準(zhǔn)雙曲面齒輪副具有復(fù)雜的齒面形狀，其齒形質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能對(duì)其傳動(dòng)性能有著重大影響。成形法準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪法向齒廓為直線，并且齒數(shù)較多；傳統(tǒng)格里森制準(zhǔn)雙曲面齒輪加工機(jī)床加工大輪時(shí)，依舊采用復(fù)雜的刀盤、搖臺(tái)及專用夾具、量具等技術(shù)，導(dǎo)致加工準(zhǔn)備調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)，加工效率不高；并且加工過程中機(jī)床剛性不足，刀盤受力不能過大。本文所涉及的準(zhǔn)雙曲面齒輪為格里森制。

 

　　數(shù)控技術(shù)在準(zhǔn)雙曲面齒輪加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得加工效率大大提高，加工齒面的精度和質(zhì)量也愈加精密和優(yōu)異，從而延長(zhǎng)了使用壽命，*終改善了傳動(dòng)性能。因此，可以考慮在立式數(shù)控加工中心上，采用指形銑刀、分度頭對(duì)大輪齒面進(jìn)行成形銑削加工，以期獲得較為優(yōu)良的齒面質(zhì)量和較高的加工效率。

 

　　本文主要從成形法準(zhǔn)雙曲面齒輪成形銑削的可行性，成形銑削大輪數(shù)學(xué)模型的建立及調(diào)整參數(shù)的確定、數(shù)控加工代碼的生成和銑削仿真及試驗(yàn)等三方面進(jìn)行了探討。

 

　　1準(zhǔn)雙曲面齒輪成形銑削可行性分析1. 1實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)雙曲面齒輪成形銑削運(yùn)動(dòng)的可行性準(zhǔn)雙曲面齒輪的假想平面齒輪的齒面節(jié)線為圓弧的一部分，準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪成形法加工時(shí)，齒面形狀僅取決于刀盤和輪坯的相對(duì)位置，切齒時(shí)工件和搖臺(tái)均不轉(zhuǎn)動(dòng)，讓刀盤直接切入輪坯，齒槽兩側(cè)的凸、凹齒面按雙面刀盤的內(nèi)、外刀齒切成，所以成形法大輪的齒面同刀盤刃錐截面形狀一樣，其法向齒廓為直線。

 

　　因此，在數(shù)控加工時(shí)就可以利用和法向齒廓截形相似的指形立銑刀，控制模擬刀盤的內(nèi)、外刀刃錐的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)成形法準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪成形銑削加工。

 

　　1. 2實(shí)施試驗(yàn)方案的可行性銑削刀具的選擇由于目前準(zhǔn)雙曲面齒輪的材料通常為合金鋼，選用硬質(zhì)合金刀具就可以得到較好的加工效果。指形銑刀的幾何尺寸可根據(jù)被加工齒槽的形狀確定，刀具軸向尺寸宜小，以提高夾持和加工剛性。

 

　　切削加工機(jī)床的選擇擬采用Cincinnati公司的Arrow 750立式加工中心，由于加工過程中刀具、機(jī)床、夾具受力不大，因此機(jī)床的剛性，熱穩(wěn)定性均可以滿足要求，具體的工藝參數(shù)（切削速度、進(jìn)給量等）可以根據(jù)加工試驗(yàn)情況進(jìn)一步調(diào)整。

 

　　夾具的選擇根據(jù)數(shù)控加工中心上指形銑刀成形銑削準(zhǔn)雙曲面大輪的加工原理，中心面與水平面傾斜合適的角度，保證大輪的根錐平面水平，定位、裝夾要良好，數(shù)控分度頭垂直方向尺寸盡量小為宜，以增強(qiáng)加工過程中的剛性。

 

　　2銑削大輪調(diào)整參數(shù)的確定及數(shù)控代碼的編制2. 1加工數(shù)學(xué)模型的建立，利用指形立銑刀成形銑削準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪的加工示意。根據(jù)1. 1理論，加工時(shí)，大輪與數(shù)控分度頭及加工中心的工作臺(tái)固連，工作臺(tái)軸和軸的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)使銑刀相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡模擬刀盤運(yùn)動(dòng)，從而銑削出圓弧齒槽，軸進(jìn)退刀銑削出齒深，大輪齒面靠刀具齒廓保證。加工完一個(gè)齒形后，數(shù)控分度頭的軸轉(zhuǎn)動(dòng)分度以便加工下一個(gè)齒。

 

　　建立如所示銑齒加工坐標(biāo)系示意，確立了刀具、工件、夾具及機(jī)床間的相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，沿A A向的剖視圖，建立機(jī)床加工坐標(biāo)系Oxyz， Ox 2 y 2 z 2是與大輪固連的坐標(biāo)系，其中O m為根錐頂點(diǎn)， M為計(jì)算點(diǎn)， O 2 O m為大輪坐標(biāo)系原點(diǎn)O 2（大輪安裝面和C軸的交點(diǎn)）到根錐頂點(diǎn)O m的距離，加工坐標(biāo)系原點(diǎn)O為大輪坐標(biāo)系原點(diǎn)O 2在水平根錐平面的投影，O C為插補(bǔ)圓弧的圓心（x Oc、y Oc為其在加工坐標(biāo)系中的坐標(biāo)），m2為大輪的安裝根錐角，可以根據(jù)齒寬確定圓弧插補(bǔ)的起始點(diǎn)A、B.

