一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法

本发明涉及齿轮加工，具体涉及一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法。

背景技术：

1、齿轮传动广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域，其性能与寿命取决于齿轮的加工精度和表面质量。磨齿工艺作为齿轮加工的最终精整工序，直接影响齿轮的传递误差和传动噪声，因此，提高磨齿工艺的效率和精度成为齿轮制造领域的重要研究方向。

2、目前，齿轮的磨削工艺主要包括蜗杆砂轮磨削和成形砂轮磨削两种方式。蜗杆砂轮磨削采用连续展成法，该方法适合大批量生产，效率高，但由于磨削路径的连续性限制，难以获得齿面的极高精度和表面质量。成形砂轮磨削通过使用与齿形相匹配的成形砂轮进行精确仿形加工，能够显著提升齿面的加工精度和光洁度，然而成形砂轮磨削加工速度相对较慢，不适合大批量加工，且需要复杂的砂轮成形过程。

3、传统齿轮磨削工艺通常只选择蜗杆砂轮磨削或者成形砂轮磨削单一工序，难以满足现代制造对高精度、低成本、高效率的需求。复合磨削工艺逐渐成为研究热点，但多次装夹不仅增加生产时间，引入定位误差，影响最终的齿轮加工精度，同时工序的分离导致设备占用多，生产线布置复杂，整体效率较低。因此，现在亟需一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法来提高齿轮的生产精度及效率。

技术实现思路

1、针对现有齿轮磨削工艺通常只选择蜗杆砂轮磨削或者成形砂轮磨削单一工序，难以满足现代制造对高精度、低成本、高效率需求的技术问题，本发明提供一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，以实现“一机双工”高效磨削的技术效果。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，所述方法包括：

4、开展复合磨齿机床结构优化设计，具体为将蜗杆砂轮和成形砂轮同时安装在砂轮主轴上；

5、根据复合磨齿机床主轴结构共用滚轮修整装置，使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形，根据所述复合轴截面廓形规划修整路径完成蜗杆砂轮和成形砂轮的修整；

6、利用所述蜗杆砂轮对齿轮进行粗磨，粗磨后测量齿面最大磨削余量及最小磨削余量，根据所述最大磨削余量及最小磨削余量调整自动对中装置，利用所述成形砂轮对齿轮进行精磨。

7、进一步，所述开展复合磨齿机床结构优化设计，具体为将蜗杆砂轮和成形砂轮同时安装在砂轮主轴上，包括：

8、面向蜗杆砂轮与成形砂轮的快速更换与稳定装夹需求，复合磨齿机床采用双砂轮主轴设计，在同一磨削工位上安装蜗杆砂轮和成形砂轮两种不同的砂轮，同时配备通过人机界面开发的自动更换砂轮程序模块，实现在不拆卸砂轮的情况下自动切换蜗杆砂轮和成形砂轮；

9、所述自动更换砂轮程序模块包含砂轮类型选择、冷却液参数、安装位置以及安全检测；其中，砂轮类型选择为选择蜗杆砂轮或成形砂轮；冷却液参数为设置冷却液流量和类型，以确保最佳加工效果；安装位置为确认砂轮的安装位置和对中状态；安全检测为检查如防护装置状态在内的各项安全参数。

10、进一步，所述根据复合磨齿机床主轴结构共用滚轮修整装置，使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形，根据所述复合轴截面廓形规划修整路径完成蜗杆砂轮和成形砂轮的修整，包括：

11、所述共用滚轮修整装置安装在复合磨齿机床的立柱上，使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形，通过数字包络法计算出蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形，定义如下：

12、

13、其中，表示第i个包络点起点分别在砂轮和齿面坐标系中的位置，表示第i个包络点终点分别在砂轮和齿面坐标系中的位置，msg为齿轮与砂轮坐标系间的变换矩阵，定义如下：

14、

15、其中，β与α分别为齿轮绕z轴的旋转角度及砂轮安装角度，b为砂轮与齿轮的安装距离，zm为移动参数，改变移动参数zm以及砂轮安装角度α最终在砂轮计算平面形成廓形；

