电镀CBN全齿面珩磨轮的设计与电镀工艺研究.doc

电镀CBN全齿面珩磨轮的设计与电镀工艺研究 为提高齿轮承载能力与使用寿命，有关机械设备早已采用了硬齿面齿轮，特别是 批量生产的中等模数汽车齿轮与机床齿轮，由于它们热处理后的精度普降1级左右，且齿面粗糙度也不符合要求，为此，虽进行了不少精整法的研究，但最有希望普 及用于生产的是电镀CBN珩磨轮的珩齿法和磨齿法，特别是蜗杆磨齿法。就电镀CBN珩磨轮的结构设计、齿形参数的优化设计、珩磨轮寿命的延长、电镀新工艺 等问题，仍有不少值得继续改进或研究的必要，例如，格里生公司开发的五轴联动数控螺伞齿轮珩齿机，就是采用的电镀CBN盘型珩磨轮。 珩磨轮与剃齿刀的加工过程，都遵循着螺旋齿轮副的啮合原理，只是其中一个是 齿轮形刀具，另一个是被加工齿轮而已。今研究的问题是用一个螺旋齿轮形CBN珩磨轮加工(啮合)一个直齿轮，并分析二者的啮合过程。图1中(a)和(b) 分别是剃齿刀和CBN珩轮的一个刀齿，(c)为被加工的一个直齿轮齿。加工啮合过程中，在刀齿面上的接触点迹(接触线)是一条空间曲线，而在轮齿面上则是 一条平行于其端面的渐开线。就刀齿而言，只有每个端面刀刃(屑槽与齿面的交线)与接触线交点才是剃削过程中的一个切削点，即每一整条端面刃上只有一点参于 切削。同理，珩磨轮的CBN刀齿面上，也只有齿宽内各端面齿形与接触线的交点才有珩磨作用，即接触线外的CBN刀齿面均不参与珩磨。总之，就刀齿刃和珩磨 齿面都不能物尽其用，是极大的浪费。 为使珩磨轮的CBN齿面均有珩磨作用，借鉴了我们曾研制的单刃剃齿刀的设计 理论[1],对该CBN齿面进行修形设计。该修形设计理论的目的是：根据齿轮空间啮合原理，将斜齿剃齿刀或CBN珩磨轮与被加工齿轮啮合运动时在刀齿端面 上的接触线转换在刀齿的端面中，并为磨齿方便把它最优拟合为近似渐开线的一条平面曲线，即图2(a)中的近似渐开线切削刃，也相当于珩磨轮刀齿面中的端面 齿廓线。这个平面曲线必然与其加工的直齿轮齿面上的一条空间曲线(即二者的接触点迹)，见图2(c)相共轭。由此可见，这两类刀具(图1和图2的刀具)加 工时的运动参数相同，但其接触点迹在刀齿与轮齿面上的形式恰完全相反，见图2。在此应该特别指出的是，刀齿上的端面切削刃和珩磨轮齿的端面廓形上的CBN 磨粒，都是沿廓形或刃形逐点加工的。对CBN珩磨轮来说，这就是使其全CBN齿面物尽其用的理论根据，亦即本研究主要解决的问题。 加工斜齿轮时，可用直齿珩磨轮。本文主要研究的是加工硬齿面直齿轮的CBN 珩磨轮。参照单刃剃齿刀的设计理论，详见参考文献[2]，首先建立珩轮与被珩轮在啮合过程中的坐标系，通过坐标变换及一系列分析和推导，可求得刀齿与轮齿 的啮合方程式。由此求出轮齿面上的接触线方程式。同理，根据相关参数及坐标转换，求出刀齿端面内的接触线方程式。接触线上由齿顶到齿根的一段曲线就是理论 刃形曲线，见图2(a)和(b)。肯定地说，这个刃形不是渐开线。为了磨齿方便起见，曾根据求出的方程式编制了PICM程序，它可依据各相关参数方便地求 出单刃剃齿刀和CBN珩磨轮刀齿端面内的廓形(即刃形)。 硬齿面用的CBN珩磨轮基体或软齿面用的各种剃齿刀，我们都是在Y7125 磨齿机上磨齿的，其磨齿原理就是齿条与齿轮的啮合原理。砂轮工作面的轴向廓形，就是假想齿条的一个直边齿廓。磨渐开线标准齿轮时，这个直边齿廓的齿形角 (压力角)为20°。现在刃磨似渐开线的CBN珩轮基体齿形或单刃剃齿刀的刃形，我们利用PICM程序迅速求出的实用刃形(刀齿面廓形)就可以同齿形角 ≠20°的近似直边廓形的齿条相啮合。也就是只要把砂轮轴向工作廓形整修成具有一定压力角(齿形角)的直廓，就可磨出近似端面渐开线齿廓的珩磨轮基体或单 刃剃齿刀的刀齿廓形(即刃形)，其误差可忽略不计。磨齿时只要根据修正后的压力角(直边廓形的齿形角)调整磨齿机安装角，即可磨出符合要求的珩磨轮基体， 然后再镀CBN磨粒。根据具体参数(磨mn=3,刀齿=64，轮齿数=31，轮齿压力角=20°)求出的修正压力角，见表1。???????中等模数齿轮剃齿或珩齿时，其齿面接触区沿齿向的宽度一般小于 10～11 mm,为了节约CBN磨料，并使全刀齿面上的磨料物尽其用，我们根据前述理论研制成一种组装式CBN珩磨轮，如见图3所示[3]。主要由齿轮形刀体1、压 板3、珩磨轮基体2组成，并用定位销4定位、6个螺栓5紧固。其中1、3的齿面有一定的硬度，宽约4 mm，仅起导向作用。珩磨轮的机体2是可换的，基体2的端面齿形是用PICM程序设计的，宽约10～11 mm，仅其齿面上镀有CBN磨粒，供珩磨之用;同时，为了容屑和减小珩磨时的接触压力，便于磨粒切入，还在基体2上开有两个容屑槽，其形成的侧刃还有刮珩 切屑的作用。 为了保证CBN镀层与基体刀齿面的结合强度，我们开发了利