[發(fā)明專利]弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510581243.3
• 申請(qǐng)日: 2015-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN105108241B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華林;鄭方焱;韓星會(huì)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B23F9/08
• 分類號(hào): B23F9/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 孟慶繁

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ω_f，主軸轉(zhuǎn)速ω_c；

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r_v各有標(biāo)準(zhǔn)；

b)刀盤半徑:刀盤半徑r_v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β_f決定，按下式計(jì)算：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_n={\mathrm{\α}}_r+h_{f}sin\left({\mathrm{\β}}_f\right)/R_0\\ {\mathrm{\α}}_w={\mathrm{\α}}_r-h_{f}sin\left({\mathrm{\β}}_f\right)/R_0\end{array}\right.$

式中，α_r為齒輪的理論設(shè)計(jì)壓力角，取為20度；h_f為待加工齒輪的齒根高；β_f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：

$W=\frac{r_{d1}cos\left({\mathrm{\β}}_f\right)}{2z_1}-4h_{f}tan\left({\mathrm{\α}}_r\right)$

式中，r_d1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：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_i=\sqrt{{R_0}^2+{r_v}^2-2R_0{r}_{v}sin\left({\mathrm{\β}}_f\right)}\\ {\mathrm{\θ}}_i=a\cos \left(\frac{{R_0}^2+{r_i}^2-{r_v}^2}{2r_i{R}_0}\right)\end{array}\right.$

其中r_i為徑向無展成刀位，θ_i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：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_i=r_{i}sin\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\\ V_i=r_{i}cos\left({\mathrm{\θ}}_i\right)\end{array}\right.$

其中，H_i為垂直無展成刀位，V_i為水平無展成刀位；

b)計(jì)算初始刀位：其起始角度相對(duì)無展成的角度增加或者減少一個(gè)展成角θ_ki(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(duì)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(duì)于搖臺(tái)型機(jī)床，初始刀位按下式計(jì)算：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_{i0}=r_i\\ {\mathrm{\θ}}_{i0}=acos(R_0/2r_v)\±{\mathrm{\θ}}_{ki}\end{array}\right.$

其中，r_c0為初始徑向刀位，θ_i0為初始角向刀位；

對(duì)于直角坐標(biāo)型機(jī)床，則初始刀位為：

$\left\{\begin{array}{c}{H}_{i0}=r_{i}sin({\mathrm{\θ}}_i\±{\mathrm{\θ}}_{ki})\\ V_{i0}=r_{i}cos({\mathrm{\θ}}_i\±{\mathrm{\θ}}_{ki})\end{array}\right.$

其中，H_i0為初始垂直刀位，V_i0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

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_A=a\cot (n_{3uy}/n_{3ux})\\ {\mathrm{\Σ}}_B=a\tan \[\frac{t_{3ux}sin\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)-t_{3uy}cos\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)}{t_{3uz}}\]\\ {\mathrm{\θ}}_G={\mathrm{\θ}}_g+a\tan \left\{\frac{t_{4ux}\cos \left({\mathrm{\Φ}}_A\right)+t_{4uy}sin\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)}{t_{4uz}cos\left({\mathrm{\Σ}}_B\right)+\[t_{4ux}sin\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)-t_{4uy}cos\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)\]sin\left({\mathrm{\Σ}}_B\right)}\right\}\end{array}\right.$

式中n_3ux,n_3uy,n_3uz是非圓錐齒輪根錐面的法向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；t_3ux,t_3uy,t_3uz是其第一方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量,t_4ux,t_4uy,t_4uz是其第二方向切向量的三個(gè)坐標(biāo)分量；Φ_A是機(jī)床工件軸的角度位置；Σ_BΦ_A是機(jī)床根錐軸的角度位置；θ_G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(duì)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：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_A=a\cot (n_{3uy}/n_{3ux})\\ {\mathrm{\Σ}}_B=a\tan \[\frac{t_{3ux}sin\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)-t_{3uy}cos\left({\mathrm{\Φ}}_A\right)}{t_{3uz}}\]\\ D_x=r_i\cos ({\mathrm{\φ}}_i+{\mathrm{\θ}}_G)+E_b\cos \left({\mathrm{\Σ}}_B\right)\\ D_y=r_i\sin ({\mathrm{\φ}}_i+{\mathrm{\θ}}_G)\\ D_z=E_b\sin \left({\mathrm{\Σ}}_B\right)\end{array}\right.$

式中D_x,D_x,D_x分別為機(jī)床的X，Y，Z軸的位置，E_b為軸向輪位；

七、切削方法：?jiǎn)畏侄入p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(duì)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)。