[發(fā)明專利]一種基于通用四軸數(shù)控機(jī)床與球頭銑刀的螺旋錐齒輪加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810382456.7
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108568567B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏巍
• 申請（專利權(quán)）人: 長江大學(xué)
• 主分類號: B23F9/08
• 分類號: B23F9/08
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務(wù)所(普通合伙) 42216
• 代理人: 李杰

1.一種基于通用四軸數(shù)控機(jī)床與球頭銑刀的螺旋錐齒輪加工方法，其特征在于：它包括以下步驟：

一、齒面離散點(diǎn)計(jì)算：

1）、為了使齒面離散點(diǎn)均勻分布在齒面上，在軸截面上進(jìn)行離散點(diǎn)規(guī)劃；

2）、將齒頂線和齒根線等分為個點(diǎn)，將這些等分點(diǎn)相連得到多條齒高線；齒高線上共軛齒面和過渡曲面的分界點(diǎn)由直線刀刃上靠近齒根的邊緣切出；

3）、確定分界點(diǎn)后，將齒高線上共軛齒面部分和過渡曲面部分分別均分為和個點(diǎn)；

4）、完成軸截面離散點(diǎn)規(guī)劃后，以旋轉(zhuǎn)投影的方法，求解得到共軛齒面和過渡曲面上的離散點(diǎn)坐標(biāo)；

二、齒輪實(shí)體建模：

在ABAQUS軟件中，依據(jù)離散點(diǎn)創(chuàng)建沿齒長方向均勻分布的多個單齒截面，經(jīng)放樣操作得到單齒實(shí)體模型，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)陣列得到齒輪實(shí)體模型；

三、球頭銑刀直徑確定：

銑刀盤加工螺旋錐齒輪時(shí)共軛齒面和過渡曲面同時(shí)切出，不可分割，而球頭銑刀加工螺旋錐齒輪時(shí)共軛齒面和過渡曲面分別切出，由于過渡曲面不參與嚙合，因此采用共軛齒面確定刀具直徑，從而切出新的過渡曲面形狀；以共軛齒面確定刀具直徑時(shí)，選擇直徑偏大的球頭銑刀刀具，選擇直徑偏大的球頭銑刀刀具時(shí)，約束條件為加工一側(cè)共軛齒面靠近齒根的邊緣時(shí)不刮傷對側(cè)齒面為準(zhǔn)；

四、刀具路徑創(chuàng)建：

在所建的齒輪實(shí)體模型上相同的凸面和凹面齒高線上的離散點(diǎn)上，從小端到大端標(biāo)注數(shù)序號，以在加工時(shí)保持同一刀軸方向；當(dāng)序號改變時(shí)，刀軸方向隨之改變；凸面和凹面齒高線上離散點(diǎn)加工時(shí)，刀軸方向與齒輪軸線垂直，以使四軸機(jī)床即可滿足刀具與齒輪的空間位置關(guān)系，無需更昂貴的五軸機(jī)床；由于靠近齒根的邊緣點(diǎn)最容易發(fā)生刀桿干涉，使刀具末端圓球保持在加工凸面邊緣點(diǎn)的位置上不動，繞齒輪軸線旋轉(zhuǎn)刀桿，直至與凸面發(fā)生接觸，確定凸面齒根刀軸極限位置，同理還可確定凹面齒根刀軸極限位置，取兩極限位置的角度等分位置為刀軸方向；

粗加工時(shí)，球頭銑刀沿齒高方向分層切削，在一個齒高分層中，刀具在凸面和凹面間做往復(fù)直線運(yùn)動，編號為奇數(shù)的齒高分層，刀具從齒輪小端加工到大端，編號為偶數(shù)的齒高分層，刀具從齒輪大端加工到小端；

精加工時(shí)，球頭銑刀沿齒長方向分層切削，在編號為奇數(shù)的齒長分層中，刀具依次加工凸面齒頂、凸面齒根、凹面齒根和凹面齒頂；在編號為偶數(shù)的齒長分層中，刀具依次加工凹面齒頂、凹面齒根、凸面齒根和凸面齒頂；

五、齒面加工參數(shù)計(jì)算：

依據(jù)粗加工刀路和刀軸方向，采用坐標(biāo)空間變換方法,計(jì)算機(jī)床X、Y、Z軸的位移和A軸的轉(zhuǎn)角；規(guī)定齒輪的軸向與機(jī)床的X軸同向，設(shè)在機(jī)床各軸運(yùn)動零位時(shí)，球頭銑刀的球心與齒輪坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，設(shè)在齒輪坐標(biāo)系中粗加工刀路上任意一點(diǎn)P的坐標(biāo)為，P點(diǎn)刀軸方向?yàn)椋O(shè)A軸轉(zhuǎn)角為，在機(jī)床坐標(biāo)系中滿足如下關(guān)系：

A軸的轉(zhuǎn)角可由上式解出，加工時(shí)球頭銑刀球心與P點(diǎn)重合，設(shè)X、Y、Z軸的位移為，在機(jī)床坐標(biāo)中滿足如下關(guān)系：

X、Y、Z軸的位移可由上式解出；X、Y、Z和A軸的加工參數(shù)和確定后，創(chuàng)建單個齒槽加工的數(shù)控代碼；依據(jù)齒數(shù)對單個齒槽加工的數(shù)控代碼進(jìn)行旋轉(zhuǎn)陣列，創(chuàng)建全部齒槽加工的數(shù)控代碼；

六、齒面加工過程：

將圓柱毛坯通過卡盤安裝在通用四軸數(shù)控機(jī)床的A軸上，并用尾座頂尖緊固；由于輪坯是旋轉(zhuǎn)體，采用Ｘ、Z和A軸聯(lián)動進(jìn)行輪坯銑削加工，輪坯粗加工采用沿徑向分層銑削的模式，加工時(shí)需設(shè)置層高和粗切余量；然后在輪坯粗加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行輪坯精加工，輪坯精加工完成后；將單個齒槽粗加工的數(shù)控代碼輸入機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行單個齒槽加工；齒槽粗加工進(jìn)度50%時(shí)，粗切加工出的齒面較粗糙，具有明顯的齒長方向刀痕；將單個齒槽精加工的數(shù)控代碼輸入機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行單個齒槽精加工；精加工進(jìn)度50%時(shí)，精加工表面齒長方向刀痕消失，表面光滑；由球頭銑刀加工出的齒面形狀和銑刀盤加工出的齒面形狀在共軛齒面部分是一致的；在過渡曲面部分，相比于銑刀盤，球頭銑刀加工出的形狀具有更大的曲率半徑，降低齒根處的應(yīng)力集中程度，從而使齒輪具有更高的彎曲疲勞強(qiáng)度。