球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法与机床制造技术

本发明专利技术公开了一种球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法与机床。切齿法包括圆弧刀刃共轭展成法与包络法。实施圆弧刀刃共轭展成法刀轴、齿坯轴以回转角速度（ω↓［０］）、（ω↓［１］）定向回转，刀刃进入切削，摇台轴按ω＝ω↓［１］ｓｉｎδ↓［ｂ］回转，保证齿坯基圆锥与球面大圆平面成纯滚动，完成加工球面渐开线齿形的齿面；具有实轴的摇台轴由伺服电机驱动回转，没有实轴的摇台轴，由坐标系ｙ、ｚ向合成运动形成以回转角速度（ω）的摇台轴运转。实施包络法时采用短圆弧、甚至为一个点刀刃的刀齿；在生成齿面的圆弧线ＡＣ上取ｋ个点，每一次切削即形成齿面上的一条螺旋线，设每次切削切齿刀盘圆弧进给角度δθ，依次进给ｋ次即包络展成由ｋ条螺旋线构成的齿面。三轴、四轴联动数控切齿机床实施切齿法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加工弧齿锥齿轮的装置及切齿加工方法，更具体地说，它涉及一种加工球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法与机床。
技术介绍
锥齿轮是传递相交轴运动与动力的重要传动元件。理论上一对正确共轭传动的锥齿轮，两齿轮锥顶同在一点，齿面上只有和锥顶等距离的点才能互相接触，即共轭的齿形上各点必然在同一球面上，因此锥齿轮的齿面廓形应是球面渐开线。但是，球面渐开线不能在平面中展开，理论上的球面渐开线齿形由于历来人们认为其计算复杂、制造困难，退而采用工程近似方法设计制造螺旋锥齿轮。典型的是美国格里森(GLEASON)收缩齿制弧齿锥齿轮，获得广泛应用。但是，由于现行切齿法切制的弧齿锥齿轮均不能获得球面渐开线齿形，因而存在许多无法克服的弊病。诸如瞬时速比不能恒定，传动夹角变动影响接触区敏感，接触区调整困难，加工齿轮不可互换等等。为此，中国专利技术专利申请号为200610017213.0，申请日为2006.09.27日，公开号为CN101152677A，公开日为2008.04.02日，专利技术名称为“球面渐开线齿形收缩齿制弧齿锥齿轮的切齿方法”提出了可以切制球面渐开线齿形收缩齿制弧齿锥齿轮的切齿方法。这一方法可解决传统上弧齿锥齿轮齿形无法获得球面渐开线齿形的问题。但是作为新的螺旋锥齿轮切齿技术方法在运动实现、刀盘、切齿方法等方面需要完善、充实和提高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法。同时也提供了两种实施球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法的机床和应用在该机床上的刀盘与刀齿。 为解决上述技术问题，本专利技术是采用了如下技术方案实现的第一种切齿法为采用圆弧刀刃共轭展成法，该切齿法的技术方案具有以下技术特征 1)该切齿法采用的切齿机由刀轴、摇台轴、齿坯轴按照一定的位置关系布置构成，摇台轴与齿坯轴相交，相交位置和交角可以调节，安装切齿刀盘的刀轴位于摇台轴上并与摇台轴平行；摇台轴可以是一根实轴，也可以由两个运动合成完成其基本作用；刀轴与摇台轴相对位置可以改变，用以实现刀位q的调整，使其与刀盘半径R合理匹配；安装在刀轴上的切齿刀盘端面与摇台端面即假想球面大圆平面相重合，刀轴的轴线距摇台轴的轴线为刀位q；齿坯轴的轴线与摇台轴的轴线相交，并以齿坯的基锥角δb与球面大圆平面、切齿刀盘端面相切；对于不同的粗、精切削需要，调整刀刃与工件的相对位置，使其按照正确运动轨迹进行齿面切削；对于精切的圆弧刀刃刀齿尾端W应对应切削齿轮齿根，对于按包络法切削齿面的理论上只有一点参与齿面成形的刀齿，应确保每一次切削的进刀位置，并最终应切削齿轮齿根，形成具有正确齿面的齿轮。 