直齒錐齒輪的連續(xù)滾切加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及直齒錐齒輪的加工方法，特別是一種直齒錐齒輪的連續(xù)滾切加工方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 直齒錐齒輪由于其設(shè)計(jì)安裝方便，傳動性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前大量的應(yīng)用在各行各 業(yè)中。目前的加工方法有鍛造，刨齒，雙刀盤銑齒等。
[0003] 鍛造只適用于大批量生產(chǎn)，并不能很好的滿足柔性生產(chǎn)和日益單件小批量的生產(chǎn) 需求。刨齒工藝和雙刀盤銑削加工效率低，加工精度低，加工通用性不好。因此迫切需要一 種加工效率高，通用性好的加工方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種直齒錐齒輪的銑齒工藝方法，該方法有如下特點(diǎn)：
[0005] 它的切削工藝是連續(xù)滾切（face-hobbing)，具有較高的生產(chǎn)效率加工精度；既能 濕切也能干切，干切的加工效率更高，齒面光潔度較好，但對刀具和機(jī)床的要求較高，濕切 恰好相反。
[0006] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明的基本原理是基于一種特殊的近似直線的內(nèi)擺線，刀盤以《t的速度轉(zhuǎn)動， 齒輪則以的速度轉(zhuǎn)動，此時(shí)齒輪和刀具的相對運(yùn)動相當(dāng)于刀具滾圓（半徑SRv)和齒輪 滾圓（半徑為Rg)作純滾動嚙合運(yùn)動。當(dāng)?shù)毒叩臐L圓半徑和參考半徑rv-致并且等于齒輪 滾圓半徑的一半時(shí)，即Rv=rv=Rg/2,則刀齒的刀尖在齒輪上形成的軌跡即為近似直線，從 而可用于直齒錐齒輪的連續(xù)滾切加工。
[0008] 本發(fā)明的工藝過程和參數(shù)計(jì)算由如下步驟進(jìn)行：
[0009] 一、確定切削參數(shù)：根據(jù)直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Wf，主軸轉(zhuǎn)速《。。
[0010] 二、計(jì)算刀盤的參數(shù)：
[0011] a)刀盤的齒數(shù)：由待加工齒輪的齒數(shù)Zg及其根錐角S決定，按下式計(jì)算：Zt/Zg =2sin( 8)；
[0012] b)刀盤半徑：先選定理論接觸點(diǎn)的球面半徑Rtl，一般處于錐齒輪齒面的中點(diǎn)，即 Rtl=Rd-B/2,式中，Rd為錐齒輪的大端半徑，B為錐齒輪的齒面寬度，其半徑rv的范圍約為：
[0013] c)刀片的壓力角：齒面成形切削韌的壓力角按下式計(jì)算：
[0014] ac=atari(2rvtana/R0),
[0015] 其中a為待加工齒輪的壓力角，一般為20度。若采用兩次切削法，則不參與齒面 成型的切削韌的壓力角可取小于a。的值以避免干涉，若采用一次切削法，則內(nèi)、外刀均為 齒面成形韌，其壓力角相等于a。。
[0016] d)內(nèi)、外刀尖距：一般的內(nèi)外、刀尖距根據(jù)齒輪的模數(shù)以及切削的實(shí)際切削韌的 位置決定，需要在理論上反復(fù)計(jì)算，以保證一對齒輪具有良好的接觸區(qū)和側(cè)隙。
[0017] 三、刀位參數(shù)：
[0018] 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)床為搖臺型機(jī)床，則無展成刀位為：
[0020] 其中!Ti為徑向無展成刀位，0i為角向無展成刀位
[0021] 若機(jī)床為直角坐標(biāo)型機(jī)床，則無展成刀位為：
[0023] 其中，Hi為垂直無展成刀位，Vi為水平無展成刀位。
[0024] b)計(jì)算初始刀位：其起始角度相對無展成的角度增加或者減少一個(gè)展成角 0k(由展成的方向，即順銑和逆銑決定），該角度即為等加工齒輪一個(gè)輪齒從嚙入到嚙出搖 臺轉(zhuǎn)的角度。對于搖臺型機(jī)床，初始刀位按下式計(jì)算：
[0026] 其中，re(l為初始徑向刀位，0i(l為初始角向刀位。
[0027] 對于直角坐標(biāo)型機(jī)床，則初始刀位為：
[0029] 其中，Hitl為初始垂直刀位，Vi(l為初始水平刀位。
[0030]四、輪位參數(shù)：由齒輪的安裝決定，修正此位置有利于齒輪接觸區(qū)的調(diào)整。
[0031] 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。
[0032] 六、各軸的運(yùn)動關(guān)系：若機(jī)床是搖臺型的機(jī)床，此時(shí)機(jī)床各軸的運(yùn)動關(guān)系方程為
