摆线齿锥齿轮齿面磨削加工新方法及其数控实现技术

Tooth Grinding can improve the pitch accuracy of spiral bevel gears and reduce the tooth profile deviation, thereby significantly reducing the vibration noise and making the gears set have good interchangeability. But the tooth grinding is theoretically unable for cycloidal bevel gears (spiral bevel gears with face hobbing method) ,due to the limitations of the tooth surface forming principle. This project aims at the urgent need of cycloidal bevel gears grinding technology in large-scale production, and studies the new tooth surface grinding method and its numerical control technology of cycloidal bevel gears. The tooth grinding method is developed based on the replacing generating gear, so that the cycloidal bevel gears can be grinding, and the machine tool motion correction is used to control the tooth profile deviation. The main research contents are as follows: the tooth grinding principle of replacing generating gear, the mathematical model of replacing generating gear and the position and attitude calculation, the CNC tooth grinding movement control, the tooth profile deviation elimination after the generating gear replaced, and the tooth profile deviation adaptive between matching tooth surfaces. Then the gear grinding process will be carried out on domestic full CNC spiral bevel gear grinding machine, and its tooth grinding effect will be tested. The expected results can be used to break through the efficient grinding of cycloidal bevel gears, so that the face hobbing\grinding process can be applied in mass production of high precision spiral bevel gears. It has important significance to improve the processing efficiency of spiral bevel gear, and saving manufacturing costs.

磨齿加工能够提高螺旋锥齿轮的齿距精度减少齿形偏差，从而显著降低齿轮副的振动噪声，并使得齿轮副具有良好的互换性。摆线齿锥齿轮（采用端面滚齿法加工的螺旋锥齿轮）由于齿面成形原理限制，其磨齿加工方法尚未得到解决。本项目针对大规模生产中对摆线齿锥齿轮磨齿加工技术的迫切需求，研究摆线齿锥齿轮齿面磨削新方法及其数控实现技术。提出通过产形轮替代使摆线齿锥齿轮具备高效可磨性，通过机床运动修正控制产形轮替代导致的磨齿偏差。主要研究：替代产形轮展成磨齿原理、替代产形轮数学模型构建及位置姿态计算、全数控磨齿运动控制、产形轮替代齿形偏差消除以及配对齿面齿形偏差自适应等方法。基于国产全数控弧线齿锥齿轮磨齿机开展摆线齿锥齿轮磨齿加工实验，并对其磨齿效果进行测试。其预期成果可突破摆线齿锥齿轮的高效磨齿技术，使端面滚齿\磨齿工艺能够在高精度螺旋锥齿轮大批量制造中得到应用，对提高螺旋锥齿轮加工效率节约制造成本有重要意义。

螺旋锥齿轮广泛应用于车辆、舰船、飞机等装备中传递相交轴及交错轴间的运动和动力，是不可或缺的关键基础零件。这种齿轮主要有端面铣齿和端面滚齿两种加工方法。其中端面滚齿法由于采用连续分度原理加工具有更高的加工效率，但是也使得其产形轮齿长方向曲线为延伸外摆线，无法与传统的盘型锥面砂轮的圆弧曲线匹配，因此难以进行磨齿加工。针对大规模生产中对摆线齿锥齿轮磨齿加工技术的迫切需求，项目研究摆线齿锥齿轮齿面磨削新方法及其数控实现技术。通过产形轮替代使摆线齿锥齿轮具备高效可磨性，通过机床运动修正控制产形轮替代导致的磨齿偏差，保证齿面接触性能。提出一种采用大直径锥面砂轮精确高效磨削成型法摆线齿锥齿轮的方法，以锥状砂轮母线代替端面滚齿时的刀刃，通过控制回转锥面砂轮姿态使其母线扫掠形成成型法摆线齿锥齿轮齿廓，从而实现齿面无理论偏差的精确磨削。提出了以配对齿面的理论接触迹线为引导进行展成法摆线齿锥齿轮齿面的磨齿的方法。在齿面的接触路径上控制砂轮位置和姿态，使砂轮顶面与被加工齿轮齿根平齐，同时使砂轮曲面与齿面在接触迹线上连续相切接触磨削齿面。从而可有效控制磨齿后的齿形误差形态，保证齿轮副的啮合传动质量。针对替代产形轮磨齿方法在磨削展成法摆线齿锥齿轮时存在的齿面磨削量较大的问题，拓展研究了一种使用锥形砂棒代替端面滚齿刀盘上刀条进行加工的连续分度磨齿方法。在相关理论研究基础上，开发了摆线齿锥齿轮替代产形轮磨齿软件模块，应用该模块在国产全数控弧线齿锥齿轮磨齿机上开展了磨齿加工实验，并对磨齿后的齿面形态和啮合接触状态进行了测试，验证了以上方法及算法的可行性和正确性。项目的研究成果对提高摆线齿锥齿轮的齿距精度及齿面光洁度减少齿形偏差具有重要意义。可促进端面滚齿\磨齿工艺在高精度螺旋锥齿轮大批量制造中的应用。