2)按q＝R调整机床摇台轴回转角速度、刀轴回转角速度及齿坯轴回转角速度，两轴回转角速度的关系为ω0＝2ω1sinδb，其中q.刀轴轴线距摇台轴轴线的距离即刀位，R.刀齿安装在刀盘端面中圆弧上的回转半径，δb.基锥角。 3)按初始相位角θ1调整刀齿位置。 4)按Δθ＝θ1-θ2确定切削工作行程角度，θ2为切削结束时刀轴的相位角。 5)机床工作时刀轴、齿坯轴以数值为ω0的回转角速度、数值为ω1的回转角速度定向回转，当圆弧刀刃进入切削时，摇台轴按ω＝ω1sinδb回转，其中ω为球面大圆平面即摇台的回转角速度，ω1为齿坯回转角速度，保证齿坯按基圆锥与球面大圆平面构成纯滚动，完成加工具有球面渐开线齿形的齿面；对于具有实轴的摇台轴直接由驱动装置驱动回转，对于运动合成的摇台轴的运动，由坐标系中y、z向合成运动形成以数值为ω回转角速度的摇台轴运转，完成齿面精车。 6)切削终了时摇台轴反向回转，使刀盘中心返回至初始位置，即退刀由摇台轴反转实现，回转角速度为ωr，刀轴在退刀时的回转角速度为ωor时，刀轴应满足其中N.刀齿数，M.切削间隔齿数，z.齿轮齿数，Δθ.切削区公转角度，一个刀齿间隔过去后，刀轴应恢复角速度为ω0直到下一刀齿在正确分度后进入切削过程，进行下一齿面精切。 7)通过刀盘上刀齿的配置和机床运动的控制可以一次安装齿坯将齿面全部正确切出。 第二种切齿法为包络法，包络法与采用圆弧刀刃共轭展成法相比还具有的技术特征 1)固定在刀盘上的刀齿采用短圆弧刀刃、甚至为一个点刀刃的刀齿。 2)对于齿轮凹面切削区域，在生成齿面的圆弧线AC上取k个点，每个点都是刀尖所在的位置，每一次切削即形成齿面上的一条螺旋线，设每次切削刀盘圆弧进给角度δθ，每次切削刀尖均在切削区角的角内沿着以摇台轴的回转轴线为圆心的径向运动，依次进给k次即能够切削出由k条螺旋线构成的齿面，即为包络展成切齿，运用包络展成法加工齿面切削起始和结束时刀盘相位角分别是θ1和θ2，切削结束时刀刃沿齿根切出。 上述两种切齿法技术方案的特征是能够根据的关系连续分度切齿，实现齿轮任意压力角的需要加工球面渐开线齿形弧齿锥齿轮。 第一种实施两种切齿法加工球面渐开线齿形弧齿锥齿轮的三轴联动数控切齿机床，三轴联动数控切齿机床主要由刀盘组件、床身、摇台轴组件、齿坯箱、转台与滑台组成，其中刀盘组件包括刀轴、安装在刀轴上的切齿刀盘与偏心机构。 齿坯箱通过滑台与转台滑动连接，转台通过销轴与床身水平工作面转动接触连接，并借助于床身上的弧形的T形槽将转台锁紧或松开，刀盘组件与摇台轴组件安装在床身的垂直部分上，在摇台轴上安装刀轴，即也能够绕自己的轴线回转的刀轴随摇台轴一起运转，摇台轴与刀轴平行且同时与床身垂直部分垂直地安装其上成转动连接，刀轴与摇台轴之间安装有能够调节两轴线之间距离的偏心机构，即安装有能够调节刀位q大小的偏心机构，摇台轴的一端与摇台固定连接，摇台轴的另一端与减速器、伺服电动机依次连接，刀轴的一端安装有切齿刀盘，刀轴的另一端与伺服电动机连接，齿坯箱上水平地安装着齿坯轴成转动连接，齿坯轴的一端安装齿坯，齿坯轴的另一端与伺服电动机连接，齿坯轴的轴线与摇台轴的轴线相交且同处一水平面内。 