CN101780569A - 圆柱齿轮的车削制齿加工法 - Google Patents
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Abstract
一种圆柱齿轮的车削制齿加工方法，根据交错轴斜齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线并且沿齿向有相对滑动的原理，采用数控系统技术控制齿轮型刀具和被加工件按严格速比高速旋转，刀具刀刃相对于工件齿向有相对滑动即产生切削作用，同时系统控制工件沿轴线进给连续加工齿轮齿宽。本发明优点：采用范成法，利用交错轴斜齿轮啮合传动，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工齿轮齿廓。此方法的加工过程类似剃齿原理，但刀具采用齿轮形插齿刀，故加工效率很高。此方法最大的优点是，刀具制造简单、切削效率很高、精度高、设备制造简单。此法可取代目前的插齿、滚齿和拉齿，具有很好的市场前景。实践证明此项技术达到国际先进水平。
Description
技术领域
本发明属于机械加工方法，特别涉及一种圆柱齿轮的车削制齿加工法。
技术背景
近代齿轮加工的方法很多，有铸造法、热轧法、冲压法、模锻法、粉末冶金法和切制法，目前最长用的是切制法。用切制法加工齿轮齿廓的工艺也是多种多样的，但就其原理来说可概括为两种：仿形法和范成法。
仿形法加工有铣削法和拉削法等。其中铣削法被广泛用于小批量的外齿轮的加工，由于其加工不连续，一般加工的齿轮精度较低；由于加工不连续，故生产效率较低，不宜用于大量生产。拉削法广泛用于圆柱内齿轮的加工，其生产效率高，但设备昂贵，刀具复杂且制造及刃磨成本高，加工过程中需要使用冷却及润滑油，环境污染大，设备需要很大的功率，故能耗很高。
范成法亦称展成法、共轭法或包络法，是目前齿轮加工中最常用的一种方法。它是根据一对齿轮的啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。用范成法加工齿轮的齿廓时，常用的刀具有齿轮型刀具和齿条型刀具两大类，加工设备如插齿、滚齿、剃齿、磨齿等。其中剃齿和磨齿常用于齿轮的高精加工，一般不直接从圆柱毛坯切制齿廓，尤其是剃齿，它只能对齿轮进行精加工，不可能制齿，不管是磨齿还是剃齿精度虽高，但效率低下；插齿和滚齿是直接从圆柱毛坯切制齿廓的，但插齿效率非常低，滚齿的效率虽然比插齿高，但高的有限，并且一般加工精度不如插齿高。
综上所述，不论是哪种加工方法，具体到哪种加工设备，效率都比较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的圆柱齿轮的车削制齿加工法，此方法克服了传统的插齿、滚齿等范成法加工效率较低和各种成形法的精度低和拉削法、模锻法等各项成本较高的缺点。
本发明的具体内容：
一种圆柱齿论的车削制齿加工方法，其特征在于：根据交错轴斜齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线并且沿齿向有相对滑动的原理，采用数控系统技术：通过指令代码编制加工程序从而控制伺服电机运动，控制齿轮型刀具和被加工件按严格，即按刀具齿数与工件齿数的比值的速比高速旋转。刀具刀刃相对于工件齿向有相对滑动即产生切削作用，同时系统控制工件沿轴线进给连续加工齿轮齿宽。
本发明优点：采用范成法，利用交错轴斜齿轮啮合传动，两轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工齿轮齿廓。此方法的加工过程类似剃齿原理，但刀具采用齿轮形插齿刀，故加工效率很高。此方法最大的优点是，刀具制造简单、切削效率很高、精度高、设备制造简单。此法可取代目前的插齿、滚齿和拉齿，具有很好的市场前景。实践证明此项技术达到国际先进水平。
附图说明
图1(a)、图1(b)为一把插齿刀加工一齿轮传动，刀具和工件的分度圆柱相切于P点。
