弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種非圓錐齒輪的銑齒工藝方法，特別是涉及一種弧齒非圓錐齒輪的 銑齒加工方法。
【背景技術】
[0002] 非圓齒輪是用來傳遞兩軸間非勻速運動的，和其他非勻速比傳動機構（如凸輪、 連桿等）相比，具有傳動平穩、結構緊湊、運動精度高等優點。在機械產品設計中，非圓齒輪 以其實現非勻速傳動的特性，應用于紡織、卷煙、造紙等機械設備中。但由于其節曲線為非 圓形，致使設計、制造等要比圓齒輪復雜的多，三維造型尤為困難。
[0003] 相較于非圓柱齒輪傳動，非圓錐齒輪能實現空間交錯軸變速比傳動，其結構更加 緊湊，其應用范圍目前主要集中于：非圓錐齒輪液壓栗，變速比防滑差速器，以及一些特殊 的函數發生機構……
[0004] 目前在非圓錐齒輪設計方面研究較多的是直齒非圓錐齒輪，但是直齒非圓錐加工 較困難，目前的加工方法主要有五軸聯動數控加工，線切割加工和刨齒加工三種方法，但三 種方法都具有通用性差，加工效率低的缺點。而弧齒錐齒輪目前還沒有專用的加工工藝方 法，只能在6軸加工中心銑削加工，其效率低，成本較高。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種弧齒非圓錐齒輪的銑齒加工方法，該方法的切削工藝是 端面銑削（face-milling)，具有較高生產效率和加工精度；加工得到的弧齒非圓錐齒輪是 格里森收縮齒制，接觸區可調；加工刀具是通用的弧齒錐齒輪銑刀，無需特別定制；加工機 床是通用的弧齒錐齒輪銑齒機，但需要五聯動；工裝夾具的設計和加工弧齒錐齒輪一樣，無 需特別定制。
[0006] 加工原理
[0007] 運用該方法的基本原理與加工弧齒圓錐齒輪具有相似性，其不同之處是：弧齒圓 錐齒輪的節錐面為圓錐面，而弧齒非圓錐齒輪的節錐面是一個非圓的錐面。弧齒非圓錐齒 輪的加工要較圓錐齒輪的加工更復雜，且必須在五聯動的數控機床上完成。其基本產形原 理是由一個產形輪同時在一對共扼的非圓錐面上生成一對能正確嚙合的共扼齒廓。而弧齒 錐齒輪銑刀就安裝在產形輪上，作為產形輪的齒廓。加工收縮齒廓弧齒非圓錐齒輪采用平 頂產形輪，它的面錐是一個平面，節錐面是一個錐角接近90度的平面。在加工的過程中，平 頂產形輪是機床的虛擬搖臺，它與要加工的齒輪作純滾動嚙合。
[0008] 由于非圓錐齒輪的每個齒廓都不相同，故不能采用成形法加工，只能采用單齒分 度連續展成法：在加工過程中，虛擬搖臺和齒輪作純滾動嚙合，刀盤上的切削刃漸漸切入齒 輪實體，并展成齒輪的齒廓；完成一個輪齒的加工后，將刀盤在虛擬搖臺上轉動一個分度 角，再將虛擬搖臺和齒輪以純滾動關系轉動一個合適的位置，進行下一個齒的切削。
[0009] 工藝過程和參數計算
[0010] 其加工工藝由如下步驟進行：
[0011] 一、確定切削參數：根據弧齒錐齒輪的圖紙要求，以及干切或濕切的加工要求，選 用合適機床，夾緊方式，冷卻方式，進給速度《 f，主軸轉速
[0012] 二、計算刀盤的參數：
[0013] a)刀盤的齒數：理論上可以任意選取，實際上由刀盤廠商根據刀盤半徑rv各有標 準。
[0014] b)刀盤半徑：刀盤半徑rv根據待加工齒輪的接觸情況決定，一般可先選取，再根 據接觸情況優化。
[0015] c)刀片的壓力角：壓力角由待加工齒輪的理論螺旋角Pf決定，一般按下式計算：
