弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法技术

一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法，采用单齿分度连续展成法：在加工过程中，虚拟摇台和齿轮作纯滚动啮合，刀盘上的切削韧渐渐切入齿轮实体，并展成齿轮的齿廓。完成一个轮齿的加工后，将刀盘在摇台上转动一个分度角，再将摇台和齿轮以纯滚动关系转动一个合适的位置，进行下一个齿的切削。可以在通用的弧齿铣齿机上加工弧齿非圆锥齿轮，加工刀具和工装夹具加工弧齿锥齿轮一样，无需特别定制。具有加工效率高，精度高，加工工艺能力成熟的特点。

【技术实现步骤摘要】
弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法
本专利技术涉及一种非圆锥齿轮的铣齿工艺方法，特别是涉及一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法。
技术介绍
非圆齿轮是用来传递两轴间非匀速运动的，和其他非匀速比传动机构(如凸轮、连杆等)相比，具有传动平稳、结构紧凑、运动精度高等优点。在机械产品设计中，非圆齿轮以其实现非匀速传动的特性，应用于纺织、卷烟、造纸等机械设备中。但由于其节曲线为非圆形，致使设计、制造等要比圆齿轮复杂的多，三维造型尤为困难。相较于非圆柱齿轮传动，非圆锥齿轮能实现空间交错轴变速比传动，其结构更加紧凑，其应用范围目前主要集中于：非圆锥齿轮液压泵，变速比防滑差速器，以及一些特殊的函数发生机构……目前在非圆锥齿轮设计方面研究较多的是直齿非圆锥齿轮，但是直齿非圆锥加工较困难，目前的加工方法主要有五轴联动数控加工，线切割加工和刨齿加工三种方法，但三种方法都具有通用性差，加工效率低的缺点。而弧齿锥齿轮目前还没有专用的加工工艺方法，只能在6轴加工中心铣削加工，其效率低，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法，该方法的切削工艺是端面铣削(face-milling)，具有较高生产效率和加工精度；加工得到的弧齿非圆锥齿轮是格里森收缩齿制，接触区可调；加工刀具是通用的弧齿锥齿轮铣刀，无需特别定制；加工机床是通用的弧齿锥齿轮铣齿机，但需要五联动；工装夹具的设计和加工弧齿锥齿轮一样，无需特别定制。加工原理运用该方法的基本原理与加工弧齿圆锥齿轮具有相似性，其不同之处是：弧齿圆锥齿轮的节锥面为圆锥面，而弧齿非圆锥齿轮的节锥面是一个非圆的锥面。弧齿非圆锥齿轮的加工要较圆锥齿轮的加工更复杂，且必须在五联动的数控机床上完成。其基本产形原理是由一个产形轮同时在一对共扼的非圆锥面上生成一对能正确啮合的共扼齿廓。而弧齿锥齿轮铣刀就安装在产形轮上，作为产形轮的齿廓。加工收缩齿廓弧齿非圆锥齿轮采用平顶产形轮，它的面锥是一个平面，节锥面是一个锥角接近90度的平面。在加工的过程中，平顶产形轮是机床的虚拟摇台，它与要加工的齿轮作纯滚动啮合。由于非圆锥齿轮的每个齿廓都不相同，故不能采用成形法加工，只能采用单齿分度连续展成法：在加工过程中，虚拟摇台和齿轮作纯滚动啮合，刀盘上的切削刃渐渐切入齿轮实体，并展成齿轮的齿廓；完成一个轮齿的加工后，将刀盘在虚拟摇台上转动一个分度角，再将虚拟摇台和齿轮以纯滚动关系转动一个合适的位置，进行下一个齿的切削。工艺过程和参数计算其加工工艺由如下步骤进行：一、确定切削参数：根据弧齿锥齿轮的图纸要求，以及干切或湿切的加工要求，选用合适机床，夹紧方式，冷却方式，进给速度ωf，主轴转速ωc。二、计算刀盘的参数：a)刀盘的齿数:理论上可以任意选取，实际上由刀盘厂商根据刀盘半径rv各有标准。