[0034] 其中為齒輪轉(zhuǎn)速，《。為搖臺的轉(zhuǎn)速。
[0035] 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（一般是X軸和Y軸）虛 擬為一個(gè)搖臺軸，此搖臺軸的進(jìn)給量即為齒輪展成運(yùn)動的進(jìn)給量。但是由于刀軸在直角運(yùn) 動中其角度不發(fā)生變化，所以還需要一個(gè)附加的差動運(yùn)動，此時(shí)，機(jī)床各軸的運(yùn)動關(guān)系方程 為：
[0037] 其中，H和V分別為機(jī)床水平軸和垂直軸的位移，t為時(shí)間參數(shù)。
[0038] 七、切削方法：若采用一次切削法加工，則根據(jù)第三步的機(jī)床設(shè)定即可加工完成直 錐齒輪的加工；或采用二次切削法加工，則在上述展成運(yùn)動完成之后，將初始刀位沿水平面 鏡象，得到新的初始刀位如下：
[0041] 上式分別對應(yīng)搖臺型機(jī)床和直角坐標(biāo)型機(jī)床
[0042] 然后保證工件的位置不變（避免加工亂齒），使刀軸反轉(zhuǎn)，按第6步中各軸的運(yùn)動 關(guān)系再進(jìn)行一次快速展成運(yùn)動（由于此刀切削量已經(jīng)很小，主要是優(yōu)化齒形的調(diào)整接觸區(qū) 域故展成的速度可以相當(dāng)快）。
[0043] 八、機(jī)床參數(shù)的調(diào)整：由于機(jī)床，刀盤，工裝等綜合誤差，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，可以對刀位和機(jī)床主軸的工件軸的運(yùn)動關(guān)系進(jìn)行微調(diào) 以達(dá)到最佳的接觸狀態(tài)。
[0044] 本發(fā)明有如下特點(diǎn)：它的切削工藝是連續(xù)滾切（face-hobbing)，具有較高的生產(chǎn) 效率加工精度；既能濕切也能干切，干切的加工效率更高，齒面光潔度較好，但對刀具和機(jī) 床的要求較高，濕切恰好相反；加工得到的直齒錐齒輪在其齒長方向并不是嚴(yán)格的直線而 是有微量的鼓形，且可以通過調(diào)整機(jī)床參數(shù)控制鼓形量，從而修整齒輪的接觸區(qū)域，使其具 有更好的傳動性能；可以加工等高齒和收縮齒兩種齒制的直齒錐齒輪。
【附圖說明】
[0045] 圖1為本發(fā)明的基本加工原理示意圖。
[0046] 圖2為本發(fā)明所使用的刀盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖3為本發(fā)明進(jìn)行一次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)主視圖。
[0048] 圖4為本發(fā)明進(jìn)行一次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0049] 圖5為本發(fā)明進(jìn)行一次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)左視圖。
[0050] 圖6為本發(fā)明進(jìn)行二次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)主視圖。
[0051] 圖7為本發(fā)明進(jìn)行二次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0052] 圖8為本發(fā)明進(jìn)行二次切削所用的刀頭結(jié)構(gòu)左視圖。
[0053] 圖9為本發(fā)明最后加工得到直齒錐齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054] 圖中：1.刀具滾圓，2.外刀，3.內(nèi)刀，4.工件齒輪，5.直線齒廓，6.刀盤，7.齒輪 滾圓。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 如圖1所示，本發(fā)明的基本原理是基于一種特殊的近似直線的內(nèi)擺線，刀盤以《t 的速度轉(zhuǎn)動，齒輪則以的速度轉(zhuǎn)動，此時(shí)齒輪和刀具的相對運(yùn)動相當(dāng)于刀具滾圓1(半 徑為Rv)和齒輪滾圓7 (半徑為Rg)作純滾動嚙合運(yùn)動。當(dāng)?shù)毒邼L圓1半徑和參考半徑rv- 致并且等于齒輪滾圓7半徑的一半時(shí)，即Rv=rv=Rg/2,則刀齒的刀尖在齒輪上形成的軌 跡即為近似直線，從而可用于直齒錐齒輪的連續(xù)滾切加工。
[0056] 在實(shí)際加工中，由于刀盤和齒輪和齒數(shù)并不能嚴(yán)格滿足上述理論要求，故加工的 齒形難以做到絕對直線。事實(shí)這種絕對的直線也對齒輪傳動性能不利，故要適量調(diào)整位置 參數(shù)，從而形成有微