本發(fā)明屬于齒輪加工，具體涉及一種內(nèi)外齒嚙合式高速銑棱方法。

背景技術(shù)：

1、受環(huán)保、工人健康等因素影響，端面銑棱替代傳統(tǒng)磨棱勢在必行，從產(chǎn)品上看amt、新能源齒輪的趨勢是淘汰磨棱、擠棱，采用尺寸穩(wěn)定可控的銑棱。目前市場上倒棱機床都是插補銑棱或磨棱，存在以下缺點：(1)插補銑棱是工件和刀具x/c兩軸聯(lián)動走漸開線點位，如圖1所示，其優(yōu)點是精度高，缺點是換產(chǎn)調(diào)整刀軸角度慢、單端面加工時間約1.5～2.5min，并不高效，且無法加工內(nèi)齒以及空間受限的雙聯(lián)外齒，如公布號cn113787235a的中國發(fā)明專利公開的一種獲取滾切倒棱刀具前刀面廓形的方法中的滾倒一體技術(shù)、公布號cn118123138a的中國發(fā)明專利申請公開的一種齒輪端面齒廓倒棱刀具切削刃的設(shè)計方法中的交錯軸盤刀倒棱技術(shù)，二者都因刀具干涉而無法解決內(nèi)齒或軸間距過近的雙聯(lián)軸齒倒棱的加工(如圖2所示)；(2)磨棱的缺點是尺寸不可控，受工人調(diào)整影響變化，粉塵污染大，有損健康；(3)內(nèi)齒端面高速倒棱技術(shù)國內(nèi)也尚未有研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種內(nèi)外齒嚙合式高速銑棱方法，以解決現(xiàn)有方法無法加工內(nèi)齒和空間受限的雙聯(lián)外齒，以及尺寸不可控的問題。

2、為實現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

3、一種內(nèi)外齒嚙合式高速銑棱方法，包括如下步驟：

4、步驟1，采集外齒工件參數(shù)，并根據(jù)外齒工件參數(shù)計算刀刃基本參數(shù)；

5、步驟2，根據(jù)步驟1得到的參數(shù)，求解刀刃的加密刃型曲線；

6、步驟3，計算外齒工件螺旋面點陣的坐標(biāo)，得到外齒工件螺旋面；

7、步驟4，對步驟2得到的加密刃形曲線進行空間矩陣變換，求出在不同時刻下加密刃形曲線的連續(xù)空間軌跡面，即刀刃空間軌跡曲面點陣；

8、步驟5，對步驟4求得的刀刃空間軌跡曲面點陣與步驟3求得的外齒工件螺旋面點陣采用布爾運算求交集，得到工件與刀刃的倒棱交截面點陣；

9、步驟6，如果步驟5求得的倒棱交截面不合格，則調(diào)整參數(shù)后返回步驟1，直至得到合格的倒棱交截面點陣，為外齒的倒棱交截面點陣；

10、步驟7，求解內(nèi)齒嚙合式倒棱交截面點陣；

11、步驟8，將刀軸和工件軸90°互相垂直定速比高速回轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個軸高速回轉(zhuǎn)時，根據(jù)步驟6得到的外齒的倒棱交截面點陣，刀刃從齒槽右側(cè)的齒頂切入，逐漸切削到齒根圓弧，再從齒根圓弧切出，逐漸切削到齒槽左側(cè)的齒頂，然后刀刃再旋轉(zhuǎn)到下一個工件齒槽位置，重復(fù)上述切削過程，直至所有工件齒槽切削完畢，此時整個端面切削完畢；然后切削內(nèi)齒。

12、進一步的，步驟1中，所述外齒工件參數(shù)包括：工件法向模數(shù)mn、工件齒數(shù)zw、分圓法向弧齒厚sn、分圓法向壓力角alphan、分圓螺旋角beita、齒頂圓直徑da、圓周率常量pi和刀刃頭數(shù)k_w；

