弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法技術(shù)

一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法，采用單齒分度連續(xù)展成法：在加工過程中，虛擬搖臺(tái)和齒輪作純滾動(dòng)嚙合，刀盤上的切削韌漸漸切入齒輪實(shí)體，并展成齒輪的齒廓。完成一個(gè)輪齒的加工后，將刀盤在搖臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)分度角，再將搖臺(tái)和齒輪以純滾動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)合適的位置，進(jìn)行下一個(gè)齒的切削。可以在通用的弧齒銑齒機(jī)上加工弧齒非圓錐齒輪，加工刀具和工裝夾具加工弧齒錐齒輪一樣，無需特別定制。具有加工效率高，精度高，加工工藝能力成熟的特點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法
本專利技術(shù)涉及一種非圓錐齒輪的銑齒工藝方法，特別是涉及一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法。
技術(shù)介紹
非圓齒輪是用來傳遞兩軸間非勻速運(yùn)動(dòng)的，和其他非勻速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(如凸輪、連桿等)相比，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，非圓齒輪以其實(shí)現(xiàn)非勻速傳動(dòng)的特性，應(yīng)用于紡織、卷煙、造紙等機(jī)械設(shè)備中。但由于其節(jié)曲線為非圓形，致使設(shè)計(jì)、制造等要比圓齒輪復(fù)雜的多，三維造型尤為困難。相較于非圓柱齒輪傳動(dòng)，非圓錐齒輪能實(shí)現(xiàn)空間交錯(cuò)軸變速比傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)更加緊湊，其應(yīng)用范圍目前主要集中于：非圓錐齒輪液壓泵，變速比防滑差速器，以及一些特殊的函數(shù)發(fā)生機(jī)構(gòu)……目前在非圓錐齒輪設(shè)計(jì)方面研究較多的是直齒非圓錐齒輪，但是直齒非圓錐加工較困難，目前的加工方法主要有五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工，線切割加工和刨齒加工三種方法，但三種方法都具有通用性差，加工效率低的缺點(diǎn)。而弧齒錐齒輪目前還沒有專用的加工工藝方法，只能在6軸加工中心銑削加工，其效率低，成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法，該方法的切削工藝是端面銑削(face-milling)，具有較高生產(chǎn)效率和加工精度；加工得到的弧齒非圓錐齒輪是格里森收縮齒制，接觸區(qū)可調(diào)；加工刀具是通用的弧齒錐齒輪銑刀，無需特別定制；加工機(jī)床是通用的弧齒錐齒輪銑齒機(jī)，但需要五聯(lián)動(dòng)；工裝夾具的設(shè)計(jì)和加工弧齒錐齒輪一樣，無需特別定制。加工原理運(yùn)用該方法的基本原理與加工弧齒圓錐齒輪具有相似性，其不同之處是：弧齒圓錐齒輪的節(jié)錐面為圓錐面，而弧齒非圓錐齒輪的節(jié)錐面是一個(gè)非圓的錐面。弧齒非圓錐齒輪的加工要較圓錐齒輪的加工更復(fù)雜，且必須在五聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床上完成。其基本產(chǎn)形原理是由一個(gè)產(chǎn)形輪同時(shí)在一對共扼的非圓錐面上生成一對能正確嚙合的共扼齒廓。而弧齒錐齒輪銑刀就安裝在產(chǎn)形輪上，作為產(chǎn)形輪的齒廓。加工收縮齒廓弧齒非圓錐齒輪采用平頂產(chǎn)形輪，它的面錐是一個(gè)平面，節(jié)錐面是一個(gè)錐角接近90度的平面。在加工的過程中，平頂產(chǎn)形輪是機(jī)床的虛擬搖臺(tái)，它與要加工的齒輪作純滾動(dòng)嚙合。