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      螺旋伞齿轮

      螺旋伞齿轮

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      直齿圆锥齿轮铣削加工
      发布日期:2016/10/28 发布人:升源齿轮 点击量:

        直齿圆锥齿轮主要用于两轴相交的传动,两轴间的夹角通常为90°,也可以小于90°。锥齿轮一般在锥齿刨等专门机床上加工,在缺少锥齿轮专用机床的情况下,可在铣床上用锥齿轮铣刀加工,其采用的是成形刀具和分度装置在铣床上进行加工。由于存在分度误差及刀具安装误差,一般只能加工出9~10级精度的齿轮。此外,加工过程中需做多次不连续分齿,生产率也较低,仅用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。

        1. 直齿圆锥齿轮示例

        直齿圆锥齿轮的参数如表1所示,其结构和技术要求如图1所示。

        2. 直齿锥齿轮的加工方法和步骤

        (1)选择锥齿轮铣刀。由于锥齿轮大端和小端的直径是不相等的,所以大、小端的基圆直径也不相等,大端的渐开线齿形较平直,小端较弯曲。用成形铣刀铣出的锥齿轮齿形,若要符合大端就不能符合小端。因此,在铣床上用锥齿轮铣刀加工锥齿轮,整个齿的齿形是不可能全部准确的,故精度较低。

        锥齿轮是以大端的参数为标准进行设计的,为此锥齿轮铣刀的齿形曲线应按照大端制造。另外,由于锥齿轮小端的齿槽较窄,标准锥齿轮小端的槽宽为大端的2/3,所以锥齿轮铣刀的厚度应按小端制造,且还应比小端齿槽稍薄一些。锥齿轮铣刀与普通圆柱齿轮铣刀不同,为防选错,在锥齿轮铣刀的侧面印有“”的标记。

        因锥齿轮的齿是在圆锥面上的,故锥齿轮铣刀的齿形曲线应与垂直于分度圆锥面的截面上的齿形相同。锥齿轮铣刀也像圆柱齿轮铣刀一样,每一模数按齿形曲线的弯曲程度不同划分为8个刀号,如表2所示。所不同的是要按当量齿数来选择。本例不是按25个齿选4号铣刀,而应先计算出其当量齿数即应按35个齿选用模数为3mm的6号锥齿轮铣刀。

        (2)工件的装夹与调整。工件装夹前应对齿坯进行检查,用万能量角器检查齿坯角和背锥角;检查基准面到外圆的距离;检查齿坯的外径等。

        工件的装夹。按结构形状不同,锥齿轮常用的装夹方法是用心轴和螺母装夹,心轴柄部的莫氏锥体与分度头主轴锥孔相配,并用拉紧螺杆紧固在分度头上。工件套在心轴的圆柱部分,用百分表找正后用螺母压紧(见图2)。

        对直径较小和锥角较大或小端槽底与内孔表面很接近的锥齿轮(见图3),为避免铣齿时把螺母甚至心轴损坏,可使用锥度为1∶8 000~1∶1?000的微锥心轴装夹,具体应根据孔径的公差等级等因素来确定。

        对锥角和直径较大、端部有台阶或孔径较大等有可夹部位的工件,可直接利用分度头上的三爪自定心卡盘装夹。

        装夹时工件的找正。若锥齿轮采用专用心轴或弹簧卡头装夹,一般不需进行找正。若用微锥心轴装夹,一般也不需找正,必要时可对锥齿轮大端的端面做检查和找正。在用卡盘和间隙配合的心轴装夹时,则需要找正工件大端和小端的径向圆跳动,以及大端的端面圆跳动。

        分度头的调整。分度头安装在工作台上时,需使主轴轴线与进给方向一致,然后把分度头主轴扳起一个切削角,其大小等于根锥角δf。

        铣削层深度的调整。工件和分度头都调整好后,先把铣刀的中分面调整到通过工件的轴心(刀具对中),然后使铣刀接触擦到大端锥面(以大端为基准),并退出工件,将工作台升高一个大端齿全高(2.2m),就可以开始铣削齿槽中部。模数大的工件,在深度上可分几次走刀铣削。

