大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削裝備的設(shè)計(jì)

覃日強(qiáng)覃軼科張映紅

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.柳州柳新汽車沖壓件有限公司，廣西 柳州 545006）

[特邀主持人欄目：裝備制造技術(shù)的改進(jìn)及應(yīng)用]

大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削裝備的設(shè)計(jì)

覃日強(qiáng)1覃軼科2張映紅1

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006；2.柳州柳新汽車沖壓件有限公司，廣西 柳州 545006）

針對(duì)現(xiàn)有大直徑內(nèi)齒輪輪齒仍采用插齒方法加工、加工效率低、震動(dòng)和噪聲污染大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)具有回轉(zhuǎn)和升降功能的工作臺(tái)的拉削4床。通過(guò)每次僅拉削內(nèi)齒輪的若干個(gè)輪齒，分若干次拉削循環(huán)的方法完成大直徑內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工，同時(shí)采用組合拉刀，其刀刃模塊結(jié)構(gòu)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可以有效提高大直徑內(nèi)齒輪輪齒的加工效率，降低制造費(fèi)用以及加工過(guò)程的震動(dòng)和噪聲污染。

大直徑內(nèi)齒輪；輪齒拉削裝備；制造技術(shù)

0 引 言

在內(nèi)齒輪輪齒等機(jī)械零件的內(nèi)表面機(jī)械加工中，用拉削的方法來(lái)加工，不僅加工效率高，加工過(guò)程的震動(dòng)噪聲也較低。然而，因受拉削機(jī)床能力限制，大直徑的內(nèi)齒輪仍然使用插齒的方法來(lái)加工，這種加工方式不僅加工效率低，加工過(guò)程產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲污染都較大。通過(guò)提高拉削機(jī)床拉削能力的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)大直徑內(nèi)齒輪輪齒的加工，其可行性不大。因此，如何通過(guò)改進(jìn)加工工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)大直徑內(nèi)齒輪輪齒的加工，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本和加工過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響是目前的重要課題。

1 大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削裝備的設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)的基本思路

為降低大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削加工的拉力，可在現(xiàn)有拉削機(jī)床的基礎(chǔ)上，將裝夾內(nèi)齒輪的工作臺(tái)由固定改成可轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，把拉削過(guò)程由一次分為數(shù)次，通過(guò)若干次拉削的方法完成大直徑內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工。同時(shí)，為適應(yīng)不同直徑內(nèi)齒輪的拉削加工要求，拉削機(jī)床的工作臺(tái)必須具備升降功能。內(nèi)齒輪輪齒拉削加工用的拉刀，目前多用整體式的結(jié)構(gòu)，這種拉刀的制造工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，刀具能刃磨的次數(shù)有限，壽命較低。因此，宜將內(nèi)齒輪拉刀設(shè)計(jì)成組合式的結(jié)構(gòu)，并將其中的刀刃制成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的刀刃模塊以降低制造成本。在刀具組合安裝時(shí)，將舊刀刃模塊刃磨后依磨損程度依次前置安裝，而新的刀刃模塊則后置安裝，可以大大提高拉削刀具的刃磨次數(shù)和使用壽命，有效降低內(nèi)齒輪的加工成本。

圖1 內(nèi)齒輪拉削機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 拉床的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上拉削機(jī)床的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)大直徑的內(nèi)齒輪輪齒拉削加工的機(jī)床，以液壓系統(tǒng)作為拉削加工的動(dòng)力，機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由油缸1、活塞拉桿2、隨動(dòng)支架3、刀夾4、組合拉刀5、刀桿導(dǎo)向裝置6、工作臺(tái)支座7、工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)8、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)9和床身10等組成。

