基于直线切削的面齿轮加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及齿轮制造加工技术领域，具体涉及一种基于直线切削的面齿轮加工方法。
【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，近年来国内外学者对其做了很多研究，但目前在国内对面齿轮的加工方法大多为插齿加工、磨齿加工，加工效率低，灵活性差。理论上，不同参数的面齿轮对应唯一的加工刀具，致使面齿轮的设计研发及生产制造周期变长，制造成本增大。为了满足灵活、多变的市场需求，则需实现面齿轮的高效、柔性制造。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种加工效率高、无须复杂、昂贵的专用刀具和专用机床、能够降低加工成本的基于直线切削的面齿轮加工方法。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0006]一种基于直线切削的面齿轮加工方法，其特征在于:采用刀具逐个加工面齿轮的各齿槽，每个齿槽的加工过程包括以下步骤:
[0007](a)假定一个与面齿轮啮合并同步转动的虚拟直齿轮，虚拟直齿轮具有与待加工齿槽啮合的虚拟齿，在面齿轮保持固定，且待加工齿槽的对称平面与虚拟齿的对称平面重合的位置下，刀具在面齿轮上加工出与虚拟齿的轮廓相对应的初始槽；其中，待加工齿槽的对称平面为通过面齿轮轴线的平面，待加工齿槽两侧的齿面相对于该平面对称；虚拟齿的对称平面为通过虚拟直齿轮轴线的平面，虚拟齿的两侧齿面相对于该平面对称；
[0008](b)在待加工齿槽与虚拟齿啮合转动的角度范围内，面齿轮和虚拟直齿轮先正向旋转运动再反向旋转运动，正向旋转运动和反向旋转运动的过程均分为若干次间歇的摆动，正向旋转运动的每一次摆动完成后，刀具均沿虚拟齿的齿面做一个周期的切削加工，直至正向旋转运动结束后加工出待加工齿槽一侧的齿面，反向旋转运动的每一次摆动完成后，刀具均沿虚拟齿的齿面做一个周期的切削加工，直至反向旋转运动结束后加工出待加工齿槽另一侧的齿面；
[0009]—个齿槽加工完成后，面齿轮转动一个齿槽所对应的角度，重复上述单个齿槽的加工过程，完成下一个齿槽的加工，如此重复直至全部齿槽加工完毕。
[0010]上述的面齿轮加工方法，优选的，同一齿槽加工时，先加工一侧齿面的加工过程中，刀具按照逐层式或等距式规划路径进行加工，后加工一侧齿面的加工过程中，刀具按照待加工齿槽的齿面轮廓规划路径进行加工。
[0011]上述的面齿轮加工方法，优选的，所述刀具在做一个周期的切削加工动作过程中，沿面齿轮的齿宽方向做若干次往复直线进给运动。
[0012]上述的面齿轮加工方法，优选的，待加工齿槽与虚拟齿啮合转动的角度范围为2Φ?, <i>t的计算公式为:
[0013](J)t= max{ Φ w|, I Φη|}
[0014]式中，(^为面齿轮(I)外半径处啮合转角极限值，Φ η为面齿轮内半径处啮合转角极限值。
[0015]上述的面齿轮加工方法，优选的，所述刀具的加工方式包括采用刨刀进行刨削加工和采用铣刀进行铣削加工。
[0016]上述的面齿轮加工方法，优选的，所述面齿轮在加工前进行热处理。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的面齿轮加工方法可以对热处理后的面齿轮进行刨削、铣削和线切割加工，实现对面齿轮的高效加工，并且采用该方法可以利用数控牛头刨床或是四轴加工中心对面齿轮进行粗加工，不同参数的面齿轮不需要对应唯一的刀具，无须复杂、昂贵的专用刀具和专用机床，在减小面齿轮的加工成本的前提下，缩短了面齿轮的加工周期，解决了面齿轮加工中效率低，灵活性差，对加工设备要求较高等一系列问题。
【附图说明】
[0018]图1为本发明中面齿轮、虚拟直齿轮和刀具加工位置的立体结构示意图。
[0019]图2为图1中刀具位置处的局部放大结构示意图。
[0020]图3为本发明中面齿轮、虚拟直齿轮和刀具加工位置的主视结构示意图。
[0021]图4为图3中刀具位置处的局部放大结构示意图。
[0022]图5为本发明中面齿轮、虚拟直齿轮和刀具加工位置的俯视结构示意图。
[0023]图6为采用四轴数控铣床加工面齿轮的结构示意图。
[0024]图7为采用四轴数控刨床加工面齿轮的结构示意图。
[0025]图例说明:
[0026]1、面齿轮；2、虚拟直齿轮；3、刀具。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0028]一种基于直线切削的面齿轮加工方法，采用刀具3逐个加工面齿轮I的各齿槽，每个齿槽的加工过程包括以下步骤:
[0029](a)假定一个与面齿轮I啮合并同步转动的虚拟直齿轮2，虚拟直齿轮2具有与待加工齿槽啮合的虚拟齿，如图1至图5所示，面齿轮I处于坐标系Of中，面齿轮I绕Zf旋转，面齿轮I的角度位置为Θ f;虚拟直齿轮2处于坐标系O s中，虚拟直齿轮2绕Z s旋转并与面齿轮I保持啮合配合的同步旋转，虚拟直齿轮2的角度位置为0s。刀具3轴线Zt与直齿轮2轴线Zs保持平行关系，每一个齿槽的加工过程中，虚拟直齿轮2的转角范围为-Φ t?Φ t (对应面齿轮I上待加工齿槽的角度范围)，当Θ s= O时，虚拟直齿轮2的虚拟齿关于-Xs (待加工齿槽的对称平面与虚拟齿的对称平面重合时所在的平面)对称，刀具3在坐标系Os内做进给运动，加工出与虚拟齿的轮廓相对应的初始槽；进给运动的路径综合刀具3的形状和刀具3的尺寸进行规划；
[0030](b)初始槽加工完成后，虚拟直齿轮2的转角0s先由0° — (J)t，再由0° --Φ?两个过程进行旋转运动；或者先由ο° —-(J)t，再由ο° — <i>t两个过程进行旋转运动。0° — φt或者0° —-Φ t的旋转运动过程均分为若干次间歇的摆动，每次摆动一个微小的角度，每一次摆动完成后，刀具3均沿虚拟齿的轮廓进行一个周期的加工动作，刀具3在做一个周期的加工动作过程中，沿面齿轮I的齿宽方向(径向方向)做若干次往复直线进给运动，达到切削或铣削加工面齿轮的效果，直至各旋转运动过程全部完成后，切削出待加工齿槽两侧的完整齿面；
[0031]—个齿槽加工结束后，面齿轮I重新分度(旋转一个齿槽的角度360/Nf度，N面齿轮I的齿数)，并按照上述过程加工下一个齿槽，直至全部齿槽加工完毕。
[0032]加工过程中，面齿轮I与虚拟直齿轮2为啮合关系的同步转动，面齿轮I的角度位置9占直齿轮2的角度位置Θ s之间的角度比恒定，并且
[0033]Nf Θ f= Ns Θ s