一种修形外斜齿轮磨削用免修整CBN成型磨砂轮的设计方法与流程

本发明属于成型磨砂轮设计制备，涉及一种修形外斜齿轮磨削用免修整cbn成型磨砂轮的设计方法。

背景技术：

1、成型磨磨齿是一种齿轮精密磨削技术，广泛应用于汽车、工程机械、航空航天、风电、高铁、能源装备等齿轮传动系统。多用于有结构干涉的轴类零件磨齿，在内齿轮、大模数（mn＞10）风电、重型机械等传动齿轮磨削生产过程中不可被替代。普通成型磨齿采用刚玉类砂轮，由于刚玉类砂轮的结构及特性，砂轮必须穿杆安装，砂轮的线速度、使用寿命、修整频次、外径大小等诸多因素的影响导致成型磨磨齿的效率低。cbn磨料作为目前已知的硬度仅次于金刚石的超硬材料，是理想的齿轮磨材料，相较于普通刚玉类磨料优势明显，适合齿轮的高效成型磨削，是成型磨技术发展的方向。

2、cbn砂轮按照使用方式可分为可修整砂轮（烧结工艺）和免修整砂轮（单层电镀工艺）。可修整cbn成型磨砂轮磨削外斜齿齿轮时需要机床通过专用磨削程序，使用金刚滚轮修整砂轮廓形,由于cbn磨料硬度高，导致金刚滚轮磨损加剧，无法实现稳定、低成本的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种修形外斜齿轮磨削用免修整cbn成型磨砂轮的设计方法，通过对外斜齿齿轮磨削原理、高阶齿形修形原理、单层悬浮电镀工艺等技术，实现高效率、高寿命、低成本的渐开线外斜齿齿轮的成型磨齿加工。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种修形外斜齿轮磨削用免修整cbn成型磨砂轮的设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1，通过修形渐开线外斜齿齿面参数设计免修整cbn成型磨砂轮齿形及结构；

5、步骤2，根据修形渐开线外斜齿齿面粗糙度要求选择cbn磨料的粒度；

6、步骤3，根据步骤1得到免修整cbn成型磨砂轮齿形及结构，结合所选的cbn颗粒的尺寸等比例缩小砂轮的齿廓型线，设计出免修整cbn成型磨砂轮的基体廓形；

7、步骤4，按照步骤3设计的免修整cbn成型磨砂轮的基体廓形，使用高精度的仿形车床或曲面磨床加工基体，并采用单层悬浮电镀工艺将步骤2中选用的cbn磨料均匀的附着于基体上；

8、步骤5，使用金刚石砂轮对步骤4电镀好的cbn砂轮毛坯进行精磨修整，完成修形渐开线外斜齿轮的免修整cbn成型磨砂轮的制造。

9、本发明还包括如下技术特征：

10、具体的，所述修形渐开线外斜齿齿面参数包括：修形渐开线外斜齿齿轮齿部参数和修形渐开线外斜齿齿轮高阶齿形修形设计参数；

11、所述修形渐开线外斜齿齿轮齿部参数包括：法向模数、齿数、法向压力角、螺旋角、齿顶圆直径、齿根圆直径、法向分圆齿厚、有效起始圆曲率半径、有效终止圆曲率半径、轴交角，啮合中心距；

12、所述修形渐开线外斜齿齿轮高阶齿形修形设计参数包括：工件齿轮的修形分段点坐标、、，圆弧段的鼓形量、压力角修正量，抛物线段齿顶修形量。

13、具体的，所述步骤1中，根据高阶齿形修形设计参数计算修形曲线的坐标参数：

14、联立以下公式（1）、（2）、（3），计算渐开线外斜齿齿轮高阶齿形修形参数中的圆弧修形段圆弧的中心坐标点，圆弧半径，得圆弧修形段圆弧的坐标方程式，即圆弧修形段的修形控制点满足圆弧曲线：