由液壓系統(tǒng)給油缸1提供動(dòng)力，通過(guò)活塞拉桿2收縮帶動(dòng)組合拉刀5向左移動(dòng)，拉削加工內(nèi)齒輪的輪齒；隨動(dòng)支架3的作用是保持活塞桿2和組合拉刀5左側(cè)刀桿不因拉削加工的反力而偏移軸線；刀桿導(dǎo)向裝置6的作用是保持組合拉刀5不因拉削加工的反力而偏移拉刀軸線；工作臺(tái)支座7固定在床身10上，用于支撐回轉(zhuǎn)工作臺(tái)9及工件重量，以及拉削加工時(shí)的軸向反力；回轉(zhuǎn)工作臺(tái)9的作用為裝夾工件（內(nèi)齒輪），由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)配合加工過(guò)程的旋轉(zhuǎn)；工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)8由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)滾珠絲桿調(diào)整拉削機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的高度，以適應(yīng)不同直徑內(nèi)齒輪的拉削加工要求。大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削機(jī)床的工作原理如下：

操作液壓系統(tǒng)將油缸活塞桿2左移收回，卸掉非本次內(nèi)齒輪加工用的組合拉刀5，裝上待加工的內(nèi)齒輪到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)9上并夾緊，安裝并夾緊本次內(nèi)齒輪加工用的組合拉刀5，將油缸活塞桿2右移伸出至組合拉刀5的無(wú)刀刃處，調(diào)整工作臺(tái)升降機(jī)構(gòu)8高度至刀刃下邊與待加工的內(nèi)齒輪齒頂圓等高，即可進(jìn)行內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工。

在內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工過(guò)程中，在油缸活塞桿2的帶動(dòng)下組合拉刀5向左移動(dòng)，一次拉削加工內(nèi)齒輪的若干個(gè)輪齒后伸出至組合拉刀5的無(wú)刀刃處，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)9旋轉(zhuǎn)被加工齒輪相應(yīng)輪齒數(shù)的角度，完成一個(gè)加工循環(huán)；然后油缸活塞桿再次帶動(dòng)組合拉刀向左移動(dòng)，拉削加工內(nèi)齒輪的若干個(gè)輪齒后伸出至組合拉刀的無(wú)刀刃處，伺服電動(dòng)機(jī)再次驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)相同的角度，完成第二個(gè)加工循環(huán)。通過(guò)若干次“拉刀左移拉削齒輪—拉刀返回—旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)—拉刀左移拉削齒輪”循環(huán)完成大直徑的內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工。

1.3 組合拉刀的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上內(nèi)齒輪拉削組合刀具的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)組合拉削刀具如圖2所示，由拉刀桿1、刀刃模塊2、緊固套件3和刀桿導(dǎo)向裝置4等組成。組合拉刀采用上下非對(duì)稱式斷面結(jié)構(gòu)。拉刀桿1的作用是裝夾刀刃模塊，由緊固套件3進(jìn)行夾緊。刀刃模塊2根據(jù)被加工內(nèi)齒輪的模數(shù)、直徑和拉削機(jī)床的能力確定輪齒數(shù)，可以是1個(gè)或數(shù)個(gè)內(nèi)齒輪輪齒。拉削每種模數(shù)和直徑的內(nèi)齒輪的刀刃模塊采用同一個(gè)尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)，以簡(jiǎn)化制造工藝并降低制造成本。組合刀具在首次安裝時(shí)，按照從后到前（圖2中從右到左）的順序?qū)⒌度心K逐級(jí)磨小后組裝使用，使用磨損后最前面的刀刃模塊報(bào)廢，將其余各刀刃模塊分別磨小一個(gè)等級(jí)后，分別前移一個(gè)刀刃模塊位置安裝，后面補(bǔ)一個(gè)新的刀刃模塊后夾緊，即形成新的組合刀具。

圖2 組合拉刀結(jié)構(gòu)示意圖

2 應(yīng)用效果分析

大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削加工機(jī)床采用了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)并可升降的機(jī)床結(jié)構(gòu)，每次僅拉削內(nèi)齒輪的若干個(gè)輪齒，分若干次拉削循環(huán)的方法來(lái)完成一個(gè)大直徑內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工。同時(shí)，組合拉刀刀刃模塊采用統(tǒng)一尺寸的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有大直徑內(nèi)齒輪的輪齒加工方法相比，效果更好。2.1可大幅度提高大直徑齒輪輪齒的加工效率

