环面蜗杆小中心距磨削加工方法

摘要

本发明是有关于一种环面蜗杆小中心距磨削加工方法，是通过在环面蜗杆建立平面静坐标系XOZ，在与环面蜗杆之间的中心距离为a的并与环面蜗杆以一定的传动比对应配合的蜗轮建立平面静坐标系X0O0Z0，及在设有砂轮的回转工作台上建立平面动坐标系X1O1Z1；使回转工作台的回转轴线与O0点重合，使砂轮的磨削面与在平面静坐标系X0O0Z0中确定的对应于蜗轮的基圆的圆相切；使回转工作台绕自身的回转轴旋转，由砂轮的磨削面在环面蜗杆齿部磨削加工的起始位置和终止位置时的平面动坐标系X1O1Z1的O1点在平面静坐标系X0O0Z0中的坐标圆弧插补的牵连运动和砂轮的磨削面在平面动坐标系X1O1Z1中绕O1点回转的相对运动合成环面蜗杆齿部磨削加工过程中砂轮的磨削面的绝对运动轨迹，完成对环面蜗杆齿部的加工。

说明书

技术领域

本发明属于数控机床加工领域，特别是涉及一种可以以一般规格的磨 头实现环面蜗杆小中心距磨削加工的方法。

背景技术

目前，在蜗轮蜗杆传动中圆柱蜗轮蜗杆传动的应用比较广泛。圆柱蜗 轮蜗杆传动的传动比大，并且具有自锁性，其缺点是轮齿接触的重合度小 于2，磨擦系数大，因此圆柱蜗轮蜗杆传动的传动效率低，寿命短。环面蜗 轮蜗杆传动不仅具有圆柱蜗轮蜗杆传动的优点，还由于其蜗杆是以环面包 围蜗轮，并且蜗杆包围蜗轮的齿数一般为蜗轮齿数的十分之一，因此在相 同体积的条件下，环面蜗轮蜗杆传动的承载能力要比圆柱蜗轮蜗杆传动大 得多。并且环面蜗轮蜗杆传动还易于在轮齿表面建立动压油膜，因此环面 蜗轮蜗杆传动的摩擦系数小，传动效率高，节省能源。同时，环面蜗轮蜗 杆传动还具有可磨削性，能达到DIN标准三级，齿面粗糙度优于Ra0.4。而 且环面蜗轮蜗杆传动还具有运行平稳、噪音低、寿命长等优点。另外，由 于环面蜗轮蜗杆传动同时接触的齿数多，用于分度时，可平均误差，因此 在同等机床加工条件下，可提高尺寸精度。但是由于环面蜗杆的加工比较 复杂，所以环面蜗轮蜗杆传动的应用比较少。

目前，环面蜗杆的齿部主要是在滚齿机或者改装的车床上磨削加工而 成。由于蜗轮蜗杆传动属于交错轴传动，蜗轮和蜗杆齿面接触时相对滑移 速度比较大，为了降低齿面间的摩擦，蜗杆齿面必须具有良好的光洁度和 硬度，因此在磨削加工后还要对蜗杆齿面进行淬火和精磨处理。在磨削加 工时，蜗杆绕自身轴线作回转运动，磨头放在距离蜗杆轴线一定距离的回 转工作台上，绕工作台的轴线按照一定的传动比进行磨削加工。在环面蜗 轮蜗杆传动具有小中心距时，其环面蜗杆的加工，为了保证安装在磨头的 回转盘上的砂轮回转轴的刚性，砂轮回转轴不能太细，如果使用小的砂轮， 那么加工时工件容易与砂轮回转轴和夹持装置发生干涉，从而撞坏工件； 或者磨削深度达不到齿面深度的要求，致使无法加工。所以用于具有小中 心距的环面蜗轮蜗杆传动的蜗杆的磨削加工的砂轮要选直径大一些的，这 样磨头的结构尺寸也会比较大；另外，如果回转工作台受到机床本体的限 制，不能做的太大，当加工具有小中心距的环面蜗轮蜗杆传动机构的环面 蜗杆时，由于回转工作台的尺寸比较小，距离蜗杆回转轴线的距离比较近， 而磨头的结构尺寸比较大，在回转工作台不动的情况下，势必要通过移动 磨头远离蜗杆，才能够保证正常的磨削。这样会造成磨头悬空，从而大大 降低机床的刚性，影响工件的磨削质量。

