一种盘形刀具加工面齿轮的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于齿轮制造方法中的面齿轮数控铣齿、磨齿加工这一领域。
【背景技术】
[0002] 面齿轮传动是指圆柱齿轮与锥齿轮相啮合实现空间相交或交错轴之间的传动。与 锥齿轮相比较，面齿轮传动具有重合度大、承载能力强、稳定性强、振动小、占空间小等优 点。随着航空航天事业的发展，面齿轮传动在飞行器的动力装置中得到了广泛应用，占有很 重要的地位。
[0003]面齿轮加工方法是面齿轮研究的主要任务之一，但目前在国内对面齿轮的加工方 法大多为插齿加工，加工出的面齿轮精度较低，承载能力较差，使得面齿轮的应用只能停留 在低速、轻载的场合，并不能满足航空器械的传动要求，为了提高面齿轮的综合传动性能， 必须实现面齿轮的高精度制造。要使面齿轮的传动性能进一步提高，一般需对面齿轮进行 热处理，而热处理将对面齿轮齿面产生热胀变形，影响面齿轮的精度和传动性能，由于热处 理后齿面硬度很高，采用一般的加工方法不易加工，必须研究面齿轮加工方法才能解决。
[0004] 在美国专利US006146253(A)中公开了一种采用蜗杆砂轮磨削加工面齿轮的方 法，该方法采用蜗杆连续展成的原理对面齿轮进行加工，具有较高的加工效率，但是其蜗杆 砂轮齿面存在奇异性，设计与制造相对困难，且该方法需要设计专门的加工设备，成本较 商。
[0005] 在日本专利JP2002011615A中公开了一种面齿轮加工方法，该方法采用直线刀刃 形状或接近于直线刀刃形状的刀具，并通过调节刀具使之与面齿轮的压力角成一个正确的 数值，并向该面齿轮的径向进行切削运动来实现制造面齿轮。该方法由于无需在径向做往 复运动，具有较高的加工效率，但是由于面齿轮的齿廓属于变截面齿廓，采用此加工方法只 能近似逼近所加工的面齿轮齿面，不能得到精确的面齿轮齿廓，具有一定的原理误差。
[0006] 本专利发明了一种用盘形刀具加工面齿轮的新方法，该方法可在现有机床上，利 用盘形刀具实现面齿轮铣齿和高精度磨齿加工，可以达到精确加工面齿轮的效果，消除了 加工原理误差，无需另行设计制造面齿轮的专用加工设备，大大降低了生产成本，提高了加 工精度。
【发明内容】
[0007] 本专利解决的技术问题是：针对市场上面齿轮加工精度低、传动性能差等缺陷，发 明了在现有数控机床上，利用盘形刀具实现面齿轮铣齿和高精度磨齿的加工方法。该方法 可以同时对面齿轮进行铣齿和热处理后的面齿轮进行磨齿加工，实现面齿轮的粗精加工一 体化，降低成本。
[0008] 本专利发明的面齿轮加工方法，包括：面齿轮1、盘形刀具2、直齿轮3。其特征是： 采用与直齿轮3齿廓相同的渐开线刃或近似渐开线刃的盘形刀具2,使之模拟直齿轮3单个 齿与面齿轮1的啮合运动来包络加工面齿轮，并向该面齿轮1的径向进行切削运动，以精确 加工整个面齿轮齿廓。
[0009] 所述加工方法可在现有机床上实现面齿轮的加工，其特征是：将面齿轮1安装于 机床的工作台上，加长砂轮座4安装于机床主轴顶端，盘形刀具2安装于加长砂轮座4顶 端。在加工过程中，面齿轮1随机床A旋转轴绕自身轴线旋转，同时面齿轮1随机床B旋转 轴摆动。盘形刀具2随主轴绕自身轴线高速旋转，同时盘形刀具2在面齿轮的径向进行往 返进给运动。加工完一个完整的齿面后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿面，直到加 工完整个面齿轮齿面。
[0010] 在加工过程中，为了避免面齿轮1与机床Y轴碰撞，设计了加长砂轮座4安装于机 床主轴顶端，再将盘形刀具2安装于加长砂轮座4顶端，并且加长砂轮座4的长度应大于 面齿轮1的外圆半径。
[0011] 由面齿轮1、盘形刀具2及直齿轮3之间的啮合规律可知，要达到精确创成面齿轮 齿廓，所利用的盘形刀具2的轴向横截面轮廓应与直齿轮3的轴向轮廓完全相同。在加工 过程中，面齿轮1随机床A旋转轴绕自身轴线旋转和随机床B旋转轴摆动的转速比是恒定 的，并且
【主权项】
1. 一种盘形刀具加工面齿轮的方法，包括：面齿轮1、盘形刀具2、直齿轮3,其特征是： 采用与直齿轮3齿廓相同的渐开线刃或近似渐开线刃的盘形刀具2,使之模拟直齿轮3单个 齿与面齿轮1的啮合运动来包络加工面齿轮，并向该面齿轮1的径向进行切削运动，以精确 加工整个面齿轮齿廓。
2. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：盘形刀具2的轴向横截面轮廓与直齿 轮3的轴向轮廓完全相同，为渐开线刃或近似渐开线刃。
3. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：加工过程中，面齿轮1绕 &的转速C与盘形刀具2绕&的转速$之间的转速比是恒定的，并且
其中死与巧分别为直齿轮3与面齿轮1的齿数。
4. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：盘形刀具2每绕&摆动一个微小的角 度，就在面齿轮1的径向进行一次往返进给运动，以切削面齿轮齿长方向齿廓，如此反复摆 动和径向进给直到切削完整个齿槽。
5. 根据权利要求1所述的加工方法，其特征是：在加工完一个完整的齿槽后，盘形刀具 2退出面齿轮1齿槽，面齿轮1工作台进行分度运动，以加工下一个齿槽。
6. 根据权利要求1所述的加工方法，可在现有机床上实现面齿轮的加工，其特征是：将 面齿轮1安装于机床的工作台上，加长砂轮座4安装于机床主轴顶端，盘形刀具2安装于加 长砂轮座4顶端，在加工过程中，面齿轮1随机床A旋转轴绕自身轴线旋转，同时面齿轮1 随机床B旋转轴摆动，盘形刀具2随主轴绕自身轴线高速旋转，同时盘形刀具2在面齿轮的 径向进行往返进给运动。
【专利摘要】一种盘形刀具加工面齿轮的方法，包括：面齿轮1、盘形刀具2、直齿轮3。其特征是：采用与直齿轮3齿廓相同的渐开线刃或近似渐开线刃的盘形刀具2，使之模拟直齿轮3单个齿与面齿轮1的啮合运动来包络加工面齿轮，并向该面齿轮1的径向进行切削运动，以精确加工整个面齿轮齿廓。该方法可在现有数控机床上实现面齿轮铣齿和高精度磨齿加工，无需另行设计制造面齿轮专用加工机床，大大降低了生产成本，缩短了开发周期。
【IPC分类】B23F21-02, B23F15-06, B23F21-14
【公开号】CN104551265
【申请号】CN201310464718
【发明人】唐进元, 李武俊, 尹凤
【申请人】唐进元
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月9日