一种圆弧齿线齿轮加工方法技术

本发明专利技术公开一种圆弧齿线齿轮加工方法。采用圆弧铣刀盘对圆弧齿线齿轮加工，使圆弧铣刀盘轴线与齿坯轴线垂直，并位于齿坯宽度方向的中截面上，以加工出对称的轮齿；圆弧铣刀盘的刀齿绕具有倾角的刀盘旋转形成切削锥面，该运动是切削的主运动；铣刀盘在旋转的同时，刀盘中心也绕着产形轮轴线作转动，同时工件按照滚比关系进行摆动，铣刀盘中心的摆动和工件转动形成展成运动；刀盘正转切削出完整的一个齿槽，主轴进行让刀，分度机构转动一个齿距，铣刀盘和工件进行返程展成，再次切削下一个齿槽，直至加工出所有轮齿。该方法加工出的圆弧齿线齿轮可提高轮齿强度，通过双面法展成和铣刀盘往返程两次切削，大大提高了加工效率。

A Machining Method of Circular Arc Tooth Line Gear

The invention discloses a processing method of circular arc gear. The circular arc milling cutter disc is used to process the circular arc tooth-line gears, so that the axis of the circular arc milling cutter disc is perpendicular to the axis of the billet and is located on the middle section of the width direction of the billet to produce symmetrical gear teeth; the cutter teeth of the circular arc milling cutter disc rotate around the inclined cutter disc to form a cutting cone, which is the main motion of cutting; while the cutter disc rotates, the center of the cutter disc also rotates around the axis of When the workpiece rotates, it swings according to the hobbing ratio, the center of the milling cutter head swings and the workpiece rotates to form a generating motion; when the cutter head rotates forward, it cuts out a complete alveolar, the spindle yields the cutter, the indexing mechanism rotates a pitch, the cutter head and the workpiece are generated by back engineering, and then the next alveolar is cut again until all the gear teeth are machined. The strength of gear teeth can be improved by the method. The efficiency of machining can be greatly improved by two-sided generating and two-round cutting of milling cutter head.

