环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削加工方法与流程

本发明涉及一种环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削加工方法，属于环面蜗轮滚刀的加工方法。

背景技术：

董学朱著《环面蜗杆传动设计和修形》中的蜗轮通常由滚刀滚切而成，滚切此类蜗轮的滚刀称为环面蜗轮滚刀。由毛坯加工出螺旋面形成滚刀基本蜗杆，由滚刀基本蜗杆进一步加工出容屑槽及后角面得到环面蜗轮滚刀。容屑槽通常分为直槽和螺旋槽两种类型，环面蜗轮滚刀的头数较少时，滚刀基本蜗杆螺旋面上的螺旋升角较小，可以采用直容屑槽，此时刀齿两侧负前角不大，对刀齿切削性能的影响较小；环面蜗轮滚刀的头数较多时，滚刀基本蜗杆螺旋面上的螺旋升角较大，如果采用直容屑槽，刀齿一侧负前角很大，导致该侧切削条件恶劣，所以需要采用螺旋容屑槽。

目前，环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的加工方法尚未见有公开报道，常见的是齿轮滚刀和圆柱蜗轮滚刀螺旋容屑槽的加工方法：工件以一定的速度围绕工件轴线转动，刀具在平行和垂直于工件轴线的两个方向运动，以定传动比加工其螺旋容屑槽。对于环面蜗轮滚刀，由于滚刀基本蜗杆螺旋面上的螺旋升角γ处处不同：在分度环面上，沿着滚刀轴向呈现出中间小两端大的趋势，采用上述定传动比加工螺旋容屑槽的方法无法保证在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°，因此无法保证刀齿的良好切削性能。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供一种在带有转台的环面蜗杆数控机床上铣削加工各种环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的方法，在铣削环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的同时也铣削出环面蜗轮滚刀的前刀面，这种铣削方法能够保证在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：滚刀基本蜗杆(1)、圆柱铣刀(2)、转台(3)、蜗杆轴线(4)、铣刀轴线(5)和转台轴线(6)，滚刀基本蜗杆(1)的喉部分度圆直径为d₁，滚刀基本蜗杆(1)螺旋面在分度环面上的导程角为γ，为由毛坯加工滚刀基本蜗杆(1)的螺旋面时毛坯的转角，滚刀基本蜗杆(1)的齿根圆弧半径为R_f、其圆心为O₁，转台轴线(6)过O₁与蜗杆轴线(4)垂直交错，B轴与转台轴线(6)重合，C轴与蜗杆轴线(4)重合，圆柱铣刀(2)安装在转台(3)上，铣刀轴线(5)和转台轴线(6)垂直相交，圆柱铣刀(2)的前端面与铣刀轴线(5)的交点为O₂，滚刀基本蜗杆(1)绕蜗杆轴线(4)随C轴转动、瞬时转角圆柱铣刀(2)绕铣刀轴线(5)自转、同时绕转台轴线(6)随B轴转动、瞬时转角ψ_i，相对位置关系满足：O₁O₂＝R_f，相对运动关系满足：B轴和C轴联动加工出环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽(7)，形成环面蜗轮滚刀的前刀面(8)，前刀面(8)在分度环面上的导程角满足在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°。

上述的环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削方法中，将圆柱铣刀(2)换成圆锥铣刀，加工出环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽(7)，形成环面蜗轮滚刀的前刀面(8)，同样可以满足在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°。

本发明的有益效果在于：通过采用B轴和C轴联动铣削加工环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽，形成环面蜗轮滚刀的前刀面，满足加工出的环面蜗轮滚刀的前刀面和滚刀基本蜗杆的螺旋面在分度环面处垂直，实现在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°，进而得到具有良好切削性能的环面蜗轮滚刀。