由于非圓錐齒輪的每個(gè)齒廓都不相同，故不能采用成形法加工，只能采用單齒分度連續(xù)展成法：在加工過程中，虛擬搖臺(tái)和齒輪作純滾動(dòng)嚙合，刀盤上的切削刃漸漸切入齒輪實(shí)體，并展成齒輪的齒廓；完成一個(gè)輪齒的加工后，將刀盤在虛擬搖臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)分度角，再將虛擬搖臺(tái)和齒輪以純滾動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)合適的位置，進(jìn)行下一個(gè)齒的切削。工藝過程和參數(shù)計(jì)算其加工工藝由如下步驟進(jìn)行：一、確定切削參數(shù)：根據(jù)弧齒錐齒輪的圖紙要求，以及干切或濕切的加工要求，選用合適機(jī)床，夾緊方式，冷卻方式，進(jìn)給速度ωf，主軸轉(zhuǎn)速ωc。二、計(jì)算刀盤的參數(shù)：a)刀盤的齒數(shù):理論上可以任意選取，實(shí)際上由刀盤廠商根據(jù)刀盤半徑rv各有標(biāo)準(zhǔn)。b)刀盤半徑:刀盤半徑rv根據(jù)待加工齒輪的接觸情況決定，可先選取，再根據(jù)接觸情況優(yōu)化。c)刀片的壓力角：壓力角由待加工齒輪的理論螺旋角βf決定，按下式計(jì)算：式中，αr為齒輪的理論設(shè)計(jì)壓力角，取為20度；hf為待加工齒輪的齒根高；βf為理論螺旋角；R0為理論接觸點(diǎn)的錐距。d)錯(cuò)刀距：錯(cuò)刀距要根據(jù)齒輪的模數(shù)和螺旋角決定，并在實(shí)際加工中微調(diào)，可按下式估算：式中，rd1為小輪的大端錐距，z1為小輪的齒數(shù)。三、刀位參數(shù)：a)計(jì)算無展成刀位：根據(jù)擺線的產(chǎn)形原理以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算無展成的刀位：若機(jī)床為搖臺(tái)型機(jī)床，則無展成刀位為：其中ri為徑向無展成刀位，θi為角向無展成刀位。若機(jī)床為直角坐標(biāo)型機(jī)床，則無展成刀位為：其中，Hi為垂直無展成刀位，Vi為水平無展成刀位。b)計(jì)算初始刀位：其起始角度相對無展成的角度增加或者減少一個(gè)展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符號(hào)由展成方向決定，展成角的大小需要根據(jù)非圓錐齒輪的重合度來確定，對于每個(gè)輪齒都不一樣，該角度即為等加工齒輪一個(gè)輪齒從嚙入到嚙出搖臺(tái)轉(zhuǎn)的角度。對于搖臺(tái)型機(jī)床，初始刀位按下式計(jì)算：其中，rc0為初始徑向刀位，θi0為初始角向刀位。對于直角坐標(biāo)型機(jī)床，則初始刀位為：其中，Hi0為初始垂直刀位，Vi0為初始水平刀位。四、輪位參數(shù)：由齒輪的安裝決定，修正此輪位參數(shù)位置有利于齒輪接觸區(qū)的調(diào)整。五、機(jī)床根錐角參數(shù)：該參數(shù)由齒輪的收縮齒制決定，若要加工等高齒直齒錐齒輪，則該參數(shù)為直齒錐齒輪的節(jié)錐角，若要加工收縮齒直齒錐齒輪，則該參數(shù)為齒輪的根錐角。六、各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：若機(jī)床是搖臺(tái)型機(jī)床，此時(shí)機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程為式中n3ux,n3uy,n3uz是非圓錐齒輪根錐面的法向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；t3ux,t3uy,t3uz是其第一方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量,t4ux,t4uy,t4uz是其第二方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；ΦA(chǔ)是機(jī)床工件軸的角度位置；ΣBΦA(chǔ)是機(jī)床根錐軸的角度位置；θG是機(jī)床搖臺(tái)軸的角度位置。