        为了防止切削中分度头主轴突然掀起而造成事故,走刀方向最好是从大端铣向小端。

        (3)偏铣原理和方法。锥齿轮的齿和齿槽都是收缩型的,即在大端处宽、小端处窄。在加工时虽然已将分度头扳起一个根锥角δf,使锥齿轮的外圆锥面大端比小端略高,铣削时大端切得比小端深些,齿槽宽度大端也比小端略宽,但这个差值还不能满足要求,还需要将大端齿槽两侧再多铣去一些。在铣床上铣削锥齿轮时,第一次进给铣出中间齿槽后,大端的齿形已得到,但槽宽尺寸未达到要求,所以,每一个齿槽一般都要铣三刀,以达到使大端齿槽两侧多铣去一些的目的,铣削锥齿轮齿槽两侧余量的加工称为偏铣。偏铣的原理是:一方面使工件偏转;另一方面移动工作台,使小端齿槽重新对准铣刀。利用工件偏转时大端和小端在垂直于进给方向(横向)上的偏移差值,使铣削余量由小端向大端逐渐增多,将大端多铣去一些。

        目前铣削锥齿轮时的偏铣方法很多,但由于锥距与齿宽之比(即R/b)不一致,以及节锥角和齿数等参数的不同,任何一种方法都不能适用于所有的锥齿轮加工,因此,只能按照具体情况选用,并在试切中加以纠正。常采用回转量与偏移量相结合的方法进行铣削,如图4所示。

        第一种方法。先计算偏移量S,工件绕本身轴线的回转量由试切确定。S值的计算方法也有几种,现介绍其中的一种计算公式式中,T为铣刀在中径处的厚度(mm);x为偏移系数(见表3)。


        以图4所示锥齿轮为例,若用齿轮卡尺从铣刀上测得T=2.58mm,从表3中查得x=0.266,则S=T/2-mx=2.58÷2-3×0.266=0.492(mm)。

        即加工时,当中间齿槽铣好后,把工作台横向偏移S=0.492mm,再摇分度手柄,使小端齿槽重新对准铣刀,记下手柄的回转量N,铣齿槽的一侧。铣削齿槽的另一侧时,应使工作台反向移动2S=0.984mm,手柄的反向回转量为2N。

        第二种方法。先计数分度头手柄的回转量N,工作台的偏移量S由试切确定。N值的计算方法也有几种,现介绍其中的一种式中,z为锥齿轮的齿数,齿数少时取4/z;齿数多时取5/z。

        第三种方法。是把分度头在水平面内偏转角度与偏移量相结合的方法进行铣削。先计算分度头和工件在水平面内的偏转角α,工作台横向的偏移量S由试切确定。可用如下近似公式计算


        式中,R为锥齿轮锥距(mm)。

        再以图4锥齿轮为例,则偏转角α为  

        该件属于回转体类零件,模数6mm,齿数为24,齿形角20°,螺旋角35°,精度等级五级。工件包括φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸,要求φ80js6外圆两处、φ75h6外圆相互同轴度0.008mm,并且要求齿的前锥面与φ80js6外圆基准A跳动公差在0.02 mm,弧齿锥齿轮齿部热处理淬火。其齿部为硬齿面,不易达到其精度要求。

