆皮帶機拉緊裝置設(shè)計的直交行星圓弧圓柱蝸桿減速器，首次應(yīng)用修整器工裝磨削軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面，經(jīng)檢驗各項指標均達到設(shè)計圖紙要求，從而解決我公司軸截面為純圓弧型圓柱蝸桿齒面的磨削加工難題，該修整器可磨削最大模數(shù)為10，在試制過程中得到有關(guān)人員的密切配合，在此表示深深謝意。

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