可根據(jù)下式計(jì)算：式中，為待加工齒輪的轉(zhuǎn)角，δ0為瞬時(shí)節(jié)錐角，δ0'為節(jié)錐角δ0對轉(zhuǎn)角求導(dǎo)，即若機(jī)床是直角坐標(biāo)型機(jī)床則需要將刀盤水平和垂直軸即X軸和Y軸虛擬為一個(gè)搖臺(tái)軸，此搖臺(tái)軸的進(jìn)給量即為齒輪展成運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給量。此時(shí)，機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程為：式中Dx,Dx,Dx分別為機(jī)床的X，Y，Z軸的位置，Eb為軸向輪位。七、切削方法：單分度雙面銑削，為了方便的調(diào)出接觸區(qū)，大輪采用單刀雙面法加工，即用同一刀盤的內(nèi)外刀刃同時(shí)切出輪齒的凹凸齒面；小輪采用單刀單面法，即用同一刀盤在某一刀位先切出輪齒的凹齒面，再使用相同刀盤，調(diào)整刀位，切出輪齒的凸齒面。八、機(jī)床參數(shù)的調(diào)整：由于機(jī)床，刀盤，工裝的綜合誤差，實(shí)際切削出的大輪和小輪的接觸區(qū)域往往和理論計(jì)算不一致，對刀位和機(jī)床主軸的工件軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行微調(diào)以達(dá)到最佳的接觸狀態(tài)。本專利技術(shù)的特點(diǎn)：運(yùn)用該加工方法，可以在通用的弧齒銑齒機(jī)上加工弧齒非圓錐齒輪，具有加工效率高，精度高，成本低，加工工藝能力成熟。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的基本產(chǎn)形原理示意圖。圖2為本專利技術(shù)所構(gòu)造的產(chǎn)形輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本專利技術(shù)所要切削的弧齒非圓錐齒輪小輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本專利技術(shù)所要切削的弧齒非圓錐齒輪大輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1.主動(dòng)非圓節(jié)錐面，2.產(chǎn)形輪齒長曲線，3.產(chǎn)形輪，4.產(chǎn)形平面，5.從動(dòng)非圓節(jié)錐面，6.端面銑齒刀，7.產(chǎn)形輪齒廓，8.產(chǎn)形輪節(jié)錐面。具體實(shí)施方式其基本產(chǎn)形原理如圖1所示，是基于保證產(chǎn)形輪3的產(chǎn)形平面4與一對共扼的主動(dòng)非圓節(jié)錐面1和從動(dòng)非圓節(jié)錐面5(該非圓節(jié)錐面即為待加工的一對非圓齒輪的節(jié)曲面)純滾動(dòng)。如此，產(chǎn)形輪齒廓7便可以同時(shí)在待加工的一對共扼的非圓錐齒輪的節(jié)曲面上生成共扼齒廓。這樣生成的非圓錐齒輪齒廓的齒長曲線形狀便由產(chǎn)形輪齒長曲線2所決定。而弧齒錐齒輪端面銑齒刀6就安裝在產(chǎn)形輪3上，作為產(chǎn)形輪3的齒廓。加工收縮齒廓弧齒非圓錐齒輪采用平頂產(chǎn)形輪，其產(chǎn)形輪的形狀如圖2所示。它的面錐是一個(gè)產(chǎn)形平面4，產(chǎn)形輪節(jié)錐面8是一個(gè)錐角接近90度的平面。本專利技術(shù)所要切削的弧齒非圓錐齒輪小輪結(jié)構(gòu)如圖3所示，所要切削的弧齒非圓錐齒輪大輪結(jié)構(gòu)如圖4所示。待加工收縮齒弧齒非圓錐齒輪，其基本參數(shù)如下表所示：表格1齒輪基本參數(shù)根據(jù)以上參數(shù)，在六軸直角坐標(biāo)式弧齒錐齒輪銑齒機(jī)上加工，運(yùn)用二次切削法加工，其步驟如下：1、根據(jù)加工條件確定齒輪的基本切削參數(shù)如下表格2基本加工條件2、根據(jù)上述方法計(jì)算得刀具基本參數(shù)如下表所本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法，其特征在于：采用單齒分度連續(xù)展成法：在加工過程中，虛擬搖臺(tái)和齒輪作純滾動(dòng)嚙合，刀盤上