由此可见，上述现有的环面蜗杆磨削加工方法在方法与使用上，显然 仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题， 相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计 被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是 相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的环面蜗杆小中心距磨 削加工方法，使其可以以一般规格的磨头实现环面蜗杆小中心距的磨削加 工，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于此，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验 及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的 环面蜗杆小中心距磨削加工方法，能够改进一般现有的环面蜗杆磨削加工 方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及 改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的环面蜗杆削加工方法存在的缺陷，而 提供一种新的环面蜗杆小中心距磨削加工方法，所要解决的技术问题是使 其可以在普通的数控车床上用一般规格的磨头就能够加工具有小中心距的 环面蜗轮蜗杆传动机构的环面蜗杆，避免了在加工具有不同中心距的传动 机构的环面蜗杆时需要换装不同规格的磨头，提高了磨头的通用性和磨削 具有小中心距的环面蜗轮蜗杆传动机构的环面蜗杆的机床的刚性，非常适 于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据 本发明提出的一种环面蜗杆小中心距磨削加工方法，其是以环面蜗杆所在 的回转轴线为Z轴建立第一平面静坐标系XOZ，所述环面蜗杆绕所述Z轴 做旋转运动；以与所述环面蜗杆之间的中心距离为a的并与所述环面蜗杆 以一定的传动比对应配合的蜗轮的回转轴映射在所述第一平面静坐标系 XOZ中的点为O₀点建立第二平面静坐标系X₀O₀Z₀，并在所述第二平面静坐 标系X₀O₀Z₀中以所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点为圆心确定对应于所 述蜗轮的基圆的圆（6）；其中，所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀的Z₀轴与所 述第一平面静坐标系XOZ的Z轴平行，所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点 位于所述第一平面静坐标系XOZ的X轴上，且所述第一平面静坐标系XOZ 的X轴与所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀的X₀轴方向相同；在设有砂轮的回 转工作台上建立平面动坐标系X₁O₁Z₁；将所述回转工作台的设置于所述第二 平面静坐标系X₀O₀Z₀中，使所述回转工作台的回转轴线在所述第二平面静坐 标系X₀O₀Z₀中映射的点与O₀点重合，使所述砂轮的磨削面在所述第二平面 静坐标系X₀O₀Z₀中与对应于所述蜗轮的基圆的圆（6）相切，使在所述环面 蜗杆齿部磨削加工的起始位置（4）的所述砂轮的磨削面与所述砂轮的回转 轴线（O₁M₁）的交点位于O₁点；其中由所述砂轮的磨削面与对应于所述蜗 轮的基圆的圆（6）相切的点（A₁、A₂）与所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀的 O₀点确定与所述砂轮的磨削面垂直的半径（O_oA₁、O_oA₂），所述砂轮的回转 轴线（O₁M₁、O₂M₂）与所述半径（O_oA₁、O_oA₂）平行；使所述回转工作台 绕所述回转工作台的回转轴旋转；所述砂轮的磨削面由所述环面蜗杆齿部 磨削加工的起始位置（4）绕O₀点沿对应于所述蜗轮基圆的圆（6）转过一 定角度到达所述环面蜗杆齿部磨削加工的终止位置（5），由所述砂轮 的磨削面在所述起始位置（4）和所述终止位置（5）时所述平面动坐标系 X₁O₁Z₁的O₁点在所述第二平面静坐标系X₀O₀Z₀中的坐标圆弧插补所述平面 动坐标系X₁O₁Z₁的牵连运动和所述砂轮的磨削面在所述平面动坐标系X₁O₁Z₁中绕O₁点回转的相对运动，由所述牵连运动和所述相对运动合成在所述环 面蜗杆齿部磨削加工过程中所述砂轮的磨削面的绝对运动轨迹。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方 案，本发明环面蜗杆小中心距磨削加工方法至少具有下列优点及有益效果： 本发明可以在普通的数控车床上用一般规格的磨头实现对具有小中心距的 环面蜗轮蜗杆传动机构的环面蜗杆的磨削加工，避免了在加工具有不同中 心距的传动机构的环面蜗杆时需要换装不同规格的磨头，提高了磨头的通 用性和磨削具有小中心距的环面蜗轮蜗杆传动机构的环面蜗杆的机床的刚 性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明环面蜗杆小中心距磨削加工方法的原理示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的环面蜗杆小中心距磨 削加工方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图 式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,应 当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且 具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明 加以限制。