图中：tt为刀具和工件的轮齿在啮合点处的公切线
∑为刀具轴和工件轴的交错角，即两交错轴在平行于两轴平面上的投影之间的夹角
β工为工件分度圆的螺旋角；β刀为刀具分度圆的螺旋角
在交错轴斜齿轮传动中，由于两啮合的轮齿齿向也必须一致，所以刀具和齿轮的螺旋角β刀、β工与两轴交错角∑的关系为：
∑＝β工±β刀………………………………………(1)
(1)式中β工和β刀为代数值，工件和刀具的螺旋角方向相同时为-，相反时为+。
图2(a)、图2(b)为刀具与工件螺旋角方向和轴交角∑关系示意图
从动轮的转向与两轮的螺旋角方向有关。如图2(a)中为右旋刀切左旋齿，(b)所示为右旋刀切右旋齿。
图3为齿轮加工时工件轴向移动进刀
图4为刀具形状示意图
图中：1刀具、2刀具位置1、3刀具位置2、4工件、5工件宽度
具体实施方式
以下结合附图1和附图2来具体阐述。如图1所示，将其中的一个齿轮置换成一把齿形参数与其相匹配的齿轮式插齿刀具，按照交错轴斜齿轮啮合传动原理，使工件和刀具严格按照一对交错轴斜齿轮传动关系作相对旋转运动时，就可在工件上连续不断的切出齿来，再使工件沿轴向方向运动即可切出整个齿宽。此过程包含两个运动：刀具和工件的严格比例的相对旋转运动形成渐开线(母线)，工件延轴线移动形成的齿宽(导线)。刀具的各种角度，如前角、后角等同普通插齿刀一样。
众所周知，交错轴斜齿轮传动有两个缺点：
1、延齿长方向有较大的相对滑动
2、两轮的啮合齿面之间为点接触
我们恰恰可以利用这两个缺点，由于延齿长方向有较大的相对滑动，在刀具和工件的严格速比的相对旋转过程中，刀具的刀刃即可对工件形成切削。并且刀具和工件为点接触，切削力比较小，有利于机床的工作。
按照一对交错轴齿轮的传动原理，除了刀具和工件的螺旋角与两交错轴之间需满足式(1)的关系外，由于刀具和工件的轮齿是在法面内相啮合的，所以，刀具和被切工件的法面模数及法面压力角须分别相等。
法面模数 M刀＝M工
法面压力角 α刀＝α工
设被加工件的齿数为Z工，刀具的齿数为Z刀，根据齿轮知识可知：
齿数Z＝d/mt＝dcosβ/mn，
于是工件与刀具加工时的转动速比为：
i工刀＝ω工/ω刀＝Z刀/Z工
在实际加工时，可从图纸上得知被加工件的齿数Z工、法向模数M工、螺旋角β工和螺旋方向。根据工件的的参数，我们可以相应的选择刀具的齿数ZD、法向模数同工件M工，刀具螺旋角和螺旋方向的选择理论上可以任意，但根据实践经验看，根据式(1)确保交错角∑在10°-15°之间，这样可以渐低对加工机床性能和刚性的要求，便于机床的加工和制造。
如图1所示：在啮合点P，刀具圆周速度为V刀，工件的圆周速度为V工，它们都可以分解为垂直于螺旋线齿面的法向分量(V刀法和V工法)和沿螺旋面的切向分量(V刀切和V工切)。因为啮合点的法向分量必须相等，即V刀法＝V工法，而两个切向分量却不相等，因而产生相对滑动。因为插齿刀端面有刃，就产生了切削作用，相对滑动速度就成了切削速度(此处的切削速度是指在刀具和工件旋转时的切削速度，不包含工件沿轴向进给的速度)。
V切削＝V工切-V刀切＝V工sinβ工-V刀SINβ刀
因为V工法＝V工COSβ工＝V刀法＝V刀COSβ刀
故V切削＝V刀sin∑/COSβ工……………………………(2)
由(2)式可以看出，刀具切削速度与轴交角∑有关，∑愈大，切削速度愈高。当∑＝0°时，切削速度为零，即没有切削速度。
Claims (1)
1.一种圆柱齿论的车削制齿加工方法，其特征在于：根据交错轴斜齿轮啮合传动时，两轮的齿廓互为共轭曲线并且沿齿向有相对滑动的原理，采用数控系统技术，通过指令代码编制加工程序从而控制伺服电机运动，控制齿轮型刀具和被加工件按刀具齿数与工件齿数的比值的速比高速旋转，刀具刀刃相对于工件齿向有相对滑动即产生切削作用，同时系统控制工件沿轴线进给连续加工齿轮齿宽。
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