16、根据蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形以及修整步长生成共用滚轮修整样条程序，并用该程序手动替换掉机床自动计算生成的修整样条程序；在砂轮修整过程中，共用滚轮的运动轨迹始终从砂轮的端面修整至砂轮的宽度中心。

17、进一步，所述使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮时采用多步修整方式，将蜗杆砂轮廓形均匀离散，离散程度由具体要求的修整精度决定，定义如下：

18、

19、其中，θ表示离散程度，l表示具体的修整步长，r表示共用滚轮的修整半径。

20、进一步，所述利用所述蜗杆砂轮对齿轮进行粗磨，粗磨后测量齿面最大磨削余量及最小磨削余量，根据所述最大磨削余量及最小磨削余量调整自动对中装置，利用所述成形砂轮对齿轮进行精磨，包括：

21、根据齿轮的材料、尺寸、齿形要求以及表面粗糙度要求设置磨削参数，所述磨削参数包括蜗杆砂轮的转速、进给速度、切削深度以及成形砂轮的砂轮线速度、进给速度、行程数；利用蜗杆砂轮对齿轮进行粗磨，沿齿轮的螺旋线方向进行磨削，去除大部分的材料并初步形成齿形轮廓；测量磨削后左右齿面坐标点，根据测点数据判断绝对对中值c，并以单侧齿面最小磨削余量为0计算左右齿面最大磨削余量a1与b1、最小磨削余量a2与b2，根据最大、最小磨削余量调整对中值为c2进行磨削余量动态分配，若a1≥b1，则调整对中值c2为最终对中值，若a1＜b1，则最终对中值c3＝c2-a2-b2；确定对中值后使用自动对中装置对中，采用成形砂轮对齿轮进行精磨，成形砂轮依据设定的齿形曲线参数，对齿轮的每个齿面进行精确修整，确保齿形的几何精度和表面质量。

22、与现有技术相比，本发明提供的蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法具有以下优点：

23、1、蜗杆砂轮和成形砂轮在同一工艺过程中协同工作，能够同时完成齿轮的粗加工和精加工，蜗杆砂轮可以高效去除材料，而成形砂轮则能进行精确的齿形修整，缩短加工时间，提升生产效率。

24、2、蜗杆砂轮用于初步磨削，去除大部分材料，减少粗加工过程中产生的误差；而成形砂轮则用于最后的精加工，使齿轮齿面达到更高的精度和表面质量；复合磨削工艺减少了齿轮加工误差的叠加，提高了整体加工精度。

25、3、复合协同磨削方法可以在一个加工步骤中完成多个加工过程，减少了换刀次数和工艺转换时间，提升了生产的连续性，降低了设备和刀具的磨损。

26、4、本发明能够适用于不同规格、形状和材料的齿轮加工，通过调整蜗杆砂轮和成形砂轮的参数，可以灵活应对各种齿轮的加工要求，具体可应用于直齿、斜齿的磨削加工，能适应多种齿轮类型的加工需求。

27、5、由于该工艺能够提高效率、减少刀具磨损和换刀次数，同时降低了返工和修正的概率，从而整体降低了加工成本，特别是在大批量生产中，这种成本优势更为显著。

1.一种蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，其特征在于，所述开展复合磨齿机床结构优化设计，具体为将蜗杆砂轮和成形砂轮同时安装在砂轮主轴上，包括：

3.根据权利要求1所述的蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，其特征在于，所述根据复合磨齿机床主轴结构共用滚轮修整装置，使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮和成形砂轮复合轴截面廓形，根据所述复合轴截面廓形规划修整路径完成蜗杆砂轮和成形砂轮的修整，包括：

4.根据权利要求3所述的蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，其特征在于，所述使用共用滚轮修整装置修整蜗杆砂轮时采用多步修整方式，将蜗杆砂轮廓形均匀离散，离散程度由具体要求的修整精度决定，定义如下：

5.根据权利要求1所述的蜗杆砂轮与成形砂轮磨齿工艺复合协同磨削方法，其特征在于，所述利用所述蜗杆砂轮对齿轮进行粗磨，粗磨后测量齿面最大磨削余量及最小磨削余量，根据所述最大磨削余量及最小磨削余量调整自动对中装置，利用所述成形砂轮对齿轮进行精磨，包括：