一种斜齿椭圆齿轮及斜齿非圆齿轮的数控滚齿加工方法技术

本发明专利技术涉及一种斜齿椭圆齿轮的数控滚齿加工方法，包括（１）齿坯绕Ｚ轴的回转运动，（２）滚刀绕自轴的旋转运动，（３）工作台随非圆齿坯转动沿Ｙ↓［０］向的相对平移运动，（４）滚刀架沿齿坯轴向进给运动。其中齿坯的回转运动（１）或滚刀的旋转运动（２）包含由滚刀架沿齿坯轴向进给运动（４）引起的附加运动。齿坯工作台与滚刀架沿Ｙ↓［０］向还存在有相对进给运动，该运动可预先通过调整工作台或滚刀架沿Ｙ↓［０］向的进给量确定，并且在每次进刀加工的过程中保持不变。本发明专利技术可设计相应的数控加工机床，实现对斜齿椭圆齿轮的滚齿加工，从而大大提高斜齿椭圆齿轮的加工精度与生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属斜齿椭圆
，特别是涉及一种斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜齿非圆齿 轮的数控滚齿加工方法。技术背景斜齿椭圆齿轮是非圆齿轮的一种。作为变速传动机构，非圆齿轮的种类较多、 形状复杂，这给制造带来一定难度。目前比较成熟的是直齿非圆齿轮加工方法，主 要有以下几种1. 靠模法。这种加工方法保证了刀具在匀速旋转的条件下，齿轮坯节曲线上的 每一点在切削过程中的瞬时线速度是相等的，从而使齿轮坯的瞬时角速度和齿轮坯 与非圆滚轮的中心距都按一定的规律变化。采用这种方法，应预先制造出相应的凸 轮作为靠模，或用非圆齿轮本身作为靠模来加工非圆齿轮。2. 近似切齿法。在非圆齿轮发展的初始阶段，数控技术还没有得到广泛应用， 并且非圆齿轮的生产量较小，不适宜设计一台专用加工设备。在这种情况下，通常 是在万能设备上，用近似切齿法加工非圆齿轮。但这种方法的加工精度不高，齿形 也不准确。3. 在数控机床上加工非圆齿轮，但是由于没有高效、精确的加工方法，影响了 非圆齿轮的推广使用。目前直齿非圆齿轮主要加工方式有数控插齿、数控铣齿、数 控滚齿。4. 目前国内加工非圆齿轮应用最广的是线切割，此种方法比较适合小批量生产直齿非圆齿轮。但线切割不适用加工斜齿非圆齿轮。然而，随着非圆齿轮应用的推广，非圆齿轮的需求量也日益增多，特别是随着 数控技术与伺服电机性能的提高及发展，使得研制能够加工具有优良传动性能的斜 齿椭圆齿轮或具有凸节曲线的斜齿非圆齿轮的数控滚齿加工机床成为可能。斜齿椭圆齿轮齿廓的节曲柱面截形即节曲线处的齿向线在椭圆节曲柱面上是 一簇等周节距的空间广义螺旋线，其在椭圆节曲柱面平面展开图上则为倾角相同的 等距斜直线。因此，斜齿椭圆齿轮不仅各轮齿的端面或法面齿形不同，就是同一轮齿 沿齿宽方向的任一端面或法面齿形也不相同。正是这一既有别于圆柱斜齿轮又有别 于椭圆直齿轮的齿廓空间曲面特性，使斜齿椭圆齿轮的机械加工至今未有效突破。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种解决目前凸节曲线斜齿非圆齿轮难以加工 的难题的一种斜齿椭圆轮及凸节曲线斜齿非圆齿轮数控滚齿加工方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜 齿非圆齿轮的数控滚齿加工方法，包括下列步骤(1) 齿轮坯绕Z轴的回转运动齿轮坯由一接收来自滚刀驱动电机联动信号的 伺服电机带动绕齿轮回转中心按给定传动比转动，使滚刀的投影齿条与齿 轮坯形成纯滚动关系；(2) 滚刀绕自轴的旋转运动滚刀由带有光电编码器的能发出联动信号的电 机以恒转速驱动，使其投影齿条与齿轮坯的纯滚动关系；(3) 工作台在非圆齿轮坯转动时沿Y。向的相对平移运动工作台严格按联动运 动规律沿Y。向的往复移动由另一伺服电机驱动，并对应保持滚刀节线与齿 轮坯节曲线始终相切而使其为纯滚动；(4) 滚刀架沿齿轮坯轴向进给运动电机以恒定速度驱动滚刀架沿-Z。方向带 动滚刀沿齿轮坯轴线方向作慢速进给运动.(5) 滚刀架随齿轮坯转动沿X0向的平移运动滚刀架严格按照联动运动规律 沿&向的平移运动，并保证有限轴向长度滚刀切削点能始终有效地与齿 轮坯对应接触。所述的步骤(1)或步骤(2)包含由步骤(4)引起的附加运动；齿轮坯工作 台与滚刀架沿Ffl向还存在有相对进给运动，该运动可预先通过调整工作台或滚刀架 沿1^向的进给量确定，且在每次进刀加工的过程中保持不变。此外，滚刀架绕Y轴 转动为可调，用以预先精确转动分度后保持不变来满足斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜 齿非圆齿轮不同斜齿角的加工。所述的步骤(4)在加工斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜齿非圆齿轮过程将引起齿轮坯绕Z轴的回转附加运动或滚刀绕自轴的旋转运动的附加运动，该附加转动实时迭加到驱动齿轮坯转动的伺服电机转动上或实时迭加在滚刀驱动电机的转动上。