[發明專利]平面二次包絡環面蝸桿五軸側銑加工方法

有效

• 申請號: 201110331666.1
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN102430817A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 王宇晗;畢慶貞;鐘磊
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B23F13/00
• 分類號: B23F13/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及平面二次包絡環面蝸桿銑削加工領域，尤其是一種平面二次包絡環面蝸桿的五軸數控側銑加工方法，具體地，涉及適用于平面包絡環面蝸桿類零件的五軸精密數控加工。

背景技術

以平面為母面，通過空間包絡運動形成平面包絡環面蝸桿，再以蝸桿齒面為母面，經過第二次包絡就可以形成蝸輪，把這兩次包絡形成的蝸桿和蝸輪相配，就形成了平面二次包絡環面蝸桿傳動。

平面二次包絡蝸桿傳動與圓柱蝸桿傳動相比較，具有以下優點：傳動時接觸齒數多，使每一接觸點的載荷較小；傳動時潤滑條件好；齒面接觸應力小?。所以環面蝸桿傳動的承載能力大，傳動效率高。

由于平面二次包絡蝸桿傳動具有上述優點,因此,自該傳動型式誕生以來,很快在全國各行各業中被推廣,現已大量應用于冶金設備,并在造船、采礦、機械、建筑、軍工、化工等各行業中采用,受到普遍歡迎。

傳統的平面二次包絡環面蝸桿的加工工藝通常采用：首先采用車削粗加工，然后淬火熱處理，最后采用磨削精加工。

粗加工的車削是讓車刀刀刃與基圓相切于一條直線，而精加工的磨削砂輪平面則是一個有傾斜角而與基圓相切的母平面，兩者的成型原理不同，前者屬于不變齒形等齒厚蝸桿，后者屬于變齒形變齒厚蝸桿，因此造成了磨削余量不均勻的問題。

精加工時由于圓形的砂輪平面與平面四邊形的蝸輪齒面不相符，只能憑經驗使砂輪平面覆蓋理論蝸輪齒面的一部分，因而造成加工出的蝸桿齒面存在誤差，并且在磨削加工兩側齒面時需要翻轉磨頭，降低了加工效率。而且由于是采用仿形法加工，需要蝸桿專用磨頭和蝸桿螺旋面切削刀盤等專用設備。

國內目前為止解決余量均化問題的方法主要是平面銑刀包絡法(周良墉.環面蝸桿修型原理及制造技術.長沙:國防科技大學出版社，2005)，即用一個與母平面形狀一致的銑刀去加工蝸桿齒面，這種方法粗加工后的齒面與磨削后的齒面最接近，但是需要制作專門的銑刀和銑刀頭，對機床的剛度要求較高，增加了工序和成本。

經對現有技術的文獻檢索發現，有一種用雙錐面砂輪替代現有的平面砂輪和錐面砂輪磨削包絡環面蝸桿以提高蝸桿磨削效率的方法（萬芳美，包絡環面蝸桿的高效磨削方法研究，重慶工學院學報?1006-401X(2000)03-0027-04），提出用一較大直徑的雙面錐形砂輪作為工具母面,它可分別或同時磨削蝸桿的兩側齒面，不用翻轉磨頭，但是這種方法是用錐形砂輪近似平面砂輪，是一種近似的方法，加工出的蝸桿也是對平面二包蝸桿的近似。

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發明內容

本發明的目的是：針對現有技術的不足，提出一套用于平面二次包絡環面蝸桿的五軸側銑加工方法，消除粗加工余量的不均勻性，實現平面二次包絡環面蝸桿齒面的精確加工，提高加工效率。

本發明的技術方案是：一種平面二次包絡環面蝸桿五軸側銑加工方法，所述平面二次包絡環面蝸桿可分為甲側齒面、乙側齒面、齒底面、齒頂面四部分，其包括如下步驟：

（1）根據零件材料和結構選擇合適的側銑刀具；

（2）根據選擇的側銑刀具確定側銑加工工藝參數：

（3）五軸聯動粗加工蝸桿齒根底面；

（4）五軸聯動側銑粗加工蝸桿甲側齒面；

（5）五軸聯動側銑粗加工蝸桿乙側齒面：

（6）對粗加工后的蝸桿進行淬火熱處理；

（7）五軸聯動精加工齒根底面；

（8）五軸聯動側銑精加工蝸桿甲側齒面；

（9）五軸聯動側銑精加工蝸桿乙側齒面。

本發明的工作原理是：通過對平面二次包絡環面蝸桿成型原理的分析，得出平面二次包絡環面蝸桿的兩側齒面均是可展直紋面；根據空間嚙合原理，得到平面二次包絡環面蝸桿的嚙合方程，進而得到平面二次包絡環面蝸桿齒面上嚙合接觸線方程；這些接觸線均是直線，在工作角范圍內，由這些接觸線產生出蝸桿兩側齒面；因此，使側銑刀具的側刃與接觸線重合，完全按照蝸桿齒面接觸線的軌跡進行側銑加工，便可以得到準確的平面二次包絡環面蝸桿齒面；粗加工時，使刀具側刃沿著齒面接觸線的法向偏置相同的距離作為余量，便可以達到余量均化的目的。

所述的側銑刀具是：指具有側刃可以進行側銑加工的平底立銑刀、環形銑刀、錐形銑刀。

所述的嚙合接觸線是：蝸輪蝸桿在嚙合過程中每一時刻的接觸線。

所述的平面二次包絡環面蝸桿成型原理是：以一個平面斜齒輪為產形輪繞其軸線旋轉，同時令環面蝸桿坯件繞另一軸線按一定的轉動比旋轉，所展成的蝸桿就是平面包絡環面蝸桿。