的切削刃漸漸切入齒輪實(shí)體，并展成齒輪的齒廓；完成一個(gè)輪齒的加工后，將刀盤在虛擬搖臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)分度角，再將虛擬搖臺(tái)和齒輪以純滾動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)合適的位置，進(jìn)行下一個(gè)齒的切削；其加工工藝由如下步驟進(jìn)行：一、確定切削參數(shù)：根據(jù)弧齒錐齒輪的圖紙要求，以及干切或濕切的加工要求，選用合適機(jī)床，夾緊方式，冷卻方式，進(jìn)給速度ωf，主軸轉(zhuǎn)速ωc；二、計(jì)算刀盤的參數(shù)：a)刀盤的齒數(shù):理論上可以任意選取，實(shí)際上由刀盤廠商根據(jù)刀盤半徑rv各有標(biāo)準(zhǔn)；b)刀盤半徑:刀盤半徑rv根據(jù)待加工齒輪的接觸情況決定，一般可先選取，再根據(jù)接觸情況優(yōu)化；c)刀片的壓力角：壓力角由待加工齒輪的理論螺旋角βf決定，一般按下式計(jì)算：αn=αr+hfsin(βf)/R0αw=αr-hfsin(βf)/R0]]>式中，αr為齒輪的理論設(shè)計(jì)壓力角，一般取為20度；hf為待加工齒輪的齒根高；βf為理論螺旋角；R0為理論接觸點(diǎn)的錐距；d)錯(cuò)刀距：錯(cuò)刀距要根據(jù)齒輪的模數(shù)和螺旋角決定，并在實(shí)際加工中微調(diào)，一般的可按下式估算：W=rd1cos(βf)2z1-4hftan(αr)]]>式中，rd1為小輪的大端錐距，z1為小輪的齒數(shù)；三、刀位參數(shù)：a)計(jì)算無展成刀位：根據(jù)擺線的產(chǎn)形原理以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算無展成的刀位：若機(jī)床為搖臺(tái)型機(jī)床，則無展成刀位為：ri=R02+rv2-2R0rvsin(βf)θi=a cos(R02+ri2-rv22riR0)]]>其中ri為徑向無展成刀位，θi為角向無展成刀位若機(jī)床為直角坐標(biāo)型機(jī)床，則無展成刀位為：Hi=risin(θi)Vi=ricos(θi)]]>其中，Hi為垂直無展成刀位，Vi為水平無展成刀位；b)計(jì)算初始刀位：其起始角度相對無展成的角度增加或者減少一個(gè)展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符號(hào)由展成方向決定，展成角的大小需要根據(jù)非圓錐齒輪的重合度來確定，對于每個(gè)輪齒都不一樣，該角度即為等加工齒輪一個(gè)輪齒從嚙入到嚙出搖臺(tái)轉(zhuǎn)的角度；對于搖臺(tái)型機(jī)床，初始刀位按下式計(jì)算：ri0=riθi0=a cos(R0/2rv)±θki]]>其中，rc0為初始徑向刀位，θi0為初始角向刀位；對于直角坐標(biāo)型機(jī)床，則初始刀位為：Hi0=rcsin(θi±θki)Vi0=rccos(θi±θki)]]>其中，Hi0為初始垂直刀位，Vi0為初始水平刀位；四、輪位參數(shù)：由齒輪的安裝決定，修正此位置有利于齒輪接觸區(qū)的調(diào)整；五、機(jī)床根錐角參數(shù)：該參數(shù)由齒輪的收縮齒制決定，若要加工等高齒直齒錐齒輪，則該參數(shù)為直齒錐齒輪的節(jié)錐角，若要加工收縮齒直齒錐齒輪，則該參數(shù)為齒輪的根錐角；六、各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系：若機(jī)床是搖臺(tái)型機(jī)床，此時(shí)機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程為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是非圓錐齒輪根錐面的法向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；t3ux,t3uy,t3uz是其第一方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量,t4ux,t4uy,t4uz是其第二方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；ΦA(chǔ)是機(jī)床工件軸的角度位置；ΣBΦA(chǔ)是機(jī)床根錐軸的角度位置；θG是機(jī)床搖臺(tái)軸的角度位置；可根據(jù)下式計(jì)算：式中，為待加工齒輪的轉(zhuǎn)角，δ0為瞬時(shí)節(jié)錐角，δ0'為節(jié)錐角δ0對轉(zhuǎn)角求導(dǎo)，即若機(jī)床是直角坐標(biāo)型機(jī)床則需要將刀盤水平和垂直軸(一般是X軸和Y軸)虛擬為一個(gè)搖臺(tái)軸，此搖臺(tái)軸的進(jìn)給量即為齒輪展成運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給量；此時(shí)，機(jī)床各軸的運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程為：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分別為機(jī)床的X，Y，Z軸的位置；Eb為軸向輪位七...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法，其特征在于：采用單齒分度連續(xù)展成法：在加工過程中，虛擬搖臺(tái)和齒輪作純滾動(dòng)嚙合，刀盤上的切削刃漸漸切入齒輪實(shí)體，并展成齒輪的齒廓；完成一個(gè)輪齒的加工后，將刀盤在虛擬搖臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)分度角，再將虛擬搖臺(tái)和齒輪以純滾動(dòng)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)合適的位置，進(jìn)行下一個(gè)齒的切削；其加工工藝由如下步驟進(jìn)行：一、確定切削參數(shù)：根據(jù)弧齒錐齒輪的圖紙要求，以及干切或濕切的加工要求，選用合適機(jī)床，夾緊方式，冷卻方式，進(jìn)給速度ωf，主軸轉(zhuǎn)速ωc；二、計(jì)算刀盤的參數(shù)：a)刀盤的齒數(shù):理論上任意選取，實(shí)際上由刀盤廠商根據(jù)刀盤半徑rv各有標(biāo)準(zhǔn)；b)刀盤半徑:刀盤半徑rv根據(jù)待加工齒輪的接觸情況決定，可先選取，再根據(jù)接觸情況優(yōu)化；c)刀片的壓力角：壓力角由待加工齒輪的理論螺旋角βf決定，按下式計(jì)算：式中，αr為齒輪的理論設(shè)計(jì)壓力角，取為20度；hf為待加工齒輪的齒根高；βf為理論螺旋角；R0為理論接觸點(diǎn)的錐距；d)錯(cuò)刀距：錯(cuò)刀距要根據(jù)齒輪的模數(shù)和螺旋角決定，并在實(shí)際加工中微調(diào)，可按下式估算：式中，rd1為小輪的大端錐距，z1為小輪的齒數(shù)；三、刀位參數(shù)：a)計(jì)算無展成刀位：根據(jù)擺線的產(chǎn)形原理以及相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算無展成的刀位：若機(jī)床為搖臺(tái)型機(jī)床，則無展成刀位為：其中ri為徑向無展成刀位，θi為角向無展成刀位；若機(jī)床為直角坐標(biāo)型機(jī)床，則無展成刀位為：其中，Hi為垂直無展成刀位，Vi為水平無展成刀位；b)計(jì)算初始刀位：其起始角度相對無展成的角度增加或者減少一個(gè)展成角θki(i＝1,2…z)，展成角的符號(hào)由展成方向決定，展成角的大小需要根據(jù)非圓錐齒輪的重合度來確定，對于每個(gè)輪齒都不一樣，該角度即為等加工齒輪一個(gè)輪齒從嚙入到嚙出搖臺(tái)轉(zhuǎn)的角度；對于搖臺(tái)型機(jī)床，初始刀位按下式計(jì)算：其中，rc0為初始徑向刀位，θi0為初始角向刀位；對于直角坐標(biāo)型機(jī)床，則初始刀位為：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：華林，鄭方焱，韓星會(huì)，
申請(專利權(quán))人：武漢理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42