请参阅图1所示，是本发明环面蜗杆小中心距磨削加工方法的原理示 意图。本发明环面蜗杆小中心距磨削加工方法，首先是以环面蜗杆所在的 回转轴线为Z轴建立平面静坐标系XOZ，并使环面蜗杆绕Z轴做旋转运动。 而以与环面蜗杆之间的中心距离为a的并与环面蜗杆以一定的传动比对应 配合的蜗轮的回转轴映射在平面静坐标系XOZ中的点为O₀点建立平面静坐 标系X₀O₀Z₀，并且在平面静坐标系X₀O₀Z₀中以平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点为 圆心确定对应于该蜗轮的基圆的圆6。其中，平面静坐标系X₀O₀Z₀的Z₀轴与 平面静坐标系XOZ的Z轴平行，所述平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点位于平面静 坐标系XOZ的X轴上，且平面静坐标系XOZ的X轴与平面静坐标系X₀O₀Z₀的X₀轴方向相同。同时在设有砂轮的回转工作台上建立平面动坐标系 X₁O₁Z₁。

然后，将回转工作台的设置于平面静坐标系X₀O₀Z₀中，使回转工作台的 回转轴线在平面静坐标系X₀O₀Z₀中映射的点与O₀点重合，使砂轮的磨削面 在平面静坐标系X₀O₀Z₀中与圆6相切，使在环面蜗杆齿部磨削加工的起始位 置4的砂轮的磨削面与砂轮的回转轴线O₁M₁的交点位于O₁点。其中由砂轮 的磨削面与圆6相切的点与平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点确定与砂轮的磨削 面垂直的半径，砂轮的回转轴线与该半径平行。

之后，使回转工作台绕回转工作台的回转轴旋转，砂轮的磨削面由环 面蜗杆齿部磨削加工的起始位置4绕O₀点沿圆6转过一定角度到达环面蜗 杆齿部磨削加工的终止位置5。如图1所示，在砂轮的磨削面位于环面蜗杆 齿部磨削加工的起始位置4时，砂轮的磨削面与圆6相切的点A₁与平面静 坐标系X₀O₀Z₀的O₀点确定与砂轮的磨削面垂直的半径O_oA₁，砂轮的回转轴线 O₁M₁与半径O_oA₁平行；在砂轮的磨削面位于环面蜗杆齿部磨削加工的终止 位置5时，砂轮的磨削面与圆6相切的点A₂与平面静坐标系X₀O₀Z₀的O₀点 确定与砂轮的磨削面垂直的半径O_oA₂，砂轮的回转轴线O₂M₂与半径O_oA₂平 行。

最后，由砂轮的磨削面在起始位置4和终止位置5时平面动坐标系 X₁O₁Z₁的O₁点在平面静坐标系X₀O₀Z₀中的坐标圆弧插补平面动坐标系X₁O₁Z₁的牵连运动和砂轮的磨削面在平面动坐标系X₁O₁Z₁中绕O₁点回转的相对运 动，并由牵连运动和相对运动合成在环面蜗杆齿部磨削加工过程中砂轮的 磨削面的绝对运动轨迹。在实际加工过程中砂轮的磨削面即是按照此绝对 运动轨迹运动完成对环面蜗杆齿部的加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但 凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。