b)刀盘半径:刀盘半径rv根据待加工齿轮的接触情况决定，可先选取，再根据接触情况优化。c)刀片的压力角：压力角由待加工齿轮的理论螺旋角βf决定，按下式计算：式中，αr为齿轮的理论设计压力角，取为20度；hf为待加工齿轮的齿根高；βf为理论螺旋角；R0为理论接触点的锥距。d)错刀距：错刀距要根据齿轮的模数和螺旋角决定，并在实际加工中微调，可按下式估算：式中，rd1为小轮的大端锥距，z1为小轮的齿数。三、刀位参数：a)计算无展成刀位：根据摆线的产形原理以及相应的数学模型，计算无展成的刀位：若机床为摇台型机床，则无展成刀位为：其中ri为径向无展成刀位，θi为角向无展成刀位。若机床为直角坐标型机床，则无展成刀位为：其中，Hi为垂直无展成刀位，Vi为水平无展成刀位。b)计算初始刀位：其起始角度相对无展成的角度增加或者减少一个展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符号由展成方向决定，展成角的大小需要根据非圆锥齿轮的重合度来确定，对于每个轮齿都不一样，该角度即为等加工齿轮一个轮齿从啮入到啮出摇台转的角度。对于摇台型机床，初始刀位按下式计算：其中，rc0为初始径向刀位，θi0为初始角向刀位。对于直角坐标型机床，则初始刀位为：其中，Hi0为初始垂直刀位，Vi0为初始水平刀位。四、轮位参数：由齿轮的安装决定，修正此轮位参数位置有利于齿轮接触区的调整。五、机床根锥角参数：该参数由齿轮的收缩齿制决定，若要加工等高齿直齿锥齿轮，则该参数为直齿锥齿轮的节锥角，若要加工收缩齿直齿锥齿轮，则该参数为齿轮的根锥角。六、各轴的运动关系：若机床是摇台型机床，此时机床各轴的运动关系方程为式中n3ux,n3uy,n3uz是非圆锥齿轮根锥面的法向量的三个坐标分量；t3ux,t3uy,t3uz是其第一方向切向量的三个坐标分量,t4ux,t4uy,t4uz是其第二方向切向量的三个坐标分量；ΦA是机床工件轴的角度位置；ΣBΦA是机床根锥轴的角度位置；θG是机床摇台轴的角度位置。可根据下式计算：式中，为待加工齿轮的转角，δ0为瞬时节锥角，δ0'为节锥角δ0对转角求导，即若机床是直角坐标型机床则需要将刀盘水平和垂直轴即X轴和Y轴虚拟为一个摇台轴，此摇台轴的进给量即为齿轮展成运动的进给量。此时，机床各轴的运动关系方程为：式中Dx,Dx,Dx分别为机床的X，Y，Z轴的位置，Eb为轴向轮位。七、切削方法：单分度双面铣削，为了方便的调出接触区，大轮采用单刀双面法加工，即用同一刀盘的内外刀刃同时切出轮齿的凹凸齿面；小轮采用单刀单面法，即用同一刀盘在某一刀位先切出轮齿的凹齿面，再使用相同刀盘，调整刀位，切出轮齿的凸齿面。八、机床参数的调整：由于机床，刀盘，工装的综合误差，实际切削出的大轮和小轮的接触区域往往和理论计算不一致，对刀位和机床主轴的工件轴的运动关系进行微调以达到最佳的接触状态。本专利技术的特点：运用该加工方法，可以在通用的弧齿铣齿机上加工弧齿非圆锥齿轮，具有加工效率高，精度高，成本低，加工工艺能力成熟。附图说明图1为本专利技术的基本产形原理示意图。图2为本专利技术所构造的产形轮结构示意图。图3为本专利技术所要切削的弧齿非圆锥齿轮小轮结构示意图。图4为本专利技术所要切削的弧齿非圆锥齿轮大轮结构示意图。图中：1.主动非圆节锥面，2.产形轮齿长曲线，3.产形轮，4.产形平面，5.从动非圆节锥面，6.端面铣齿刀，7.产形轮齿廓，8.产形轮节锥面。具体实施方式其基本产形原理如图1所示，是基于保证产形轮3的产形平面4与一对共扼的主动非圆节锥面1和从动非圆节锥面5(该非圆节锥面即为待加工的一对非圆齿轮的节曲面)纯滚动。