端面齿的高粘度磨齿工艺研究
作者：陈震 杨永江
来源：《科技创新导报》2011年第12期
摘 要:利用磨齿机磨削端面齿能够达到理想的精度要求, 满足各种盘类、轴类端面齿的磨齿要求, 解决类似离心式压缩机转子的主轴与叶轮端面齿结构连接的特殊要求。
关键词:端面齿 磨齿机
中图分类号:TP391 文献标识码: A 文章编号:1674-098X(2011)04(c)-0114-02
1 前言
我们通常看到的端面齿结构绝大部分应用在数控加工中心、数控加工机床中, 称为鼠牙盘端面齿盘, 起到工作台分度的作用。另外, 在离心式空气压缩机组中的主轴与叶轮的连接、靠传递扭矩的连接器等产品中也都有采用端面齿的形式, 随着端面齿应用领域的不断拓展, 对端面齿加工精度的要求也越来越高。研究端面齿的加工对我们国家工业的发展是非常有意义的。 考虑到端面齿的形状特点以及精度要求高, 加工难度大, 工业发达国家广泛采用成形平面磨床加工端面齿, 尺寸精度±0.005mm 、分度精度±1〞表面粗糙度Ra0.8μm。
离心式压缩机转子的主轴与叶轮多为轴孔配合过盈连接方式, 有时会出现设计结构限制、装配变形、叶轮拆装困难等现象, 为探索解决这些问题的方法, 改善离心式空气压缩机转子的加工、装配工艺, 提高产品质量, 满足压缩机系列产品的更新换代, 根据国际上利用端面齿结构保证主轴与叶轮的连接形式, 我们将对端面齿的精加工进行研究。我公司的大化产品和德国
MAN·GHH 公司设计制造的合成氨装置多轴离心空气压缩机主轴与叶轮的连接都是使用端面齿的结构。
2 端面齿结构特点和加工中的困难
端面齿的齿形分为直齿和弧齿, 我们这里研究的是直齿60°牙型向心端面齿结构。 以大化产品的CHDH.25-7主轴为例, 其结构形式(见图1) 。
因以前的设备只有分度铣或者坐标镗能够加工端面齿, 经试验均不能保证任意两齿间距偏差±0.01mm 和表面粗糙度Ra0.4的要求。沈阳机床厂的刀架车间有两台德国高精度的端面齿平面磨床, 齿面精度可以保证, 但是工件装卡高度却只有400mm, 也就是只能加工端齿盘类零件, 对于象CHDH.25-7长度为507mm 的轴类零件无能为力。
3 端面齿磨齿设备的开发及试件加工
德国纳尔斯ZP20数控圆柱齿轮磨齿机是一台集高精密、高柔性、高效率、多功能为一身的先进机床, 机床验收精度为DIN3级。从磨齿检测报告可以看出, 任意两齿的相邻齿距差均在±0.01mm 以下, 表面粗糙度达到Ra0.4, 最大磨削直径2000mm, 最大磨削高度达1300mm, 可以满足大化产品主轴和叶轮的端面齿磨齿要求。德国专家提出利用磨齿机的特殊功能, 使用不可修整的Φ120直径的CBN 砂轮及专用软件, 将端面齿磨臂附件(见图2) 安装到磨齿机的垂直溜板上, 磨臂的驱动靠主轴带动过渡轴, 再带动齿形带实现端面齿的磨齿工序。
按照设计图纸我们选择了CHDH.25-7主轴作为试验对象, 根据图纸的两端尺寸准备了两个试件。从汉江工具厂购进了一把φ75×60°的单角对称铣刀作为粗加工铣齿刀具。准备了一个带卡盘的磨齿胎具。
根据CHDH.25-7端齿的设计图纸尺寸, 一端端齿的内径为φ40,外径为φ60,齿高3.58/5.85,另一端端齿的内径为φ34,外径为φ50,齿高2.87/4.72,齿数均为24, 我们分别计算了两侧端齿的齿根角、砂轮越程, 然后将参数输入到各自的磨齿程序中。在程序中有两项参数需要确定, 一是测球直径, 二是测量尺寸KM, 这两项参数均是为了校正磨齿后的尺寸是否达到设计尺寸(见图3), 在经过反复核算、试验后, 确定了最终的磨齿程序。
将工件装卡在胎具上, 开始磨齿, 粗磨后与计算的测量尺寸比较, 确定余量再精磨齿, 精磨齿达到预置计算尺寸后进行测量。测量数据包括:实际测量尺寸KM 、左右齿齿距综合偏差Fp 、左右齿齿距单项偏差fp 、左右齿相邻齿距差fu 。根据设计要求:任意两齿间距偏差±0.01mm, 测量结果均符合要求(见图4) 。齿面粗糙度达到Ra0.4。
4 适合磨齿机的端面齿结构设计参数及加工工艺
根据磨齿机的规格、CBN 砂轮直径、磨端面齿附件的尺寸、工装胎具等相关因素, 我们确定了适合ZP20磨齿机加工的端面齿尺寸范围(如表1）:
根据试验结果我们初步确定了端齿加工的工艺:(1)为校正磨端齿机构, 在磨端齿前先要在端齿顶面上铣一个φ2的基准孔, 用φ75×60°的单角对称铣刀粗铣端面齿, 留余量0.6mm 。(2)按设计图纸计算齿根角、测球直径、测量尺寸。(3)工件装卡—— 找正——粗磨齿—— 测量—— 精磨齿—— 测量。
5 结论
利用大型数控精密磨齿机磨削端面齿, 解决了压缩机转子端面齿连接的加工工艺问题, 为压缩机转子结构设计提供了工艺保障。由于在端面齿的外径尺寸和长度上不再受到制约, 一些特殊结构的端面齿及大型高精度的数控机床分度鼠牙盘都可以考虑使用磨齿机来保证。 参考文献