[0017] 式中，為齒輪的理論設計壓力角，一般取為20度；hf為待加工齒輪的齒根高； Pf為理論螺旋角；Rd為理論接觸點的錐距。
[0018] d)錯刀距：錯刀距要根據齒輪的模數和螺旋角決定，并在實際加工中微調，一般 的可按下式估算：
[0020] 式中，rdl為小輪的大端錐距，z為小輪的齒數。
[0021] 三、刀位參數：
[0022] a)計算無展成刀位：根據擺線的產形原理以及相應的數學模型，計算無展成的刀 位：若機床為搖臺型機床，則無展成刀位為：
[0024] 其中r;為徑向無展成刀位，0 ;為角向無展成刀位
[0025] 若機床為直角坐標型機床，則無展成刀位為：
[0027] 其中，H1為垂直無展成刀位，Vi為水平無展成刀位。
[0028] b)計算初始刀位：其起始角度相對無展成的角度增加或者減少一個展成角0kl(i =l，2-z)，展成角的符號由展成方向決定，展成角的大小需要根據非圓錐齒輪的重合度來 確定，對于每個輪齒都不一樣，該角度即為等加工齒輪一個輪齒從嚙入到嚙出搖臺轉的角 度。對于搖臺型機床，初始刀位按下式計算：
[0030] 其中，r。。為初始徑向刀位，0i。為初始角向刀位。
[0031] 對于直角坐標型機床，則初始刀位為：
[0033] 其中，H1。為初始垂直刀位，Vi。為初始水平刀位。
[0034] 四、輪位參數：由齒輪的安裝決定，修正此位置有利于齒輪接觸區的調整。
[0035] 五、機床根錐角參數：該參數由齒輪的收縮齒制決定，若要加工等高齒直齒錐齒 輪，則該參數為直齒錐齒輪的節錐角，若要加工收縮齒直齒錐齒輪，則該參數為齒輪的根錐 角。
[0036] 六、各軸的運動關系：若機床是搖臺型機床，此時機床各軸的運動關系方程為
[0038] 式中n3ux,n3uy,n3uz是非圓錐齒輪根錐面的法向量的三個坐標分量；13ux,t3uy,t3uz是 其第一方向切向量的三個坐標分量，t4ux，t4uy，t4uz是其第二方向切向量的三個坐標分量； 是機床工件軸的角度位置；2B?A是機床根錐軸的角度位置；0 e是機床搖臺軸的角度 位置。可根據下式計算：
[0039]
[0040] 式中，終為待加工齒輪的轉角，S。為瞬時節錐角，5。'為節錐角S。對轉角倘求 導，即V=噸/卻。
[0041] 若機床是直角坐標型機床則需要將刀盤水平和垂直軸（一般是X軸和Y軸）虛擬 為一個搖臺軸，此搖臺軸的進給量即為齒輪展成運動的進給量。此時，機床各軸的運動關系 方程為：
[0043] 式中Dx，Dx，Dx分別為機床的X，Y，Z軸的位置。Eb為軸向輪位
[0044] 七、切削方法：單分度雙面銑削，為了方便的調出接觸區，大輪采用單刀雙面法加 工，即用同一刀盤的內外刀刃同時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，調整刀位，切出輪齒的凸齒面。
[0045] 八、機床參數的調整：由于機床，刀盤，工裝等綜合誤差，實際切削出的大輪和小輪 的接觸區域往往和理論計算不一致，可以對刀位和機床主軸的工件軸的運動關系進行微調 以達到最佳的接觸狀態。
[0046] 本發明的特點：運用該加工方法，可以在通用的弧齒銑齒機上加工弧齒非圓錐齒 輪，具有加工效率高，精度高，成本低，加工工藝能力成熟。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發明的基本廣