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磨削蜗杆砂轮的修整
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在机械设备中,由于蜗杆传动具有减速比大、结构紧凑等特点,在各种传动装置和分度机构中得到广泛的应用。随着现代工业技术的飞速发展,对蜗轮副在承载能力、传动效率和传动精度等方面提出了更高的要求。为满足这些要求,一是采用综合机械性能好的材料和必要的热处理,另一方面要提高制造精度,如采用磨削加工来提高蜗杆螺旋面的形状精度和降低表面粗糙度值(当然也包括与蜗杆一致的加工蜗轮的滚刀)。笔者发现工厂在磨削蜗杆时存在着加工原理误差,这些误差将随着导程角增大而增大,产生误差的根源是对磨削蜗杆的砂轮修整上存在问题。

1 砂轮的修整原理


(a)阿基米德蜗杆

(b)延伸渐开线蜗杆

(c)渐开线蜗杆
图1 蜗杆的车制
图1所示为几种蜗杆的车削方法,其中图(a)、(c)所示为阿基米德(ZA)蜗杆和渐开线(ZI)蜗杆。当蜗杆的头数增多、导程角增大时,其几何形状和切削角度将出现加工困难。图(b)所示为一种延伸渐开线蜗杆,又称齿槽法向直廓(ZN1)蜗杆,其加工条件较前2种优越。然而不管是哪一种蜗杆,它们都是直线型螺旋面蜗杆,即它们的螺旋面是一直线母线相对一轴线作圆柱螺旋运动所形成。在制造时是将一直线刀刃(车刀上的刀刃)安置在恰当的位置,然后用车螺纹的方法加工而成。但是在磨削蜗杆时所采用的是圆盘砂轮,是通过圆盘砂轮两侧的圆锥面来进行磨削,不能如车刀那样用一直线刀刃,因此砂轮侧面的圆锥面将与蜗杆的螺旋面发生干涉,会将蜗杆的螺旋面多磨去一部分,造成蜗杆齿形误差。蜗杆的头数越多,其导程角越大,那么磨削时干涉就越厉害,产生的齿形误差就越大。为了确保加工的蜗杆能获得准确的齿形,必须对圆盘砂轮进行相对应的准确修整。我们可以通过理论计算对圆盘砂轮的轴向截面进行修形,但是这种计算很复杂,而且在生产中砂轮不断磨损,外径逐渐变小,每次修形计算都不一样,现场很难操作。下面介绍一种展成包络修整法,它不失为一种既简便又精确的砂轮修整法。它的修整原理如下:采用一个与被加工蜗杆完全一样的金刚石蜗杆,在它的外圆和螺旋面上布满许许多多细小的金刚石刀刃,通过展成运动来修磨圆盘砂轮,将其在磨削蜗杆时产生干涉的磨料部分全部磨掉。然后将此修整后的圆盘砂轮来磨削蜗杆,就可以获得具有准确齿形的高精度蜗杆。

2 砂轮修整器


图2 砂轮修整器
图2所示是具有上述功能的砂轮修整器。它能修整出磨削准确蜗杆螺旋面的圆盘砂轮。修整器由架体和滑枕两部分组成。其工作原理如下:修整器可以通过中心杆15装在机床主轴两顶尖上,拨盘9可随主轴回转。修整器上金刚石7可通过拨动齿轮轴4带动滑杆8上的齿条使其来回作直线运动,它的运动轨迹代替了创成蜗杆螺旋体的母线。当拨动主轴回转时,通过主轴—挂轮组—拖板螺纹副传动链,使拖板上的圆盘砂轮与修整器按导程要求作相对轴向移动。这样,修整器作回转运动,砂轮相对于修整器作轴向移动以及金刚石来回作直线移动,此3个运动合成使得金刚石的运动轨迹创成出与工件蜗杆一样的金刚石蜗杆,同时可以展成包络修整出能磨削准确蜗杆螺旋面的圆盘砂轮截形。
修整器在调整时需控制,个主要几何尺寸,第一,控制圆盘砂轮外圆至主轴回转轴线的距离r1,r1为蜗杆的齿根圆半径,在修整器上可用装在中心杆上的金刚石修出圆盘砂轮的外圆形状以及r1尺寸;第二,滑枕板转角a要根据各种蜗杆螺旋面发生原理来定,可用修整器上正弦规来调整。调整时通过计算求得块规厚度,并将其放入正弦规臂和基准销之间即可。阿基米德蜗杆的a为轴面压力角,渐开线蜗杆的a为基圆柱上的导程角,齿槽法向直廓蜗杆的a通过几何计算为a=arcsin(cosl·sinan),其中l为蜗杆分度圆导程角,an为蜗杆分度圆法面压力角;第三,金刚石尖端移动轨迹直线与主轴轴线的偏置距离H同样要根据各种蜗杆螺旋面发生原理来定,可以将H厚的块规嵌入滑枕与架体接触面之间即可。阿基米德蜗杆的H为零,渐开线蜗杆的H为基圆柱半径,齿槽法向直廓蜗杆的H为准圆柱半径。

3 结束语

无论在螺纹磨床、蜗杆磨床、铲齿车床或改装车床上,采用圆盘砂轮进行蜗杆螺旋面的磨削加工,都易发生干涉,这种干涉将随着蜗杆头数增多,导程角的增大而增大,因此必须对砂轮进行修整。采用展成包络法能对圆盘砂轮进行简便又精确地修整,并能磨削精密的蜗杆螺旋面,而且修整器的结构简单,制造容易,使用方便。

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