由于大直徑內(nèi)齒輪輪齒拉削加工機(jī)床采用了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)并可升降的機(jī)床結(jié)構(gòu)，將拉削刀具切削刃設(shè)計(jì)成組合式結(jié)構(gòu)，刀刃模塊上只有數(shù)個(gè)內(nèi)齒輪輪齒，每次僅拉削內(nèi)齒輪的若干個(gè)輪齒，用分若干次拉削循環(huán)的方法來(lái)完成一個(gè)大直徑內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工。這種通過(guò)多次拉削循環(huán)的方法來(lái)完成齒輪的拉削加工，解決了受拉床能力等因素制約而不能拉削加工大直徑內(nèi)齒輪輪齒的問(wèn)題。與傳統(tǒng)的插齒加工方法相比，加工過(guò)程的往返輔助時(shí)間大幅縮短，加工效率明顯提高，成本也有所降低。

2.2 可大大降低大直徑齒輪加工采用插齒加工的震動(dòng)與噪聲

由于大直徑內(nèi)齒輪拉削加工裝備通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有拉床、拉削刀具的結(jié)構(gòu)，采用多次拉削的方法來(lái)完成大直徑內(nèi)齒輪輪齒的拉削加工，與現(xiàn)有大直徑內(nèi)齒輪輪齒仍采用插齒加工方法相比，這種方法產(chǎn)生的震動(dòng)和噪聲污染將大大降低。

2.3 拉削刀具制造難度和成本降低，壽命大大提高

大直徑內(nèi)齒輪拉削加工的刀具采用上下非對(duì)稱式組合拉刀結(jié)構(gòu)，組合拉削刀具由刀桿和刀刃模塊等組合而成，刀刃模塊采用統(tǒng)一尺寸標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)。組合拉刀磨損后，每次將前面第一個(gè)刀刃模塊報(bào)廢；其余磨損后的刀刃模塊分別每次每個(gè)刃磨一個(gè)等級(jí)，刃磨次數(shù)最多的刀刃模塊安裝在前面（圖2的左側(cè)），刃磨次數(shù)少的依次后置安裝，每次增加一個(gè)新的刀刃模塊安裝在最后面（圖2的右側(cè)）。采用這樣組合刀具結(jié)構(gòu)，刀刃模塊統(tǒng)一尺寸標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，拉削刀具的制造工藝和制造成本將大大降低，刀刃模塊的可刃磨次數(shù)大大提高，刀具的使用壽命大大延長(zhǎng)。

[1]覃日強(qiáng)，陳超山，等.一種大直徑的內(nèi)齒輪的拉削加工裝置：中國(guó)，CN201510220132.X.［P］.2015-07-22.

[2]胡占齊，崔云起，等.大型內(nèi)齒輪加工的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].工具技術(shù)，2009，（06）：17-21.

[3]陳永洪，張光輝.基于鼓形蝸桿傳動(dòng)理論的內(nèi)齒輪加工原理研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2012，（08）：18-24.

[4]連喜軍.插齒裝置在滾齒機(jī)上的設(shè)計(jì)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，（03）：49-51.

Design of Large Diameter Internal Gear Cylinder

QIN Ri-qiang1,QIN Yi-ke2&ZHANG Ying-hong1
（1 Liuzhou&Vocational and Technical College,Liuzhou Guangxi 545006,China;2 Liuzhou Liuxin Auto Stamping Co.LTD.,Liuzhou Guangxi 545006,China)

In order to solve the problem that the existing large-diameter internal gear teeth are still using the method of gear shaving,low machining efficiency,large vibration and noise pollution,etc.,the broaching machine with turning and lifting function is designed.Cutting a number of gear teeth,a number of broaching cycle method to complete the large diameter gear tooth broaching,and the use of combination broach,the blade module structure using a unified standard,will effectively improve the large diameter Gear tooth processing efficiency and reduce manufacturing costs,processing vibration and noise pollution will also be effectively reduced.

large diameter internal gear;gear teeth;design

TG57

A

11671-1084（2017）01-0002-03

DOI 10.16221/j.cnki.issn1671-1084.2017.01.001

2016-11-06

覃日強(qiáng)，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)?電技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備維修與管理；覃軼科，柳州柳新汽車沖壓件有限公司維修班指導(dǎo)員，研究方向?yàn)樵O(shè)備維修與管理；張映紅，碩士，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)?電設(shè)備維修與管理。