[發(fā)明專利]一種大模數、少齒數齒輪齒形模擬及加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310281753.X
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103390078A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 彭澤軍;李超;陳烜;顧永康
• 申請（專利權）人: 常熟天地煤機裝備有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B23F5/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發(fā)明涉及機電一體化數控加工技術領域，尤其是涉及一種大模數、少齒數齒輪齒形模擬及加工方法。

背景技術

目前，國內常用的齒輪齒形的加工方法包括“范成法”（比如滾齒、插齒等）和“仿形法”（比如銑齒）；特殊情況，還有“線切割加工法”。在國外，除了上述方法外，還采用“五軸聯(lián)動齒輪加工中心”加工齒形。

“范成法”加工齒輪時，當齒數小于17時，會發(fā)生“根切”現(xiàn)象。行走輪的齒數一般小于14，撇開大模數滾刀（或插齒刀）的制造難度和成本，僅從加工原理上看，大模數、少齒數行走輪不宜用“范成法”進行加工。“仿形法”（銑齒）加工齒輪時，由于漸開線齒廓形狀取決于基圓的大小，欲加工精確齒廓，對模數和壓力角相同的、齒數不同的齒輪，應采用不同的刀具，而這在實際中是不可能的。生產中通常用同一號銑刀切制同模數、不同齒數的齒輪，故齒形通常是近似的、而不是精確的。加上我公司大模數、少齒數齒輪模數有3種（39.79、43.8、46.79）、齒數有8種（7～14），如果采用銑齒機對行走輪進行銑齒加工，僅就購買銑刀而言，成本就很大。所謂的“電火花線切割加工法”就是以移動著的細絲（直徑約在0.5mm以內）做電極，在電極絲與工件之間產生火花放電，并通過計算機程序控制加工出所需齒形。

目前，國內采煤機大模數、少齒數齒輪基本采用此法加工。但電火花線切割加工也存在如下缺點：1、齒形表面有軸向線切割紋路，會導致應力集中，造成行走輪承載力下降，使其存在早期失效的風險；且光潔度較低（Ra6.3um）。普通電火花線切割設備上需使用的自制工裝——分齒機構，其制造誤差直接影響到大模數、少齒數齒輪上每個齒的齒形相對于整個行走輪軸心的位置度誤差。2、電火花線切割是利用電火花的瞬時高溫（8000～12000℃）使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，齒面會發(fā)生金相組織的變化，影響齒輪的質量穩(wěn)定性。3、加工周期長、交貨及時性差。電火花線切割的加工速度一般為1500mm2/min，以本公司產品MHA05R-4齒輪（齒數為11，齒厚為80mm）為例，其繞齒形一周，長度為2848mm，其線切割加工時間為：2848X80/1500=151.89小時。即平均每齒齒形加工需13.8小時，效率極其低下，嚴重影響產品的生產周期和交貨及時性。

“五軸聯(lián)動齒輪加工中心”加工齒形，采用專業(yè)的齒輪加工軟件對齒輪進行模擬編程，再進行齒形銑削加工。由于“五軸聯(lián)動齒輪加工中心”在一般加工中心三軸（X軸、Y軸、Z軸）增加了二個旋轉軸（一般為A軸、C軸），且需要購買專業(yè)齒形銑削模擬編程軟件，因而價格十分昂貴。

所以申請人利用軟件程序進行模擬后，利用普通加工中心加工齒輪齒形。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術的不足，申請人經過長期的實踐探索，設計了一種大模數、少齒數齒輪齒形模擬及加工方法。

技術方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：一種大模數、少齒數齒輪齒形模擬及加工方法，所述方法包括：

S10，模擬切削過程，所述模擬切削過程基于Mastercam軟件，包括刀具路徑選擇、銑削加工方式、補正方式及加工冷卻方式；

S20，模擬加工環(huán)境，所述模擬加工環(huán)境基于數控刀具計算軟件Walter，設定加工設備的加工范圍、加工功率、切削力、扭矩、主軸轉速、進給率、切削寬度、切削深度及金屬切除率，進行計算；

S30，確定加工刀具，根據S20計算得到的參數，配置刀具及輔具；

S40，導出仿真程序，在Mastercam軟件中輸入S20得到的加工參數，利用Mastercam軟件的程序編輯功能形成加工程序，導出成為文本文檔；

S50，加工試樣，將S40得到的仿真程序輸入到加工中心，在加工中心配置S30中確定的刀具和輔具，對試樣工件進行加工；

S60，調整加工參數，檢測S50加工完畢的試樣工件，調整切削參數；

S70，確定加工程序。

所述S10步驟中刀具路徑選擇及銑削加工方式具體為：

a、根據齒輪齒形上的若干關鍵點坐標，利用一條曲線連接所述關鍵點，形成齒輪的外輪廓曲線；

b、在齒輪的每兩齒之間銑出一個定位孔，所述定位孔與a中形成的齒輪的外輪廓曲線之間的銑削余量為1-3mm；

c、利用銑刀沿著齒輪的外輪廓曲線，從齒端向著齒根處進行銑削，完成齒形加工。

進一步地，所述c步驟中當從齒端向著齒根處進行銑削時，采用徑向銑削的方式。

進一步地，所述c步驟中當從齒端向著齒根處進行銑削時，采用冷卻液對刀具和加工中的齒輪進行冷卻。