如此，产形轮齿廓7便可以同时在待加工的一对共扼的非圆锥齿轮的节曲面上生成共扼齿廓。这样生成的非圆锥齿轮齿廓的齿长曲线形状便由产形轮齿长曲线2所决定。而弧齿锥齿轮端面铣齿刀6就安装在产形轮3上，作为产形轮3的齿廓。加工收缩齿廓弧齿非圆锥齿轮采用平顶产形轮，其产形轮的形状如图2所示。它的面锥是一个产形平面4，产形轮节锥面8是一个锥角接近90度的平面。本专利技术所要切削的弧齿非圆锥齿轮小轮结构如图3所示，所要切削的弧齿非圆锥齿轮大轮结构如图4所示。待加工收缩齿弧齿非圆锥齿轮，其基本参数如下表所示：表格1齿轮基本参数根据以上参数，在六轴直角坐标式弧齿锥齿轮铣齿机上加工，运用二次切削法加工，其步骤如下：1、根据加工条件确定齿轮的基本切削参数如下表格2基本加工条件2、根据上述方法计算得刀具基本参数如下表所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法，其特征在于：采用单齿分度连续展成法：在加工过程中，虚拟摇台和齿轮作纯滚动啮合，刀盘上的切削刃渐渐切入齿轮实体，并展成齿轮的齿廓；完成一个轮齿的加工后，将刀盘在虚拟摇台上转动一个分度角，再将虚拟摇台和齿轮以纯滚动关系转动一个合适的位置，进行下一个齿的切削；其加工工艺由如下步骤进行：一、确定切削参数：根据弧齿锥齿轮的图纸要求，以及干切或湿切的加工要求，选用合适机床，夹紧方式，冷却方式，进给速度ωf，主轴转速ωc；二、计算刀盘的参数：a)刀盘的齿数:理论上可以任意选取，实际上由刀盘厂商根据刀盘半径rv各有标准；b)刀盘半径:刀盘半径rv根据待加工齿轮的接触情况决定，一般可先选取，再根据接触情况优化；c)刀片的压力角：压力角由待加工齿轮的理论螺旋角βf决定，一般按下式计算：αn=αr+hfsin(βf)/R0αw=αr-hfsin(βf)/R0]]>式中，αr为齿轮的理论设计压力角，一般取为20度；hf为待加工齿轮的齿根高；βf为理论螺旋角；R0为理论接触点的锥距；d)错刀距：错刀距要根据齿轮的模数和螺旋角决定，并在实际加工中微调，一般的可按下式估算：W=rd1cos(βf)2z1-4hftan(αr)]]>式中，rd1为小轮的大端锥距，z1为小轮的齿数；三、刀位参数：a)计算无展成刀位：根据摆线的产形原理以及相应的数学模型，计算无展成的刀位：若机床为摇台型机床，则无展成刀位为：ri=R02+rv2-2R0rvsin(βf)θi=a cos(R02+ri2-rv22riR0)]]>其中ri为径向无展成刀位，θi为角向无展成刀位若机床为直角坐标型机床，则无展成刀位为：Hi=risin(θi)Vi=ricos(θi)]]>其中，Hi为垂直无展成刀位，Vi为水平无展成刀位；b)计算初始刀位：其起始角度相对无展成的角度增加或者减少一个展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符号由展成方向决定，展成角的大小需要根据非圆锥齿轮的重合度来确定，对于每个轮齿都不一样，该角度即为等加工齿轮一个轮齿从啮入到啮出摇台转的角度；对于摇台型机床，初始刀位按下式计算：ri0=riθi0=a cos(R0/2rv)±θki]]>其中，rc0为初始径向刀位，θi0为初始角向刀位；对于直角坐标型机床，则初始刀位为：Hi0=rcsin(θi±θki)Vi0=rccos(θi±θki)]]>其中，Hi0为初始垂直刀位，Vi0为初始水平刀位；四、轮位参数：由齿轮的安装决定，修正此位置有利于齿轮接触区的调整；五、机床根锥角参数：该参数由齿轮的收缩齿制决定，若要加工等高齿直齿锥齿轮，则该参数为直齿锥齿轮的节锥角，若要加工收缩齿直齿锥齿轮，则该参数为齿轮的根锥角；六、各轴的运动关系：若机床是摇台型机床，此时机床各轴的运动关系方程为ΦA=a