弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非圆锥齿轮的铣齿工艺方法，特别是涉及一种弧齿非圆锥齿轮的 铣齿加工方法。
【背景技术】
[0002] 非圆齿轮是用来传递两轴间非匀速运动的，和其他非匀速比传动机构（如凸轮、 连杆等）相比，具有传动平稳、结构紧凑、运动精度高等优点。在机械产品设计中，非圆齿轮 以其实现非匀速传动的特性，应用于纺织、卷烟、造纸等机械设备中。但由于其节曲线为非 圆形，致使设计、制造等要比圆齿轮复杂的多，三维造型尤为困难。
[0003] 相较于非圆柱齿轮传动，非圆锥齿轮能实现空间交错轴变速比传动，其结构更加 紧凑，其应用范围目前主要集中于：非圆锥齿轮液压栗，变速比防滑差速器，以及一些特殊 的函数发生机构……
[0004] 目前在非圆锥齿轮设计方面研究较多的是直齿非圆锥齿轮，但是直齿非圆锥加工 较困难，目前的加工方法主要有五轴联动数控加工，线切割加工和刨齿加工三种方法，但三 种方法都具有通用性差，加工效率低的缺点。而弧齿锥齿轮目前还没有专用的加工工艺方 法，只能在6轴加工中心铣削加工，其效率低，成本较高。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种弧齿非圆锥齿轮的铣齿加工方法，该方法的切削工艺是 端面铣削（face-milling)，具有较高生产效率和加工精度；加工得到的弧齿非圆锥齿轮是 格里森收缩齿制，接触区可调；加工刀具是通用的弧齿锥齿轮铣刀，无需特别定制；加工机 床是通用的弧齿锥齿轮铣齿机，但需要五联动；工装夹具的设计和加工弧齿锥齿轮一样，无 需特别定制。
[0006] 加工原理
[0007] 运用该方法的基本原理与加工弧齿圆锥齿轮具有相似性，其不同之处是：弧齿圆 锥齿轮的节锥面为圆锥面，而弧齿非圆锥齿轮的节锥面是一个非圆的锥面。弧齿非圆锥齿 轮的加工要较圆锥齿轮的加工更复杂，且必须在五联动的数控机床上完成。其基本产形原 理是由一个产形轮同时在一对共扼的非圆锥面上生成一对能正确啮合的共扼齿廓。而弧齿 锥齿轮铣刀就安装在产形轮上，作为产形轮的齿廓。加工收缩齿廓弧齿非圆锥齿轮采用平 顶产形轮，它的面锥是一个平面，节锥面是一个锥角接近90度的平面。在加工的过程中，平 顶产形轮是机床的虚拟摇台，它与要加工的齿轮作纯滚动啮合。
[0008] 由于非圆锥齿轮的每个齿廓都不相同，故不能采用成形法加工，只能采用单齿分 度连续展成法：在加工过程中，虚拟摇台和齿轮作纯滚动啮合，刀盘上的切削刃渐渐切入齿 轮实体，并展成齿轮的齿廓；完成一个轮齿的加工后，将刀盘在虚拟摇台上转动一个分度 角，再将虚拟摇台和齿轮以纯滚动关系转动一个合适的位置，进行下一个齿的切削。
[0009] 工艺过程和参数计算
[0010] 其加工工艺由如下步骤进行：
[0011] 一、确定切削参数：根据弧齿锥齿轮的图纸要求，以及干切或湿切的加工要求，选 用合适机床，夹紧方式，冷却方式，进给速度《 f，主轴转速
[0012] 二、计算刀盘的参数：
[0013] a)刀盘的齿数：理论上可以任意选取，实际上由刀盘厂商根据刀盘半径rv各有标 准。
[0014] b)刀盘半径：刀盘半径rv根据待加工齿轮的接触情况决定，一般可先选取，再根 据接触情况优化。
[0015] c)刀片的压力角：压力角由待加工齿轮的理论螺旋角Pf决定，一般按下式计算：
