一种内齿轮轮齿的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内齿轮轮齿的加工方法，属于机械精加工技术领域。
【背景技术】
[0002]从机械原理和齿轮加工工艺及原理可知，内齿轮轮齿的渐开线是基圆内的扩展曲线，无法使用加工精度较高的范成法磨齿加工工艺制造内轮齿。同时，用正常啮合的外齿轮作为碾压齿轮，现有碾压设备无法控制内齿轮齿面的变形均匀性和啮合齿轮对的侧隙，从而无法实现内齿轮要求的啮合精度，因此范成法加工工艺一直未能在内齿轮轮齿加工中成功实施。
[0003]现有技术中，内齿轮加工通常采用插齿、拉齿、成型铣削等成型法加工方法，但使用以上方法加工的内齿圈轮齿制造精度较低，一般不超过7级，导致齿轮在内啮合传动中产生振动、噪声、附加动载荷等，降低了齿轮的承载能力、寿命和可靠性，不能满足中高端设备对精确传动的要求。
[0004]内啮合齿轮传动是行星齿轮的必要啮合方式，当行星减速器内齿圈精度较低时，提高与其相啮合的齿轮精度并不能提高传动的综合精度。正因为现有内齿圈加工精度较低(不超过7级)，造成我国行星减速器的传动精度和传动效率得不到提高，中高端行星减速器只能依赖进口，而进口减速器设备价格昂贵，极大限制了行星减速器的发展应用。
[0005]发明名称为“一种组装式内齿轮”，公开日:2009年6月24日，公开号为:CN101463894A，公开了一种组装式内齿轮，包括环形齿轮体和至少由一个轮齿构成的轮齿单元，轮齿单元沿圆周并列设置在环形齿轮体内侧构成内齿轮，轮齿单元与齿轮体的连接为销连接、螺纹连接或过渡配合连接。该发明通过将内齿轮设计成可组装的结构，实现了将内齿轮加工转换为外齿轮加工，简化了加工工艺，提高了轮齿加工精度，但是，组装式齿轮结构的整体性和整体强度差，其连接部位正是齿轮的主要受力位置，使齿轮在传动中极易出现由于连接部位强度不足，而影响齿轮的正常转动，甚至结构破坏，并且装配式齿轮结构加工和装配复杂、成本较高，装配误差对齿轮整体强度影响很大，因而不能适用中高端的重载高速行星减速器中。发明名称为:“直线一渐开线齿廓内啮合圆柱齿轮副”，公开日:2009年7月8日，公开号:CN 101476614A，公开了直线一渐开线齿廓内啮合圆柱齿轮副，将内齿轮的齿廓由渐开线改为直线，砂轮只需直线修整就可成形磨齿，从而降低加工难度，提高精加工效率和加工精度。但是，内齿轮齿廓由渐近线改为直线，极大地降低了齿轮的啮合性能和综合力学性能，以及降低了齿轮的传动效率，因而未能从根本上解决内齿轮的加工精度问题，也不能适应中高端的重载高速行星减速器的要求。
【发明内容】
[0006]本发明为克服现有技术内齿轮轮齿的范成法加工方法不能适用，成型法加工方法存在的加工精度低、齿轮承载力不足、不能满足中高端减速器的要求，组装式内齿轮存在的整体性和整体强度差、承载力低，以及直线型内轮齿的啮合性能差、传动效率低的缺陷与不足，提供一种内齿轮轮齿的范成法加工方法，能够显著提升轮齿加工精度和表面强度，以及齿轮的承载力和综合力学性能，能够应用于中高端行星减速器的内齿圈的加工中，加工出具有较高精度的内齿圈，满足中高端行星减速器要求的较高的传动精度和传动效率，并且行星减速器的运行平稳性和可靠性好，运行噪音、振动小。
[0007]本发明为实现技术目的采用的技术方案是:
一种内齿轮轮齿的加工方法，包括以下步骤:
(1)加工碾压外齿轮，所述碾压外齿轮的精度为5级以上，侧隙为模数的5%?10%；
(2)计算碾压外齿轮齿面轮廓形状，通过数字模拟和实验修正，得到碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线；
(3)根据步骤(2)所得的碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线，对碾压外齿轮进行磨齿修形加工；
(4)加工内齿轮毛还，所述内齿轮毛还精度为7?8级；
(5)对内齿轮毛坯进行正火或调质热处理；
(6)用步骤(3)得到的碾压外齿轮，对步骤(5)得到的内齿轮毛坯进行正转和反转的碾压加工，碾压速度为3?20rpm，碾压速度的递增速度为每分钟4?6rpm，碾压变形量为
0.05 ?0.4mm ；
(7)对碾压后的内齿轮在高速跑合机上进行渐变荷载和渐变跑合，完成精度为6?7级的内齿轮轮齿加工。
[0008]特别的，在步骤(3)中，对碾压外齿轮磨齿修形加工的最大修形量控制在模数的2%以内。
[0009]特别的，在步骤(1)中碾压外齿轮的精度为5级，步骤(4)的内齿轮毛坯精度为7级，步骤(7)得到的内齿轮精度为6级。
[0010]与现有技术相比，本发明的特点是:
1.通过数字模拟和实验修正，得到碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线，实现对碾压外齿轮齿面轮廓的精确修形，从而提高碾压加工内齿轮的精度。
[0011]2.提高内齿轮毛坯的精度，从而使碾压变形量能够控制在较小范围内，通过对碾压变形量的有效控制，实现对内齿轮齿面的变形均匀性和啮合齿轮对的侧隙的精确控制，从而显著提升内齿轮的综合加工精度。
[0012]3.控制较慢的碾压速度和碾压速度的递增加速度，在保证碾压加工效率的前提下，消除过快的碾压速度造成对轮齿晶格内部性能的不良影响，提高齿面强度和齿轮承载力。
[0013]4.本方法通过对多种参数的严格控制，实现了加工精度较高的范成法加工工艺在内齿轮加工上的突破，解决了范成法一直无法实现对内齿轮加工的技术难题，显著提升了内齿轮的加工精度。