        零件加工方案

        弧齿锥齿轮硬齿面精加工的主要方法有研齿和磨齿两种。研齿是传统的工艺方法,生产效率高,在热处理变形不大的情况下,研齿能改变有效齿形表面的粗糙度和接触位置,并稍微修正齿形和齿向误差。但对于消除径向圆跳动、周节误差、齿形误差和其他由于热处理变形引起的误差,研齿则无能为力。磨齿工艺可以获得很高的加工精度,过去仅用于精密传动和航空齿轮等特殊场合。按该零件的技术要求,制定了两种工件的加工方案。方案一是弧齿锥齿轮的热处理后硬齿面进行研齿,具体方法是通过数控车CKA6150按数控程序半精、精加工弧齿锥齿轮的前锥和背锥,并加工出两端面中心孔为工艺基准。万能磨床以中心孔为基准,磨削出φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸,保证其同轴度的要求;数控弧齿铣YKD2280采用五刀法加工齿部,可以使得齿部的接触区和表面质量较好。齿部热处理后,研磨齿部。方案二是弧齿锥齿轮热处理后硬齿面磨齿。具体方法是通过数控车CKA6150按数控程序半精、精加工弧齿锥齿轮的前锥和背锥以及φ110mm外圆做为找正基准,并加工出两端面中心孔为工艺基准;万能磨床以中心孔为基准,磨削出φ80js6外圆两处、φ75h6外圆主要尺寸,并且磨削φ110mm外圆做为找正基准,保证其与上述各外圆同轴度要求0.008mm,φ110mm外圆圆度在0.008mm;数控弧齿铣YKD2280采用单号单面法加工齿部,齿面两面各留磨量0.3mm。齿部热处理后,磨齿机磨削齿部。

        综上所述,随着数控弧齿锥磨齿机的推广和磨头功率的加大,磨齿效率已经和切齿效率相当,在机械、汽车和航天等行业获得了广泛的应用,适于大批量生产的高效、低成本、高质量的加工技术。故该零件的加工方案采用方案二执行。

        零件关键工序

        1)按工件的现状和材料,毛坯选择锻件,工件锻造后进行正火热处理,以细化内部晶粒组织,改善工件的切削性能。

        2)工件粗加工,粗加工后进行调质处理,提高工件的强度和韧性,使其具有较好的综合力学性能,并消除工件的内应力。

        3)工艺基准、安装基准和找正基准的确定。数控车在两端面上打出中心孔做为工艺基准,万能磨用顶尖顶起两端中心孔,磨削φ80js6外圆两处、φ75h6外圆、φ110mm外圆保证其同轴度,靠磨图1中61.97mm尺寸右端面保证其跳动在0.005mm内。将其中的φ110mm外圆做为找正基准,φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面作为安装基准。克林贝格磨齿机磨削齿部前,将工件以φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面作为安装基准,并与磨齿夹具安装,找正φ110mm外圆后磨削齿部。磨齿夹具结构如图2所示,其组成由件号1定位套与件号2工件配合安装;件号3为克林贝格磨齿机自带中间套,与件号1定位套配合组装后,利用件号2工件后端M10螺纹孔,与磨齿机M10螺杆连接后夹紧。


        4)数控车工序。在工件全长两端面上打中心孔,顶起按数控程序精车出前锥和背锥,其余外圆留出热处理后精加工磨量。

        5)数控弧齿铣工序:数控弧齿铣机床调整卡的计算,确定加工所需的项目参数,本件是以格里森单面切削法为基础计算各项目参数,计算公式可以参阅齿轮手册等工具书。主要项目参数见表1。数控弧齿铣加工各齿,上弧齿夹具,以φ80js6外圆及61.97mm尺寸右端面为安装,铣各齿齿厚留磨量0.3mm。

        6)万能磨工序。在齿部热处理前、后各有一道万能磨工序,磨削φ80js6外圆两处、φ75h6外圆、φ110mm外圆保证其同轴度,靠磨61.97mm尺寸右端面保证其跳动在0.005mm内。

        7)克林贝格磨齿机工序:利用KIMoS 5软件采用五刀法2–Trace磨削方式,经过优化可以得到最合理的数值,从而计算弧齿锥齿轮加工程序。根据计算出的弧齿锥齿轮加工程序,磨削各齿。机床在线检测后,经过komet反调,消除与计算程序之间误差,从而得出较为理想的接触区。


        精加工刀具的选择

        1.外圆、锥面加工

        选用山特维克刀具,刀体型号DCLNR 3225P 12,刀片型号CNMG12 04 08–WF。切削参数见表2。


        2.齿面磨削用刀具

        选择诺顿NORTON砂轮,型号5SG60–JVS,规格13.8×3.5×12″。切削参数见表3。


        结语

        采用上述加工方法加工后,该弧齿锥齿轮达到DIN2级,齿轮的啮合、接触区完全满足用户的要求。为用户提供了大批量制造高质量、低噪声的弧齿锥齿轮。

       

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