15、（1）

16、（2）

17、（3）

18、根据以下公式（4）计算圆弧修形段与抛物线修形段相接处的修形曲线斜率：

19、（4）

20、联立公式（4）及以下公式（5）、（6），计算抛物线方程的系数、、，即抛物线修形段的修形控制点满足抛物线曲线：

21、（5）

22、（6）

23、根据修形曲线拟合精度将修形段离散为个分段，计算离散后的控制点；离散后的修形控制点横坐标即为被加工齿轮对应直径处的修形量，将齿厚的修形量转换到工件齿轮的端面齿形中就将得到修形后的齿轮端面齿形离散点，使用样条曲线拟合具有高阶齿形修形的端面齿形曲线。

24、具体的，所述步骤1中，根据所建立的修形渐开线外斜齿齿面与免修整cbn成型磨砂轮的啮合坐标系，确定修形渐开线外斜齿齿面在坐标系中的参数方程；

25、修形渐开线外斜齿齿面在坐标系中的方程为：

26、（7）

27、通过坐标转换至坐标系，左乘绕x轴旋转的转换矩阵：

28、（8）

29、（9）

30、其中，是免修整cbn成型磨砂轮与修形渐开线外斜齿齿面的中心距；是修形渐开线外斜齿齿面增加修形量以后的点处的半径；是处的极角；是修形渐开线外斜齿齿面绕坐标轴旋转的角度，面对轴正向，逆时针为正，反之为负；基圆半径；为螺旋面参数；为处端平面压力角；接触点在坐标系的坐标点为，在坐标系的坐标点为；参数中的表示曲线上点的个数，数值越大，拟合的曲线的精度越高。

31、具体的，所述免修整cbn成型磨砂轮磨削原理须满足圆弧与ef曲线在接触点处的斜率相等，曲线ef是齿轮实体在q-q截面的截线，q-q截面是过点沿垂直于轴的平面截开的免修整cbn成型磨砂轮剖切面；

32、接触线条件方程为：

33、（11）

34、（12）

35、其中，是修形渐开线外斜齿齿面与免修整cbn成型磨砂轮的轴交角；修形渐开线外斜齿齿面基圆螺旋角；接触线条件方程是关于的超越方程、在修形渐开线外斜齿齿面的端截面中参数、、、、、、为已知参数，给定一个能计算该点处的值，并利用迭代法、二分法算法快速计算参数的系列值。

36、具体的，根据所述接触线条件方程计算的，通过以下公式（13）计算值，值代入公式（9）能计算出坐标系中的接触点；

37、（13）。

38、具体的，通过以下公式（14）、（15）计算、：

39、（14）

40、（15）

41、其中，、为形线的坐标点，通过计算一系列的点利用样条曲线拟合砂轮的形线。

42、具体的，所述步骤2中，根据修形渐开线外斜齿齿面的表面粗糙度、电镀工艺、cbn砂轮修整量、cbn砂轮磨削修形渐开线外斜齿齿面的应用经验综合选择cbn颗粒粒度。

43、具体的，所述齿面粗糙度要求≤ra0.1、ra0.2、ra0.4、ra0.6、ra1.0、ra1.6分别依次对应选用325/400、270/325、230/270、200/230、170/200、140/170粒度的cbn颗粒用于制造免修整cbn成型磨砂轮。

44、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

45、本发明采用单层悬浮正向电镀工艺制造免修整cbn成型磨砂轮较常用的普通刚玉磨料（或微晶刚玉磨料）的成型磨砂轮的磨削过程中无砂轮修整过程，大幅降低成型磨齿的单件加工时间，提高了生产效率，减少设备、修整工具的投入成本。

46、本发明免修整cbn成型磨砂轮较普通刚玉磨料（或微晶刚玉磨料）磨料耐磨性高，单个砂轮的寿命成几十倍的增加，被加工齿轮的齿廓保持性好。

47、本发明免修整cbn成型磨砂轮在磨削过程中无火花产生，局部热损伤风险较弱，较普通刚玉磨料砂轮能提高磨后齿面的残余压应力值，提升齿轮的抗疲劳寿命及服役特性。

48、本发明免修整cbn成型磨砂轮较普通刚玉磨料砂轮可设计成整体杆式，不需要刀杆及安装孔，砂轮的外径尺寸可制造的更小，可应用于更窄退刀的结构的齿轮。