附图说明

图1为环面蜗杆数控机床上环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削加工原理图；

图2为滚刀基本蜗杆示意图；

图3为环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽和前刀面示意图；

图中：1—滚刀基本蜗杆，2—圆柱铣刀，3—转台，4—蜗杆轴线，5—铣刀轴线，6—转台轴线，7—螺旋容屑槽，8—前刀面。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。以不修形的平面包络环面蜗杆副为例，相关参数为：环面蜗杆副的中心距a＝160mm，滚刀基本蜗杆如图2所示，滚刀基本蜗杆的喉部分度圆直径d₁＝65mm，滚刀基本蜗杆的齿根圆弧半径R_f＝133.24mm，加工滚刀基本蜗杆时的主基圆半径r_b＝47.5mm，滚刀基本蜗杆的工作长度L＝90mm。

图1为在带有转台的环面蜗杆数控机床上环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削加工方法原理图，环面蜗轮滚刀螺旋容屑槽的铣削加工方法包括滚刀基本蜗杆(1)、圆柱铣刀(2)、转台(3)、蜗杆轴线(4)、铣刀轴线(5)和转台轴线(6)，滚刀基本蜗杆(1)的喉部中间平面与蜗杆轴线(4)的交点为O，滚刀基本蜗杆(1)的喉部分度圆直径为d₁，滚刀基本蜗杆(1)螺旋面在分度环面上的导程角为γ，为由毛坯加工滚刀基本蜗杆(1)的螺旋面时毛坯的转角，滚刀基本蜗杆(1)的齿根圆弧半径为R_f、其圆心为O₁，转台轴线(6)过O₁与蜗杆轴线(4)垂直交错，B轴与转台轴线(6)重合，C轴与蜗杆轴线(4)重合，圆柱铣刀(2)安装在转台(3)上，铣刀轴线(5)和转台轴线(6)垂直相交，圆柱铣刀(2)的前端面与铣刀轴线(5)的交点为O₂，滚刀基本蜗杆(1)绕蜗杆轴线(4)随C轴转动、瞬时转角圆柱铣刀(2)绕铣刀轴线(5)自转、同时绕转台轴线(6)随B轴转动、瞬时转角ψ_i，相对位置关系满足：O₁O₂＝R_f，相对运动关系满足：B轴和C轴联动加工出环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽(7)，形成环面蜗轮滚刀的前刀面(8)，前刀面(8)在分度环面上的导程角满足在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°(如图3所示)。

如图3所示的环面蜗轮滚刀，每排刀齿共有5个齿，滚刀基本蜗杆(1)螺旋面和前刀面(8)在分度环面上共相交有10个点，每个点对应的刀座转角分别为：ψ₁＝1.2800rad，ψ₂＝1.3352rad，ψ₃＝1.4087rad，ψ₄＝1.4692rad，ψ₅＝1.5390rad，ψ₆＝1.6003rad，ψ₇＝1.6701rad，ψ₈＝1.7298rad，ψ₉＝1.8033rad，ψ₁₀＝1.8591rad，对应点处滚刀基本蜗杆(1)螺旋面在分度环面上的导程角分别为：γ₁＝0.3077rad，γ₂＝0.3300rad，γ₃＝0.3490rad，γ₄＝0.3633rad，γ₅＝0.3717rad，γ₆＝0.3722rad，γ₇＝0.3644rad，γ₈＝0.3506rad，γ₉＝0.3321rad，γ₁₀＝0.3100rad，由上述的三轴联动的数控铣床加工环面蜗轮滚刀的螺旋容屑槽(7)得到对应点处前刀面(8)在分度环面上的导程角分别为：γ_q1＝1.2631rad，γ_q2＝1.2408rad，γ_q3＝1.2218rad，γ_q4＝1.2075rad，γ_q5＝1.1990rad，γ_q6＝1.1985rad，γ_q7＝1.2064rad，γ_q8＝1.2202rad，γ_q9＝1.2387rad，γ_q10＝1.2608rad，每个点处符合满足在分度环面上每个刀齿两侧的前角都为0°。