本发明涉及一种基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，属于非正交面齿轮加工领域。
背景技术：
1、非正交面齿轮传动是面齿轮与圆柱齿轮轴线夹角在0°-15°范围内的齿轮副，属于一种特殊的非正交面齿轮传动，具有传动效率高、噪音小、寿命长、结构紧凑、轴向力小、分流效果好、对安装误差不敏感等优点，在直升机、舰艇等传动结构中展现出了巨大优势。然而，传统的插齿与铣齿加工效率低、加工精度差，无法实现大批量、高精度生产。
2、相较而言，车齿加工效率明显较高，可在保证精度的同时高效率的完成非正交面齿轮的加工。车齿加工非正交面齿轮是一种基于空间交错轴齿轮啮合原理的展成齿轮加工方法，加工时切削运动发生在刀具切削刃边缘与工件毛坯外表面之间的接触点处。与插齿和铣齿等加工方式不同，整个车齿加工过程中刀具和工件的空间位置均不断发生变化，导致参与加工的刀具切削刃位置也随之改变，这使得刀具切削刃上任意一点处的线速度随着车齿加工的进行而不断改变。由于非正交面齿轮结构的特殊性，往往需要六轴机床方可加工，由于六轴机床成本高昂，致使行业内的加工能力受限，严重制约着非正交直齿面齿轮的推广应用。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，用以解决使用六轴机床对非正交面齿轮进行车齿加工时，成本过高的问题。
2、为实现上述目的，本发明的方案包括：
3、本发明的一种基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，包括如下步骤：将待加工面齿轮安装在四轴机床的待加工工件安装座上，待加工工件安装座具有一个水平方向旋转的第一自由度还有一个绕待加工面齿轮轴向旋转的第二自由度；四轴机床包括安装有车齿刀的旋转轴，旋转轴设置在y轴移动机构上，y轴移动机构设置在x轴移动机构上，待加工工件安装座设置在z轴移动机构上；通过调整第一自由度将工件箱的主轴轴线与x轴之间的安装角调整到第一设定角度，第一设定角度根据车齿刀的轴线在第一坐标系中的单位矢量和面齿轮的轴线在面齿轮坐标系的单位矢量变换到第一坐标系后的矢量得到；根据x、y、z轴建立原点为车齿刀前刀面与车齿刀轴线的交点的第一坐标系；
4、在车齿刀对面齿轮的一次切削的过程中，若不满足终止条件，则重复包括以下的步骤：移动车齿刀第一坐标系原点移动到面齿轮的分锥顶点位于机床坐标系的空间坐标；所述第一坐标系到机床坐标系的转换矩阵根据第二设定角度得到，所述第二设定角度分别根据面齿轮的轴线的单位矢量在第一坐标系中的x轴方向的分量和y轴方向的分量的得到；
5、终止条件为：车齿刀与面齿轮的切触点距离面齿轮轴线的径向距离大于面齿轮的大端分度圆半径。
6、进一步地，空间坐标还叠加的有车齿刀的齿向进给矢量和/或车齿刀的齿深进给矢量。
7、进一步地，第一设定角度通过如下公式得到：
8、δa＝arccos(et2ea2)
9、其中，δa为第一设定角度，et2为车齿刀的轴线在第一坐标系中的单位矢量，ea2为矢量。
10、进一步地，第二设定角度通过如下公式得到：
11、
12、其中，为第二设定角度，-ea2(2)为第一坐标系中面齿轮轴线的单位矢量在第一坐标系的y轴方向的分量，ea2(1)为第一坐标系中面齿轮轴线的单位矢量在第一坐标系的x轴方向的分量。
13、进一步地，第一设定矢量通过如下公式得到：
14、ely＝ty2el2
15、其中，ely为车齿刀的齿向进给矢量，el2为车齿刀与面齿轮相切点处对应的齿向进给方向，ty2为根据第二设定角度得到转换矩阵。
16、进一步地，第二设定矢量通过如下公式得到：
17、edy＝ty2ed2
18、其中，edy为车齿刀的齿深进给矢量，ed2为车齿刀与面齿轮相切点处对应的齿深进给方向。
19、本发明的有益效果为：本发明是开拓式发明创造，本发明在加工前，将待加工工件的安装角调整到第一设定角度。在一次齿廓切削的过程中，重复执行下面的步骤直至满足终止条件：移动车齿刀使第一坐标系原点移动到面齿轮的分锥顶点位于机床坐标系的空间坐标。本发明在加工的过程中，通过等效建模使待加工的面齿轮倾斜一定的角度，使四轴机床也可以对非正交面齿轮进行车齿加工，有效地降低了成本。
1.一种基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，包括如下步骤：将待加工的面齿轮安装在四轴机床的工件箱的主轴上，所述工件箱具有一个水平方向旋转的第一自由度；所述四轴机床包括安装有车齿刀的刀具箱，所述刀具箱设置在y轴移动机构上，所述y轴移动机构设置在x轴移动机构上，所述工件箱设置在z轴移动机构上；通过调整第一自由度将工件箱的主轴轴线与x轴之间的安装角调整到第一设定角度，所述第一设定角度根据车齿刀的轴线在第一坐标系中的单位矢量和面齿轮的轴线在面齿轮坐标系的单位矢量变换到第一坐标系后的矢量得到；根据x、y、z轴建立原点为车齿刀前刀面与车齿刀轴线的交点的所述第一坐标系；
2.根据权利要求1所述的基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，所述空间坐标还叠加的有车齿刀的齿向进给矢量和/或车齿刀的齿深进给矢量。
3.根据权利要求1所述的基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，所述第一设定角度通过如下公式得到：
4.根据权利要求1所述的基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，所述第二设定角度通过如下公式得到：
5.根据权利要求2所述的基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，所述车齿刀的齿向进给矢量通过如下公式得到：
6.根据权利要求5所述的基于四轴机床的非正交面齿轮车齿加工方法，其特征在于，所述车齿刀的齿深进给矢量通过如下公式得到：