[0014]5.本方法可应用于行星减速器的内齿圈加工中，解决现有行星减速器的内齿圈制造精度无法超过7级的技术瓶颈，将内齿圈制造精度提高至6级甚至6级以上，从而显著提升了行星减速器的传动精度、传动效率、运行平稳性和可靠性等综合性能，能够满足中高端行星减速器的要求。
【具体实施方式】
[0015]以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0016]本发明提供的内齿轮轮齿加工方法，包括以下步骤:
1)加工精度为5级以上的碾压外齿轮，侧隙为齿轮模数的5%?10%。碾压外齿轮的精度应当高于内齿轮加工精度一级，现有中高端行星减速器的内齿圈精度要求一般为6级，因而需要加工精度为5级的碾压外齿轮。
[0017](2)计算碾压外齿轮齿面轮廓形状，通过数字模拟和实验修正，得到碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线。
[0018](3)根据步骤(2)所得的碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线，对碾压外齿轮进行磨齿修形加工。碾压外齿轮的修形的最大修形量控制在模数的2%以内。
[0019](4)加工毛坯精度为7?8级的内齿轮毛坯，控制后续的碾压加工步骤的碾压变形量，实现提高碾压加工的精度的目的。
[0020](5)对内齿轮毛坯进行正火或调质热处理。
[0021](6)用步骤(3)得到的修形后的碾压外齿轮，对经正火或调质热处理的内齿轮毛坯进行正转和反转的碾压加工，碾压速度为3?20rpm，碾压速度的递增速度为每分钟4?6rpm,碾压变形量为0.05?0.4mm。
[0022]现有技术内齿轮加工的碾压速度一般为15?25rpm，碾压变形量为0.8mm左右，本方法显著降低了碾压速度和碾压变形量。本方法通过控制碾压速度和碾压速度的递增加速度，消除过快的碾压速度造成对轮齿晶格内部性能的不良影响，提高齿面强度和齿轮承载力；通过对碾压变形量的有效控制，实现对内齿轮齿面的变形均匀性和啮合齿轮对的侧隙的精确控制，从而显著提升内齿轮的综合加工精度。
[0023]7)对碾压后的内齿轮在高速跑合机上进行渐变荷载和渐变跑合，完成精度为6?7级的内齿轮轮齿加工。
[0024]本方法可应用于行星减速器的内齿圈加工中，解决现有行星减速器的内齿圈制造精度无法超过7级的技术瓶颈，将内齿圈制造精度提高至6级甚至6级以上，从而显著提升了行星减速器的传动精度、传动效率、运行平稳性和可靠性等综合性能，满足中高端行星减速器的要求。
[0025]以上对本发明的实施例做了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨前提下做出各种变化。在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。
[0026]本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种内齿轮轮齿的加工方法，其特征在于包括以下步骤:(1)加工碾压外齿轮，所述碾压外齿轮的精度为5级以上，侧隙为模数的5%?10%； (2)计算碾压外齿轮齿面轮廓形状，通过数字模拟和实验修正，得到碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线； (3)根据步骤(2)所得的碾压外齿轮的齿顶与齿根的高次样条修形曲线，对碾压外齿轮进行磨齿修形加工； (4)加工内齿轮毛还，所述内齿轮毛还精度为7?8级； (5)对内齿轮毛坯进行正火或调质热处理；(6)用步骤(3)得到的碾压外齿轮，对步骤(5)得到的内齿轮毛坯进行正转和反转的碾压加工，碾压速度为3?20rpm，碾压速度的递增速度为每分钟4?6rpm，碾压变形量为0.05 ?0.4mm ； (7)对碾压后的内齿轮在高速跑合机上进行渐变荷载和渐变跑合，完成精度为6?7级的内齿轮轮齿加工。2.根据权利要求1所述的一种内齿轮轮齿的加工方法，其特征在于:步骤⑶中，对碾压外齿轮磨齿修形加工的最大修形量控制在模数的2%以内。3.根据权利要求1所述的一种内齿轮轮齿的加工方法，其特征在于:步骤(I)中碾压外齿轮的精度为5级’步骤(4)的内齿轮毛还精度为7级’步骤(7)得到的内齿轮精度为6级。
【专利摘要】一种内齿轮轮齿的加工方法，包括：加工精度为5级以上、大侧隙的碾压外齿轮；设计碾压外齿轮齿面轮廓形状的高次样条修形曲线；对碾压外齿轮进行磨齿修形加工；加工精度为7～8级的内齿轮毛坯；对内齿轮毛坯进行正火或调质热处理；对内齿轮毛坯进行正转和反转的碾压加工，碾压速度为3～20rpm，碾压速度的递增速度为每分钟4～6rpm，碾压变形量为0.05～0.4mm；对碾压后的内齿轮在高速跑合机上进行渐变荷载和渐变跑合，完成精度为6～7级的内齿轮轮齿加工。本发明提供的内齿轮轮齿加工方法，通过对多种参数的严格制，实现了加工精度较高的范成法碾压加工工艺在内齿轮加工上的应用，显著提升了内齿轮的加工精度。
【IPC分类】B21H5/00
【公开号】CN105312461
【申请号】CN201410335215
【发明人】匡永刚
【申请人】匡永刚
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2014年7月15日