[其他]高精度弧面蜗杆-球面蜗轮副的加工方法

说明书

本发明系一种用于机械传动，尤其适用于精密分度传动的高精度弧面蜗杆-球面蜗轮副的加工方法。

由于弧面蜗杆比圆柱蜗杆重叠系数大，啮合齿数多，包络性能好，因而历来常优于圆柱蜗杆用在机械冶金、矿山的重载传动中。但如何充分发挥此种蜗杆性能，使其既能用于重载传动又同时能用于精密分度传动，从而使弧面蜗杆应用产生新的突破，是目前世界上尚未解决的问题。例如工业上广泛采用的Hindley蜗杆、Wildbaber蜗杆，各国都曾对其加工及提高精度进行了大量的研究。近年来虽然已研究出各种提高磨削蜗杆、蜗轮精度的方法。例如苏联的伊·阿·列别捷夫，日本的宫崎等人，研制出结构极其复杂的Hindley蜗杆磨削装置，以及我国郑州机械研究所、秦川机床厂，日本的长岗技科大学，借助专门的测齿仪，增加了一道逐齿研磨蜗轮的工序，成功地造出了较高精度的弧面蜗杆-平面齿蜗轮副。但由于采用了这些辅助手段，工艺非常复杂，加工周期相当长，成本也很高，不可能实现批量生产。日本著名齿轮学者酒井高男教授曾于一九八○年八月在美国旧金山举行的国际动力传动与齿轮装置会议上发表论文：“一种高承载能力的弧面蜗杆传动已经发明，并预期它是有用的，然而容易地制造出此种蜗轮的方法还尚待解决，因为要得到精密蜗轮是十分困难的”。八五年四至五月，经检索美国专利库8号、23号、24号文档库及德温特专利文献库，均未找到精密弧面蜗杆-球面蜗轮副加工方法的有关专利。

本发明的任务就是为解决加工高精度弧面蜗杆-球面蜗轮副提供了一种工艺简单，加工周期短、成本低廉，易于批量生产的崭新的加工方法。

本发明主要特征是加工弧面蜗杆-球面蜗轮在同一蜗轮母机（或滚齿机）上，同一分度传动链中，分别用二把同齿形的镶有硬质合金刀片的直刃切削刀具，以先加工球面蜗轮后加工弧面蜗杆的顺序加工而成。不再采用磨削，在加工球面蜗轮与弧面蜗杆中间进行一次移位“变弧自对双刀”，而且切削刀具的刀刃倾斜方向与球面蜗轮、弧面蜗杆啮合中心连线的方向倾斜。这样有利于提高球面蜗轮、弧面蜗杆的精度和光洁度。

依本发明提供的方法，被加工球面蜗轮、弧面蜗杆以加工先后次序分别安装在同一蜗轮母机（或滚齿机）的工作台和刀架上。现结合附图详述。图1加工球面蜗轮示意图，1为刀杆，2为两把直刃切削刀具，其上镶有硬质合金刀片，3为待加工的球面蜗轮。加工时球面蜗轮经校准其端面和外圆，精确安装于蜗轮母机（或滚齿机）的工作台上，然后将刀杆1安装于蜗轮母机（或滚齿机）的刀架上，而切削刀具2按需要的间距尺寸装入刀杆1两端的方孔内并严格调整对称于蜗轮母机（或滚齿机）工作台的中心，之后即可开动机床按规定的传动比连续分度，径向进给切削球面蜗轮齿面至规定的中心距，加工即告完成。此时用百分表指示其所在的位置。图2系切制球面蜗轮的两把直刃切削刀具2与切制弧面蜗杆的两把直刃切削刀具4进行移位“变弧自对双刀”示意图。对刀前，根据百分表原先切毕球面蜗轮指示的所在位置，将蜗轮母机（或滚齿机）工作台往外偏移一定距离，即由O₁移到O₂处，其偏移距离O₁O₂为0.2～0.5mm最佳值为0.25～0.35mm。5为胎具。对刀时首先严格校准胎具5外圆与蜗轮母机（或滚齿机）工作台廻转中心同心，然后将切制弧面蜗杆的两把直刃切削刀具4利用透光法与原先切制球面蜗轮的两把直刃切削刀具2进行对刀，并将刀具4紧固于胎具5上。对刀即告完毕。

图3系加工弧面蜗杆示意图。4为两把直刃切削刀具，其上镶有硬质合金刀片，5为胎具，6为待加工的弧面蜗杆，7为刀盒，8为梯形螺母，9为螺栓，10为调节螺栓。加工时对其胎具5及两把直刃切削刀具4全已在对刀时精确定位，现不再调整。只把待加工的弧面蜗杆6安装于蜗轮母机（或滚齿机）刀架上，随后启动机床，与切制球面蜗轮的同样传动比进行连续分度径向切削，刀具4作廻转运动，直到规定的中心距（即切毕球面蜗轮，百分表所指示的位置），加工即告完毕。

采用本发明的加工方法，有如下优点：①在相同设备上，加工出的弧面蜗杆-球面蜗轮副比同规格的圆柱蜗轮副精度提高二至三级。球面蜗轮副精度稳定超过JB162-60三级，其中累积误差、运动误差达到零级。②解决了蜗轮、蜗杆齿形一致性问题。从齿形接触斑点检查，蜗杆旋转 1/4 转时，蜗杆包容齿接触100%，齿高达80%以上。③由于采用移位“变弧自对双刀”加工蜗杆，蜗杆无需倒坡和修形，省掉了蜗杆加工中极为复杂的工序。④解决了蜗杆的中心啮合位置与蜗轮中心发生轴向变位时对精度的影响。曾人为地使蜗杆沿其轴向移位0.05mm，其精度在两个旋向上均无明显变化，误差值变化仅在一秒以内，从而很好地解决了蜗轮副因温度变化影响精度的问题。⑤弧面蜗杆硬度达HRC50～55，光洁度8。节省了磨削工序。⑥加工周期短，工艺经济，实用推广意义大，任何制造厂只需配备一台精密滚齿机即可自行制造，适于批量生产，特别有利于单件及小批量生产。⑦对研制高精度、高效率、高承载的齿轮加工机床具有重大意义。