[0017] 式中，为齿轮的理论设计压力角，一般取为20度；hf为待加工齿轮的齿根高； Pf为理论螺旋角；Rd为理论接触点的锥距。
[0018] d)错刀距：错刀距要根据齿轮的模数和螺旋角决定，并在实际加工中微调，一般 的可按下式估算：
[0020] 式中，rdl为小轮的大端锥距，z为小轮的齿数。
[0021] 三、刀位参数：
[0022] a)计算无展成刀位：根据摆线的产形原理以及相应的数学模型，计算无展成的刀 位：若机床为摇台型机床，则无展成刀位为：
[0024] 其中r;为径向无展成刀位，0 ;为角向无展成刀位
[0025] 若机床为直角坐标型机床，则无展成刀位为：
[0027] 其中，H1为垂直无展成刀位，Vi为水平无展成刀位。
[0028] b)计算初始刀位：其起始角度相对无展成的角度增加或者减少一个展成角0kl(i =l，2-z)，展成角的符号由展成方向决定，展成角的大小需要根据非圆锥齿轮的重合度来 确定，对于每个轮齿都不一样，该角度即为等加工齿轮一个轮齿从啮入到啮出摇台转的角 度。对于摇台型机床，初始刀位按下式计算：
[0030] 其中，r。。为初始径向刀位，0i。为初始角向刀位。
[0031] 对于直角坐标型机床，则初始刀位为：
[0033] 其中，H1。为初始垂直刀位，Vi。为初始水平刀位。
[0034] 四、轮位参数：由齿轮的安装决定，修正此位置有利于齿轮接触区的调整。
[0035] 五、机床根锥角参数：该参数由齿轮的收缩齿制决定，若要加工等高齿直齿锥齿 轮，则该参数为直齿锥齿轮的节锥角，若要加工收缩齿直齿锥齿轮，则该参数为齿轮的根锥 角。
[0036] 六、各轴的运动关系：若机床是摇台型机床，此时机床各轴的运动关系方程为
[0038] 式中n3ux,n3uy,n3uz是非圆锥齿轮根锥面的法向量的三个坐标分量；13ux,t3uy,t3uz是 其第一方向切向量的三个坐标分量，t4ux，t4uy，t4uz是其第二方向切向量的三个坐标分量； 是机床工件轴的角度位置；2B?A是机床根锥轴的角度位置；0 e是机床摇台轴的角度 位置。可根据下式计算：
[0039]
[0040] 式中，終为待加工齿轮的转角，S。为瞬时节锥角，5。'为节锥角S。对转角倘求 导，即V=吨/却。
[0041] 若机床是直角坐标型机床则需要将刀盘水平和垂直轴（一般是X轴和Y轴）虚拟 为一个摇台轴，此摇台轴的进给量即为齿轮展成运动的进给量。此时，机床各轴的运动关系 方程为：
[0043] 式中Dx，Dx，Dx分别为机床的X，Y，Z轴的位置。Eb为轴向轮位
[0044] 七、切削方法：单分度双面铣削，为了方便的调出接触区，大轮采用单刀双面法加 工，即用同一刀盘的内外刀刃同时切出轮齿的凹凸齿面；小轮采用单刀单面法，即用同一刀 盘在某一刀位先切出轮齿的凹齿面，再使用相同刀盘，调整刀位，切出轮齿的凸齿面。
[0045] 八、机床参数的调整：由于机床，刀盘，工装等综合误差，实际切削出的大轮和小轮 的接触区域往往和理论计算不一致，可以对刀位和机床主轴的工件轴的运动关系进行微调 以达到最佳的接触状态。
[0046] 本发明的特点：运用该加工方法，可以在通用的弧齿铣齿机上加工弧齿非圆锥齿 轮，具有加工效率高，精度高，成本低，加工工艺能力成熟。
【附图说明】
[0047] 图1为本发明的基本广