13、所述刀刃基本參數(shù)包括：外齒基圓直徑db、外齒分圓直徑d、工件螺旋導(dǎo)程p、分圓端面壓力角alpham、齒頂圓端面壓力角alpha_da_t、齒頂圓漸開角inv_alpha_da、分圓漸開角inv_alpham、基圓弧齒厚半角theta_eb_s、齒頂齒槽弧齒槽寬e-da、刀刃半徑過程參量fe和刀刃大端半徑fr_w；具體計算如式(1)～(12)：

14、db＝mn/cos(beita)*zw*cos(alpham)???????????????????(1)

15、d＝mn/cos(beita)*zw???????????????????????????????(2)

16、p＝pi*d/tan(beita)????????????????????????????????(3)

17、alpham＝atan(tan(alphan)/cos(beita))??????????????????(4)

18、alpha_da_t＝acos(db/da)?????????????????????????????(5)

19、inv_alpha_da＝tan(alpha_da_t)-alpha_da_t??????????????(6)

20、inv_alpham＝tan(alpham)-alpham???????????????????????(7)

21、st＝sn/cos(beita)??????????????????????????????????????(8)

22、theta_eb_s＝st/d+inv_alpham????????????????????????????(9)

23、e_da＝pi*da/zw-da*(st/d+inv_alpham-inv_alpha_da)；??????(10)

24、fe＝pi*d/zw+e_da??????????????????????????????????????(11)

25、fr_w＝?fe*k_w+δ??????????????????????????????????????(12)

26、式中，δ為刀刃大端半徑調(diào)整量，初始值為δ＝0。

27、進一步的，步驟2具體包括如下子步驟：

28、步驟21，根據(jù)式13、14所示的外齒的齒槽左、右側(cè)漸開線方程，求出外齒的齒槽左側(cè)齒形a左、右側(cè)齒形a右，其空間矩陣形式如式15所示；

29、

30、a左＝[x左；y左]，a右＝[x右；y右]???????????????(15)

31、式中，u(i)為端面漸開線的展角變量；theta_eb_s為基圓弧齒厚半角；

32、步驟22，通過步驟21得到的外齒的齒槽左側(cè)齒形a左、右側(cè)齒形a右的等距漸開線加上頭部圓弧曲線得到刀刃的離散數(shù)據(jù)點，即初始刃型曲線a1，其中頭部圓弧曲線與左、右側(cè)齒形的等距漸開線的末端切線方向光滑相接；

33、

34、式中，a1為初始刃型曲線，n為a左、右側(cè)齒形a右的離散點的法矢量，offset為刀刃等距線偏置量；

35、步驟23，將步驟22得到的初始刃型曲線a1利用三次b樣條加密，得到刀刃的加密刃型曲線a2。

36、進一步的，步驟3中，通過式(17)～(20)計算外齒工件螺旋面點陣ca的坐標(biāo)，實現(xiàn)外齒工件螺旋面空間建模；

37、angle_gama＝2*pi*v(j)/p；??????????????????????????????????(17)

38、x＝db/2*cos(u(i)-theta_eb_s)+db/2*u(i)*sin(u(i)-theta_eb_s)；

39、y＝db/2*u(i)*cos(u(i)-theta_eb_s)-db/2*sin(u(i)-theta_eb_s)；

40、z＝v(j)；????(18)

41、tz＝[cos(angle_gama),-sin(angle_gama),0；sin(angle_gama),cos(angle_gama),0；0,0,1]；(19)

42、ca＝tz*[x；y；z]；????????????????????????????????????????????(20)

43、式中，angle_gama為外齒工件螺旋齒向旋轉(zhuǎn)角度；u(i)為端面漸開線展角變量；db為外齒基圓直徑；theta_eb_s為外齒基圓弧齒厚半角；v(j)為螺旋軸向坐標(biāo)等分點數(shù)。