【技术实现步骤摘要】
一种圆弧齿线齿轮加工方法
本专利技术属于齿轮传动
，特别涉及一种圆弧齿线齿轮加工方法。
技术介绍
现代齿轮传动正朝着高速重载的方向发展，对齿轮副的强度、振动和噪声提出了更为苛刻的要求。圆弧齿线齿轮是一种沿圆弧齿线凹凸接触的平行轴齿轮传动，中截面齿形为标准渐开线，齿厚从中间向两端逐渐减小，具有重叠系数大、无轴向力、传动效率高、弯曲强度大、接触强度好等优点；与渐开线齿轮相比，齿面接触强度和齿根弯曲强度提高了约20％和10％，是一种颇具潜力的齿轮传动形式，能够满足传动平稳、振动噪声低、寿命长、低安装精度等要求，具有广阔的应用前景。圆弧齿线齿轮的加工方法有：大刀盘圆拉切齿法、双面法、单面法、双刀盘法等。采用这些方法加工该新型齿轮，在生产效率、齿轮啮合性能等方面存在明显的差异。美国格里森公司采用大刀盘圆拉切齿法加工圆弧齿线齿轮，加工效率和精度得到显着的提高。采用双面法时，轮齿凹凸两侧同时切出，加工效率高，但齿向相对曲率差大，接触区小，承载能力差；单面法是先用双面法加工出大轮，再分别调整刀盘半径加工配对小轮，其实质是通过刀盘半径差沿齿向修形，达到减小齿向相对曲率差，甚至是完全共轭的目的；但由于采用两把刀盘，成本增加，加工效率低，安装调整繁琐。专利技术专利CN101293288A中提出了采用具有刀倾的直线刃铣刀盘，通过假想产形齿轮的方法来加工圆弧齿线齿轮，该方法能够控制啮合齿面的失配量，但存在着两方面问题：1)切削刃为直线，且采用假想产形齿轮加工，不可避免会产生传动误差，且随假想产形轮齿数的减小而增大。2)因其采用标准刀齿，被加工齿轮的齿厚无法得到精确控制。专利技术内容为了解决圆弧齿线齿轮存在着凹面和凸面的曲率半径差较大，接触面积小和齿面接触强度差等问题，本专利技术提供了一种圆弧齿线齿轮加工方法，基于假想产形齿轮的概念，采用双面展成圆弧齿线齿轮，减小啮合齿面间的曲率差，提高啮合性能。该方法加工出的圆弧齿线齿轮可提高轮齿强度，通过双面法展成和铣刀盘往返程两次切削，大大提高了加工效率。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种圆弧齿线齿轮加工方法，包括以下步骤：采用圆弧铣刀盘对圆弧齿线齿轮加工，使圆弧铣刀盘轴线与齿坯轴线垂直，并位于齿坯宽度方向的中截面上，以加工出对称的轮齿；圆弧铣刀盘的刀齿绕具有倾角的刀盘旋转形成切削锥面，该运动是切削的主运动；铣刀盘在旋转的同时，刀盘中心也绕着产形轮轴线作转动，同时工件按照滚比关系进行摆动，铣刀盘中心的摆动和工件转动形成展成运动；刀盘正转切削出完整的一个齿槽后，刀盘主轴进行让刀，分度机构将齿坯转动一个齿距，铣刀盘和工件进行返程展成，再次切削下一个齿槽，直至加工出所有的轮齿。优选地，所述的圆弧铣刀盘的齿形是由曲线刃和刀顶圆弧组成的，曲线刃的基本齿形为渐开线，是通过齿条刀展成的渐开线齿形，进一步进行齿廓修形；刀顶圆弧是连接工作齿廓和刀顶刃，根据刀顶圆弧和渐开线的连续相切条件计算出圆弧的圆心位置和半径；将刀盘倾斜后，改善节点处铣刀盘的内、外刀齿形的压力角。优选地，所述的齿条的参考坐标系为Sc(xc,yc,zc)，左侧直线刃坐标系为Spl(xpl,ypl,zpl)和右侧直线刃坐标系为Spl(xpr,ypr,zpr)；在Sc坐标系中，齿条刀的位置矢量表示为法向矢量表示为式中，αn为齿条刀法向压力角，us为直线切削刃上的位置参数，ap为抛物线修形系数，am＝0.25mn为齿槽宽的一半，mn为齿轮法向模数。优选地，所述的圆弧铣刀盘的刀齿齿廓的展成运动关系为：Sd(xd,yd,zd)为被加工齿轮参考坐标系，Ss(xs，ys，zs)为被加工齿轮坐标，与渐开线齿轮的展成原理相同，齿条刀坐标Sc移动的同时，被加工齿轮转动rps为假想插齿刀齿轮的节圆半径；根据平面啮合理论，在xcyc平面内齿条刀上任意点(xc，yc)与瞬心的连线与齿条刀的法矢平行；在Sc中，齿条刀和被加工齿轮的啮合方程表示为：式中，xc,yc为齿条刀位置矢量的分量，nxc，nyc为齿条刀法向矢量的两个分量，从而得到被加工齿轮的加工转角：将刀具齿廓位置矢量变换到Ss坐标系中，得到刀齿齿廓的位置方程和单位法向矢量为：式中，rps为被加工齿轮的节圆半径，为假想插齿刀齿轮的加工转角。优选地，所述的刀具的齿廓是由工作齿廓和刀顶圆角两部分组成的，工作齿廓是用来展成齿轮的工作齿面，而刀顶圆角是加工过渡曲面；将刀具的刀顶圆角设计为单圆弧形状，使得刀顶圆角半径最大；圆弧中心E0在两侧齿宽的对称中心上，刀顶圆弧与工作齿廓的交点为E1，圆弧最高点为E2，刀顶圆角的参数是根据以下条件确定的：1)两条曲线在E1点连续相切；2)E2为刀具圆角的最高点，插齿刀齿顶圆半径ras＝rps+1.25mn，rps为假想插齿刀节圆半径，mn为齿轮法向模数；得到如下的方程组：式中，θf为圆弧刃的角度参数，Xf为圆弧中心的位置参数，r0为圆弧半径；第一个矢量方程表示在E1点连续，第二个方程表示在E1点的法矢相等，第三个方程为刀顶圆弧最高点条件,上述方程组共有四个非线性方程，且未知数为θf,Xf,r0，us，因而方程有解，从而获得刀顶圆弧的参数。优选地，所述的铣刀盘具有刀倾角，其内刀节点处的曲率半径为：ri'＝(rc/cosγ-0.25πmn)/cos(αn+γ)，外刀节点处的曲率半径为：ro'＝(rc/cosγ+0.25πmn)/cos(αn-γ)，式中，rc为刀盘直径，定义为刀齿中心到旋转轴的距离，γ为刀倾角。优选地，所述的刀齿的法向截面绕着旋转轴旋转后形成切削锥面，θc为铣刀盘转角，Ss为假想插齿刀的动坐标系，Sg为插齿刀参考坐标系，θs为插齿刀转角；Sf为齿轮参考坐标系，S1为齿轮动坐标系，θ1为齿轮转角，被加工齿轮的位置矢量和法向矢量可以通过坐标变换获得：插齿加工过程中的啮合方程为：f(us,θs,θf)＝n1·v1f其中，在S1坐标系中插齿刀和被加工齿轮的相对速度：v1f＝V1-Vg＝ω1×r1-ωg×(r1-O1Og)，其中，ω1＝[00-m1s]，ωg＝[001]，O1Og＝[rps+rp100]，rp1为被加工齿轮节圆半径，θ1＝m1sθs，m1s为齿轮副传动比的倒数，联立上述两个方程组即得到圆弧齿线齿轮的齿面数学模型。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术是采用具有刀倾角的圆弧铣刀盘加工圆弧齿线齿轮的加工方法，圆弧铣刀盘刀齿的基本齿形是渐开线，刀顶采用单圆弧设计，通过几何约束条件计算具体的圆弧设计参数。所获得轮齿的齿形在各法截面上均是渐开线，有利于充分发挥出渐开线齿廓的优势；通过刀盘刀倾角减小凹面和凸面的曲率半径差，增大齿面接触面积，提高轮齿强度；由于圆弧刀具本身相当于圆弧齿线齿轮的一个轮齿，且采用展成法加工，保证轮齿齿厚的精度。通过刀盘轴线的倾斜角，减小内、外刀的曲率差。铣刀盘绕自身轴线旋转，形成假想产形齿轮的一个工具轮齿，同时刀盘中心绕着假想产形轮的轴线摆动，形成假想插齿刀，用以加工齿轮；该方法加工出的圆弧齿线齿轮可提高轮齿强度，通过双面法展成和铣刀盘往返程两次切削，大大提高了加工效率。附图说明图1是本专利技术的齿条刀法截面示意图；图2是本专利技术的刀齿展成坐标系示意图；图3是本专利技术的刀顶圆弧示意图；图4是本专利技术的刀倾铣刀盘示意图；图5是本专利技术的加工坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆弧齿线齿轮加工方法，其特征在于，包括以下步骤：采用圆弧铣刀盘对圆弧齿线齿轮加工，使圆弧铣刀盘轴线与齿坯轴线垂直，并位于齿坯宽度方向的中截面上，以加工出对称的轮齿；圆弧铣刀盘的刀齿绕具有倾角的刀盘旋转形成切削锥面，该运动是切削的主运动；铣刀盘在旋转的同时，刀盘中心也绕着产形轮轴线作转动，同时工件按照滚比关系进行摆动，铣刀盘中心的摆动和工件转动形成展成运动；刀盘正转切削出完整的一个齿槽后，刀盘主轴进行让刀，分度机构将齿坯转动一个齿距，铣刀盘和工件进行返程展成，再次切削下一个齿槽，直至加工出所有的轮齿。