cot(n3uy/n3ux)ΣB=a tan[t3uxsin(ΦA)-t3uycos(ΦA)t3uz]θG=θg+a tan{t4uxcos(ΦA)+t4uysin(ΦA)t4uzcos(ΣB)+[t4uxsin(ΦA)-t4uycos(ΦA)]sin(ΣB)}]]>式中n3ux,n3uy,n3uz是非圆锥齿轮根锥面的法向量的三个坐标分量；t3ux,t3uy,t3uz是其第一方向切向量的三个坐标分量,t4ux,t4uy,t4uz是其第二方向切向量的三个坐标分量；ΦA是机床工件轴的角度位置；ΣBΦA是机床根锥轴的角度位置；θG是机床摇台轴的角度位置；可根据下式计算：式中，为待加工齿轮的转角，δ0为瞬时节锥角，δ0'为节锥角δ0对转角求导，即若机床是直角坐标型机床则需要将刀盘水平和垂直轴(一般是X轴和Y轴)虚拟为一个摇台轴，此摇台轴的进给量即为齿轮展成运动的进给量；此时，机床各轴的运动关系方程为：ΦA=a cot(n3uy/n3ux)ΣB=a tan[t3uxsin(ΦA)-t3uycos(ΦA)t3uz]Dx=recos(φi+θG)+Ebcos(ΣB)Dy=resin(φi+θG)Dz=Ebsin(ΣB)]]>式中Dx,Dx,Dx分别为机床的X，Y，Z轴的位置；Eb为轴向轮位七...

【技术特征摘要】
1.一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法，其特征在于：采用单齿分度连续展成法：在加工过程中，虚拟摇台和齿轮作纯滚动啮合，刀盘上的切削刃渐渐切入齿轮实体，并展成齿轮的齿廓；完成一个轮齿的加工后，将刀盘在虚拟摇台上转动一个分度角，再将虚拟摇台和齿轮以纯滚动关系转动一个合适的位置，进行下一个齿的切削；其加工工艺由如下步骤进行：一、确定切削参数：根据弧齿锥齿轮的图纸要求，以及干切或湿切的加工要求，选用合适机床，夹紧方式，冷却方式，进给速度ωf，主轴转速ωc；二、计算刀盘的参数：a)刀盘的齿数:理论上任意选取，实际上由刀盘厂商根据刀盘半径rv各有标准；b)刀盘半径:刀盘半径rv根据待加工齿轮的接触情况决定，可先选取，再根据接触情况优化；c)刀片的压力角：压力角由待加工齿轮的理论螺旋角βf决定，按下式计算：式中，αr为齿轮的理论设计压力角，取为20度；hf为待加工齿轮的齿根高；βf为理论螺旋角；R0为理论接触点的锥距；d)错刀距：错刀距要根据齿轮的模数和螺旋角决定，并在实际加工中微调，可按下式估算：式中，rd1为小轮的大端锥距，z1为小轮的齿数；三、刀位参数：a)计算无展成刀位：根据摆线的产形原理以及相应的数学模型，计算无展成的刀位：若机床为摇台型机床，则无展成刀位为：其中ri为径向无展成刀位，θi为角向无展成刀位；若机床为直角坐标型机床，则无展成刀位为：其中，Hi为垂直无展成刀位，Vi为水平无展成刀位；b)计算初始刀位：其起始角度相对无展成的角度增加或者减少一个展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符号由展成方向决定，展成角的大小需要根据非圆锥齿轮的重合度来确定，对于每个轮齿都不一样，该角度即为等加工齿轮一个轮齿从啮入到啮出摇台转的角度；对于摇台型机床，初始刀位按下式计算：其中，rc0为初始径向刀位，θi0为初始角向刀位；对于直角坐标型机床，则初始刀位为：

【专利技术属性】
技术研发人员：华林，郑方焱，韩星会，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42