 

　　2. 2大輪安裝及切齒調(diào)整參數(shù)的確定根據(jù)成形法加工準(zhǔn)雙曲面齒輪的原理，確定基本加工調(diào)整參數(shù)的難點(diǎn)在于刀齒壓力角和大輪設(shè)計(jì)根錐壓力角不等時(shí)，所要進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)壓力角修正。很好地予以了解決，這里不再拗述。

 

　　所得水平刀位H m和垂直刀位V m如下H m = R 02 cos f 2 cos m - rsin m - h tan m2（1）V m = R 02 cos f 2 sin m + rcos m（2）式中， R 02為產(chǎn)形輪的節(jié)錐距； r、h為修正量；f 2、m為計(jì)算點(diǎn)修正前后的螺旋角。

 

　　由式（1）、式（2）及m2、O 2 O m，即可以確定大輪安裝位置及切齒調(diào)整參數(shù)。在加工坐標(biāo)系Oxyz可以得到圓心O c的坐標(biāo)為x Oc = V m（3）y Oc = H m - OO m（4）式中， OO m = O 2 O m cos m2； O 2 O= O 2 O m sin m2。這里是針對(duì)大輪旋向而言。由圓心坐標(biāo)及刀盤半徑r、計(jì)算點(diǎn)M的坐標(biāo)、大輪齒面寬度b 2就可以確定A、B點(diǎn)的坐標(biāo)。這樣就可以求得在數(shù)控加工中心上成形銑削準(zhǔn)雙曲面齒輪的調(diào)整參數(shù)。

 

　　2. 3數(shù)控加工代碼的編制基于具體的輪坯參數(shù)、夾具幾何參數(shù)、刀具參數(shù)，結(jié)合數(shù)控銑削工藝策略、編程技術(shù)等，用程序生成數(shù)控加工代碼。當(dāng)前先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)已可以滿足成形銑削加工的要求，由于在四軸加工中心上成形銑削準(zhǔn)雙曲面齒輪()，其*終精加工方式為圓周側(cè)銑削；在保證加工質(zhì)量的同時(shí)如何延長(zhǎng)刀具壽命，縮短加工時(shí)間，優(yōu)化工藝策略和程序處理速度*佳化，是需要考慮的問題。具體策略就是，控制進(jìn)給量和徑向、軸向銑削深度，優(yōu)化主軸轉(zhuǎn)速，采用合適的走刀方式，優(yōu)化銑削參數(shù)等，以得到*佳的齒面精度和質(zhì)量及*高的加工效率。

 

　　3實(shí)例計(jì)算及仿真、加工試驗(yàn)采用基本參數(shù)如的準(zhǔn)雙曲面齒輪的大輪，進(jìn)行成形銑削CAD仿真試驗(yàn)和加工中心上銑削加工試驗(yàn)，計(jì)算所得到的主要切齒調(diào)整參數(shù)為：水平刀位H m = 28. 4956，垂直刀位V m = 86. 6184，安裝根錐角m2 = 68. 8306 ，軸向輪位O 2 O m = 54. 6028，計(jì)算點(diǎn)M在Oxy平面內(nèi)的坐標(biāo)為x m = 12. 0406、y m = 68. 0283，圓心Oc的坐標(biāo)為x Oc = 86. 6184、y Oc = 8. 7704，圓弧起始點(diǎn)A的坐標(biāo)為x A = - 2. 229、y A = 43. 1093，點(diǎn)B的坐標(biāo)為x B = 42. 0322、y B = 92. 9473.至此所需的調(diào)整參數(shù)均已得到。

 

　　為了驗(yàn)證上節(jié)所建立的加工模型和編制的數(shù)控加工代碼的正確性，按照以上計(jì)算所得，利用CAD技術(shù)仿真了準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪實(shí)體模型，然后在數(shù)控加工中心上，采用指形銑刀對(duì)大輪輪坯進(jìn)行精銑削加工，以驗(yàn)證數(shù)控加工的可行性。

 

　　4結(jié)論在數(shù)控加工技術(shù)和成形銑削技術(shù)迅猛發(fā)展的前提下，在立式數(shù)控加工中心上，選擇合適的刀具、夾具，采用合適的工藝方案，可以實(shí)現(xiàn)成形法準(zhǔn)雙曲面齒輪大輪的成形銑削加工。其主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）可以拓展加工中心的應(yīng)用范圍，降低對(duì)齒輪加工專用機(jī)床和刀具的依賴。（2）可以加工較大尺寸、較寬齒面的大輪，摒棄專用機(jī)床的加工局限性。（3）提高成形法準(zhǔn)雙曲面齒輪的加工效率，提高齒面質(zhì)量，改善傳動(dòng)性能。