【技术特征摘要】
1.一种圆弧齿线齿轮加工方法，其特征在于，包括以下步骤：采用圆弧铣刀盘对圆弧齿线齿轮加工，使圆弧铣刀盘轴线与齿坯轴线垂直，并位于齿坯宽度方向的中截面上，以加工出对称的轮齿；圆弧铣刀盘的刀齿绕具有倾角的刀盘旋转形成切削锥面，该运动是切削的主运动；铣刀盘在旋转的同时，刀盘中心也绕着产形轮轴线作转动，同时工件按照滚比关系进行摆动，铣刀盘中心的摆动和工件转动形成展成运动；刀盘正转切削出完整的一个齿槽后，刀盘主轴进行让刀，分度机构将齿坯转动一个齿距，铣刀盘和工件进行返程展成，再次切削下一个齿槽，直至加工出所有的轮齿。2.如权利要求1所述的一种圆弧齿线齿轮加工方法，其特征在于，所述的圆弧铣刀盘的齿形是由曲线刃和刀顶圆弧组成的，曲线刃的基本齿形为渐开线，是通过齿条刀展成的渐开线齿形，进一步进行齿廓修形；刀顶圆弧是连接工作齿廓和刀顶刃，根据刀顶圆弧和渐开线的连续相切条件计算出圆弧的圆心位置和半径；将刀盘倾斜后，改善节点处铣刀盘的内、外刀齿形的压力角。3.如权利要求2所述的一种圆弧齿线齿轮加工方法，其特征在于，所述的齿条的参考坐标系为Sc(xc,yc,zc)，左侧直线刃坐标系为Spl(xpl,ypl,zpl)和右侧直线刃坐标系为Spl(xpr,ypr,zpr)；在Sc坐标系中，齿条刀的位置矢量表示为法向矢量表示为式中，αn为齿条刀法向压力角，us为直线切削刃上的位置参数，ap为抛物线修形系数，am＝0.25mn为齿槽宽的一半，mn为齿轮法向模数。4.如权利要求1所述的一种圆弧齿线齿轮加工方法，其特征在于，所述的圆弧铣刀盘的刀齿齿廓的展成运动关系为：Sd(xd,yd,zd)为被加工齿轮参考坐标系，Ss(xs，ys，zs)为被加工齿轮坐标，与渐开线齿轮的展成原理相同，齿条刀坐标Sc移动的同时，被加工齿轮转动rps为假想插齿刀齿轮的节圆半径；根据平面啮合理论，在xcyc平面内齿条刀上任意点(xc，yc)与瞬心的连线与齿条刀的法矢平行；在Sc中，齿条刀和被加工齿轮的啮合方程表示为：式中，xc,yc为齿条刀位置矢量的分量，nxc，nyc为齿条刀法向矢量的两个分量，从而得到被加工齿轮的加工转角：将刀具齿廓位置矢量变换到Ss坐标系中，得到刀齿齿廓的位置方程和单位法向矢量为...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏进展，阎志强，封硕，吴文，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61