第二种实施两种切齿法加工球面渐开线齿形弧齿锥齿轮的四轴联动数控切齿机床，四轴联动数控切齿机床主要由切齿刀盘、垂直滑板、立柱、轴向滑板、T形床身、齿坯座与径向滑板组成； 切齿刀盘固定安装在刀轴一端上，刀轴与x轴平行地安装在垂直滑板上，刀轴的另一端与伺服电动机固定连接，垂直滑板安装在立柱上成滑动连接，立柱安装在轴向滑板上，能够沿x方向进行切齿刀盘轴向位置调整的满足切齿时刀刃在球面大圆平面中切削形成锥齿轮齿面的轴向滑板安装在T形床身的一个水平床面上，T形床身的另一个水平床面上安装有径向滑板，可沿y方向左右运动的径向滑板与T形床身的水平床面滑动连接，在径向滑板上安装有能够绕Z轴回转的完成被加工锥齿轮基锥角δb调整的齿坯座，齿坯座上水平安装有齿坯轴，齿坯轴一端安装有齿坯，齿坯轴另一端与伺服电动机固定连接。 安装在三轴联动数控切齿机床上的切齿刀盘是一圆盘形构件，切齿刀盘由刀盘和刀齿组成，刀盘圆周方向上安装多个不同或者相同用途的即粗、精切削轮齿凸凹面的刀齿； 刀齿包括有用于切削凹面的粗切外刃弧形刀齿、用于切削凹面的精切外刃弧形刀齿、用于切削凸面的粗切内刃弧形刀齿、用于切削凸面的精切内刃弧形刀齿和用于粗切、精切或者用于包络法的刀齿，刀齿的刀刃为半径等于R的圆弧形刀刃，或者为半径等于R的圆弧形线上的短圆弧或者点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球面渐开线齿形弧齿锥齿轮切齿法，其特征是该切齿法为采用圆弧刀刃共轭展成法，具有以下技术特征：　１）该切齿法采用的切齿机由刀轴（Ｏ↓［０］）、摇台轴（Ｏ）、齿坯轴（Ｏ↓［１］）按照一定的位置关系布置构成，摇台轴（Ｏ）与齿坯轴（Ｏ↓［１］）相交，相交位置和交角可以调节，安装切齿刀盘（７）的刀轴（Ｏ↓［０］）位于摇台轴（Ｏ）上并与摇台轴（Ｏ）平行；摇台轴（Ｏ）可以是一根实轴，也可以由两个运动合成完成其基本作用；刀轴（Ｏ↓［０］）与摇台轴（Ｏ）相对位置可以改变，用以实现刀位ｑ的调整，使其与刀盘半径Ｒ合理匹配；安装在刀轴（Ｏ↓［０］）上的切齿刀盘端面（Ｔ）与摇台端面即假想球面大圆平面（Ｑ）相重合，刀轴（Ｏ↓［０］）的轴线距摇台轴（Ｏ）的轴线为刀位ｑ；齿坯轴（Ｏ↓［１］）的轴线与摇台轴（Ｏ）的轴线相交，并以齿坯的基锥角δ↓［ｂ］与球面大圆平面（Ｑ）、切齿刀盘端面（Ｔ）相切；对于不同的粗、精切削需要，调整刀刃与工件的相对位置，使其按照正确运动轨迹进行齿面切削；对于精切的圆弧刀刃刀齿尾端Ｗ应对应切削齿轮齿根，对于按包络法切削齿面的理论上只有一点参与齿面成形的刀齿，应确保每一次切削的进刀位置，并最终应切削齿轮齿根，形成具有正确齿面的齿轮；　２）按ｑ＝Ｒ调整机床摇台轴（Ｏ）回转角速度（ω）、刀轴（Ｏ↓［０］）回转角速度（ω↓［０］）及齿坯轴（Ｏ↓［１］）回转角速度（ω↓［１］），两轴回转角速度的关系为ω↓［０］＝２ω↓［１］　ｓｉｎδ↓［ｂ］，其中：ｑ．刀轴（Ｏ↓［０］）轴线距摇台轴（Ｏ）轴线的距离即刀位，Ｒ．刀齿安装在刀盘端面中圆弧上的回转半径，δ↓［ｂ］．基锥角；　３）按初始相位角θ↓［１］调整刀齿位置；　４）按Δθ＝θ↓［１］－θ↓［２］确定切削工作行程角度，θ↓［２］为切削结束时刀轴（Ｏ↓［０］）的相位角；　５）机床工作时刀轴（Ｏ↓［０］）、齿坯轴（Ｏ↓［１］）始终以数值为ω↓［０］的回转角速度、数值为ω↓［１］的回转角速度定向回转，当圆弧刀刃进入切削时，摇台轴（Ｏ）按ω＝ω↓［１］ｓｉｎδ↓［ｂ］回转，其中ω为球面大圆平面（Ｑ）即摇台的回转角速度，ω↓［１］为齿坯回转角速度，保证齿坯按基圆锥与球面大圆平面（Ｑ）构成纯滚动，完成加工具有球面渐开线齿形的齿面；对于具有实轴的摇台轴（Ｏ）直接由驱动装置驱动回转，对于运动合成的摇台轴（Ｏ）的运动，由坐标系中ｙ、ｚ向合成运动形成以数值为ω回转角速度的摇台轴（Ｏ）运转，完成齿面精...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆军，彭福华，张学成，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]