所述的步骤(5)在加工斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜齿非圆齿轮过程为可选项。 当选择运动5时可始终保持有限轴向长度滚刀的中部参与切齿，滚刀轴受力较稳定； 当不选择运动5时，滚刀轴向则需要有足够长度以保证能有效切削非圆齿轮，故此滚刀轴切削受力点沿轴向虽有往复变化而不利，但减少了一个联动运动自由度，有 利整机系统刚性提高、控制系统与机械结构简化。有益效果本专利技术不仅可以精确加工以斜齿椭圆齿轮为代表的凸节曲线的斜齿非圆齿轮， 还可以精确加工凸节曲线直齿非圆齿轮，在数控滚齿加工中只需将螺旋角设为0即可，能大大提高了凸节曲线非圆直齿轮或斜齿轮的加工精度与生产效率。 附图说明图l是本专利技术的数控系统原理图。图2是本专利技术椭圆齿轮齿轮坯端面运动关系分析图。图3是本专利技术滚刀节圆柱面与斜齿椭圆齿轮节曲面公切面运动关系图(滚刀与齿轮 坯旋向相反)。图4是本专利技术滚刀节圆柱面与斜齿椭圆齿轮节曲面公切面运动关系图(滚刀与齿轮坯旋向相同)。具体实施方式下面结合权利要求书4提出的两种方案中的四轴联动方案为具体实施例，进一步阐 述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理 解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如图1 (四轴联动不含平移运动5)所示，本专利技术斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜 齿非圆齿轮数控滚齿方案的设计中数控滚齿系统如图(1)所示，由工作台、滚刀 架、滚刀、机架等部件组成，包括齿轮坯绕Z轴的回转运动(1)、滚刀绕自轴的 旋转运动(2)、工作台随非圆齿轮坯转动沿^向的相对平移运动(3)、滚刀架沿 齿轮坯轴向进给运动(4)。上述四个自由度运动在加工过程中形成严格的联动关 系，即各运动之间必须按照给定的规律做恒速与变速运动，其中齿轮坯的回转运 动(1)或滚刀的旋转运动(2)将包含由滚刀架沿齿轮坯轴向进给运动(4)引 起的附加运动。此外，齿轮坯工作台与滚刀架沿^向还存在有相对横向进给运动， 该运动可预先通过调整工作台或滚刀架的横向进给量确定，并且在每次进刀加工 的过程中保持不变。滚齿加工斜齿椭圆齿轮及凸节曲线斜齿非圆齿轮时，如图1所示需先将滚刀与齿轮坯按对应位置对正。然后让滚刀做匀速6>2的旋转运动，此时从齿轮坯端面看滚刀的旋转运动实际上相当于斜齿条与齿轮坯的纯滚动，如图2所示。令齿轮坯极轴和x!重合，且起始点齿轮坯节曲线极角p-O， //是极径和椭圆或凸节曲线切线(投影齿条节线)正方向夹角。推导得到斜齿条平动速度v,与齿轮坯转速^,的关系、二/!(^);沿X方向斜齿条与齿轮坯纯滚动运动速度、是由滚刀的转速化决定的，即 h = /2( 2)，可由上式确定展成运动时滚刀转速^与齿轮坯的转速^关系"i =/3( 2);图2中为保证齿条与齿轮坯纯滚动，齿条要沿y方向运动，推导得到、与^,的 关系、=/4(^)，此运动关系由伺服电机根据齿轮坯的运动规率适时的变化带动工 作台移动来保证。图3中滚刀与齿轮坯旋向相反，在滚刀与齿轮坯节曲柱面啮合点公切面内滚刀和齿轮坯在啮合点处的法向速度相等，滚刀螺旋升角；i，斜齿椭圆齿轮螺旋角为"，M为瞬时啮合点，r々为齿形公切线方向，w-w为公法线方向。当沿与滚刀轴线呈现(;r/2-;i)角度即沿W方向对滚刀螺旋面进行投影时，可以得到法面齿形角为a,法面模数为^的投影齿条。加工斜齿椭圆齿轮时，当滚刀 旋向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜齿椭圆齿轮及斜齿非圆齿轮的数控滚齿加工方法，包括下列步骤：　　　　（１）齿轮坯绕Ｚ轴的回转运动：齿轮坯由一接收来自滚刀驱动电机联动信号的伺服电机带动绕齿轮坯回转中心按给定传动比转动，使滚刀的投影齿条与齿轮坯形成纯滚动关系；　　　　（２）滚刀绕自轴的旋转运动：滚刀由带有光电编码器的能发出联动信号的电机以恒转速驱动，使其投影齿条与齿轮坯的纯滚动关系；　　　　（３）工作台在齿轮坯转动时沿Ｙ↓［０］向的相对平移运动：工作台严格按联动运动规律沿Ｙ↓［０］向的往复移动由另一伺服电机驱动，并对应保持滚刀节线与齿轮坯节曲线始终相切而使其为纯滚动；　　　　（４）滚刀架沿齿轮坯轴向进给运动：电机以恒定速度驱动滚刀架沿－Ｚ↓［０］方向带动滚刀沿齿轮坯轴线方向作慢速进给运动；　　　　（５）滚刀架随齿轮坯转动沿Ｘ↓［０］向的平移运动：滚刀架严格按照联动运动规律沿Ｘ↓［０］向的平移运动，并保证有限轴向长度滚刀切削点能始终有效地与齿轮坯对应接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王生泽，范玉坤，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]