44、進一步的，步驟4的具體操作如下：設(shè)定連續(xù)切削滾動的時間為t1?t2…tn，它們代表刀具和工件同步旋轉(zhuǎn)后的不同時刻，通過對步驟2求出的加密刃形曲線a2進行如式(21)～(27)的空間矩陣變換求出在不同時刻下加密刃形曲線a2的連續(xù)空間軌跡面，即刀刃空間軌跡曲面點陣ca2；

45、t1＝[1,0,0；0,cos(pi/2),sin(pi/2)；0,sin(-pi/2),cos(pi/2)]；???????(21)

46、t2＝[cos(beitas_r0),sin(-beitas_r0),0；sin(beitas_r0),cos(beitas_r0),0；0,0,1]；(22)

47、t3＝[fr_w?0?0；0?1?0；?0?0?1]；?????????????????????????????????????(23)

48、t4＝[cos(angle_alpha),0,sin(angle_alpha)；0,1,0；sin(-angle_alpha),0,cos(angle_alpha)]；(24)

49、t＝thetaw_r*t3*t4*thetar_0*t2*(t3+t1)；????????????????????????(25)

50、其中thetar_0為刀刃自轉(zhuǎn)角度，thetaw_r為工件自轉(zhuǎn)角度，兩者滿足如下關(guān)系：

51、thetaw_r＝k_w/zw*(thetar_0)；?????????????????????????????????(26)

52、ca2＝t*a2；?????????????????????????????????????????????????(27)

53、式中，beitas_r0為刀具自轉(zhuǎn)初始角，為已知；t1為加密刃形曲線a2繞x軸旋轉(zhuǎn)90°矩陣；t2為加密刃形曲線a2繞刀軸自轉(zhuǎn)初始角矩陣；t3為加密刃形曲線a2在工件坐標(biāo)系下平移矩陣；t4為加密刃形曲線a2在工件坐標(biāo)系下繞y軸旋轉(zhuǎn)矩陣；t為加密刃形曲線a2在工件坐標(biāo)系下的總變換矩陣。

54、進一步的，步驟4的計算公式如式(28)所示：

55、ca3＝ca2∩ca；???????????????????????????????????????????????(28)

56、式中，ca3為刀刃空間軌跡曲面點陣ca2與外齒工件螺旋面點陣ca求交集后的點陣，即工件與刀刃的倒棱交截面點陣。

57、進一步的，步驟6具體包括如下子步驟：

58、步驟61，將步驟5得到的倒棱交截面的形狀與產(chǎn)品圖的倒角大小、角度進行對比，如果處于設(shè)定誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為步驟5得到的倒棱交截面的形狀合格；否則執(zhí)行步驟62；

59、步驟62，調(diào)整刀刃大端半徑調(diào)整量δ、刀刃等距線偏置量offset、刀具自轉(zhuǎn)初始角beitas_r0，然后返回步驟1，直至求出合格的倒棱交截面。

60、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

61、(1)本發(fā)明的銑棱方法通過提前精細化設(shè)計刃形曲線，進而得到精細設(shè)計后的倒棱曲線，因此尺寸穩(wěn)定可控，避免了磨棱加工的粉塵污染，而且不受齒輪結(jié)構(gòu)限制，內(nèi)齒和距離較近的雙聯(lián)齒也可以進行高效銑棱加工。

62、(2)本發(fā)明中，由于刀軸為90°躺平狀態(tài)，可以深入雙聯(lián)齒內(nèi)側(cè)進行切削加工如圖11所示，其加工效果如圖12所示，兩個齒間距較近的情況下，克服了圖2所示的現(xiàn)有的刀具干涉而無法解決內(nèi)齒以及空間受限的雙聯(lián)軸齒倒棱，也可以在內(nèi)齒圈中躺平旋轉(zhuǎn)銑棱，如圖13所示。

63、(3)本發(fā)明的方法已經(jīng)在重卡中間軸自動線上批量應(yīng)用。經(jīng)現(xiàn)場加工試驗，切削單個端面的倒棱時間可以控制在5秒以內(nèi)，大大提高了加工效率。