[發明專利]一種利用鼓形蝸桿工具加工內齒輪齒廓的方法和裝置

有效

• 申請號: 201310540777.2
• 申請日: 2013-11-05
• 公開（公告）號: CN103586546A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 陳謙;王俊嶺
• 申請（專利權）人: 陳謙;王俊嶺
• 主分類號: B23F5/04
• 分類號: B23F5/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種利用鼓形蝸桿工具加工內齒輪齒廓的方法和裝置，屬于機械傳動和機械加工技術領域。

背景技術

內齒輪是構成行星減速器、諧波減速器的重要傳動元件，目前一般采用插齒加工方法加工，其加工效率低、加工精度不容易提高，無法滿足高性能減速器制造的要求。采用超硬磨料成形砂輪并利用成形法磨削內齒輪是目前實現硬齒面內齒輪加工的主要工藝方法，但是這種方法受到工具尺寸和剛度、砂輪精度和成本等多種因素影響的制約，沒有也難以得到廣泛應用。與這種情況相對應的是外齒輪的加工方法獲得了長足的發展，其粗加工采用滾削，精加工可采用蝸桿砂輪連續磨削，因此具有加工效率高、精度高、效率高、成本低等特點，在工業界獲得成功應用。目前采用蝸桿砂輪磨削可以獲得數十秒鐘加工一個小型齒輪，采用普通低成本砂輪、可連續修整和可連續磨削是這種加工方式取得成功的關鍵。但是受到傳動原理的限制，蝸輪蝸桿傳動只能是外嚙合傳動，到目前為止還沒有嚙合理論研究蝸桿和內齒輪的嚙合關系，因為從直覺上內齒輪和蝸桿的嚙合幾乎是不可能或沒有作用的。事實上，這是一個巨大的誤區。從嚙合原理本身看，當蝸桿的齒面足夠短時且采取合適的支撐方式時，蝸桿完全可以置于內齒輪的內部并與之產生嚙合運動，當然此時的蝸桿的節面一般不是圓柱面，而是一個鼓形面，鼓形的母線半徑可以具有多種不同的尺寸，但通常應比被加工齒輪的節圓半徑小，但鼓形的回轉直徑卻可以比內齒輪的直徑大，因此采用蝸桿內嚙合即可以加工大齒輪也可以加工小齒輪。其中，當蝸桿回轉直徑大于齒輪直徑時，只有一種可能，那就是將工具蝸桿制造成空心結構，并使環狀的空心工具和齒輪環相互穿透，這樣就可以實現連續的嚙合運動。利用蝸桿狀工具連續加工內齒輪可以大幅度降低加工成本，且可以加工直徑極小的各種內齒輪或類似齒輪的周向均多齒結構。同時可以提供一種新型的傳動方式可大幅度減小外嚙合蝸桿傳動機構的尺寸。

發明內容

本發明提供一種利用鼓形蝸桿工具加工內齒輪齒廓的方法和裝置，它是一種新型蝸桿傳動機構和利用該機構實現內齒輪高效高精度加工的方法和裝置。

（1）本發明的主要方法是設計一種鼓形蝸桿工具，用于高效率地加工內齒輪。對于大型內齒輪，鼓形蝸桿工具可置于齒輪內部，即其工具最大外形尺寸小于齒輪。對于小內齒輪，鼓形蝸桿工具尺寸可以遠大于內齒輪工件尺寸，此時蝸桿為空心環狀扁平結構，可以分成兩部分并穿過工件后連接起來在加工過程作為一個整體參與加工或通過殼體結構使二者在加工過程保持穩定的相對位置關系。圖1a、1b、1c分別是一種利用小直徑鼓形蝸桿蝸桿加工大直徑內齒輪的原理結構圖的主視圖、左視圖和俯視圖.設鼓形蝸桿蝸桿的母線半徑為R0，鼓形蝸桿蝸桿的節圓最大回轉外半徑為R2，被加工內齒輪的半徑為R1。為了加工內齒輪，鼓形蝸桿必須傾斜一定角度G，確保鼓形蝸桿的齒形方向與被加工齒輪的齒形方向一致。當然，當鼓形蝸桿采用不同的螺旋角時，二者之間的軸線夾角可以增加或減少一個被加工內斜齒輪的螺旋角。因此當加工斜內齒輪時，選擇鼓形蝸桿的合理螺旋線方向可以在特定情況下保證工具軸線與內齒輪軸線成90度。圖1c中，工件01和鼓形蝸桿工具02在該圖左側構成嚙合狀態，該鼓形蝸桿的軸線可按照圖1b所示與被加工齒輪的軸線間具有確定的夾角G。這可以確保在鼓形蝸桿與齒輪嚙合處的節圓上的切線具有相同的方向。圖2a、2b、2c分別是一種利用大直徑鼓形蝸桿加工小直徑內齒輪的原理結構圖的主視圖、左視圖和俯視圖。此時，考慮到工具直徑大、工件直徑小，刀具無法完全進入工件之中，工具的回轉半徑R2大于被加工工件的直徑R1，因此工具基體需要制造成空心環狀。為了保證鼓形蝸桿和內齒輪的節圓在切點處具有共同的切線方向，鼓形蝸桿需要按照圖2b所示安裝并使鼓形蝸桿工具的軸線和工件齒輪的軸線之間的夾角為G。G為鼓形蝸桿工具節圓最大直徑處的螺旋角。按照圖1c或圖2c，工件01只做圍繞其自身軸線的勻速回轉運動和在水平面中的徑向進給運動，鼓形蝸桿工具02、02’則一邊繞自身軸線旋轉一邊做勻速的沿著工件軸線方向軸向進給運動。利用這4個基本運動可以完成內齒直齒輪的連續滾削或磨削加工，同時這4個運動可以通過合理方式進行組合用于加工斜齒內齒輪。但調整角度G的運動也可以作為一個參與機床聯動運動的自由度，用于與其它四軸構成五軸聯動機床，可以用于齒輪修形或加工具有非常規齒廓的內齒輪。在圖1c中，通過設計合適的蝸桿螺旋角可以使工具從工件中貫穿而過，這樣可以構成一種比較有趣的內嚙合蝸桿傳動方式。圖2c中的環狀工具可以根據情況制造成多種結構形式（方式1），如兩半完全對稱的不需要螺釘連接但可以在軸承和殼體作用下保持穩定和正確的相對位置關系的方式（方式2），分解成大小不同的可通過螺釘銷釘共同作用將其在穿過工具后連接成一個部件的方式或直接保留一個小的開口容許工件進入其內部的方式（方式3）。其中方式3適合粗加工的情況。該環狀工具在機床的支撐方式也非常重要，一種是采用上下兩部分對開方式的滾動或滑動軸承分別支撐環狀工具的上下兩部分，該方案適合方式1，可采用3組以上滾動軸承支撐連接成整體的工具的兩部分，該方法適合方式2。方式3則適合采用滑動軸承支撐。蝸桿工具的回轉可采用消除間隙的齒輪機構或小間隙齒輪機構傳動實現。