CN101837484B - 环面蜗杆螺旋面的铣削方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环面蜗杆螺旋面的铣削方法，属于环面蜗杆的加工方法；技术方案包括环面蜗杆(1)、圆柱铣刀(2)、蜗杆轴线(3)、铣刀轴线(4)，蜗杆轴线(3)和铣刀轴线(4)垂直相交并位于平面S内，根据环面蜗杆(1)成形原理，得到环面蜗杆(1)螺旋槽对应不同环面半径R时左、右螺旋面在不同轴截面上的一系列对应点，使圆柱铣刀(2)前端圆分别在这一系列对应点与环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右螺旋面接触并相切，从啮入端到啮出端沿环面切向分层铣削出螺旋槽和螺旋面当前环面上的部分，当环面半径R从齿顶到齿根变化时，沿环面径向分层铣削出螺旋槽和螺旋面的全部；为各种环面蜗杆的加工提供了一种新的方法。

Description

环面蜗杆螺旋面的铣削方法
技术领域
本发明涉及一种环面蜗杆螺旋面的铣削方法，属于环面蜗杆的加工方法。
背景技术
直廓环面蜗杆螺旋面的加工是在专用机床上采用车刀直线刀刃车削而成，车削效率高，其他包络环面蜗杆如平面、单锥面、双锥面等包络环面蜗杆的螺旋面都是采用相应形状的砂轮磨削而成，磨削效率相对较低，所以，各种包络环面蜗杆螺旋面的加工通常分两步：第一步按直廓环面蜗杆螺旋面的车削方法车削出环面蜗杆螺旋槽，第二步用相应形状的砂轮磨削出各种包络环面蜗杆螺旋面，但磨削的余量不均匀。
申请号为200910244092.7的中华人民共和国专利“环面蜗杆螺旋面的车削方法”中，阐述了在带有C轴的数控车床上采用车刀按环面蜗杆的环面切向和径向分层切削加工全齿槽宽及齿深的方法，而采用铣削的方法，可以实现高速切削。
发明内容
本发明的目的是要提供一种在带有C轴的通用数控车床上铣削各种环面蜗杆螺旋面的方法，在铣削环面蜗杆螺旋槽的同时也铣削出环面蜗杆螺旋面。
为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括环面蜗杆1、圆柱铣刀2、蜗杆轴线3、铣刀轴线4，蜗杆轴线3和铣刀轴线4垂直相交并位于平面S内，过圆柱铣刀2的前端且垂直于铣刀轴线4的平面与圆柱铣刀2的圆柱面相交得到的圆称为前端圆，环面蜗杆1的齿顶环面和齿根环面的半径分别为Ra和Rf，其圆心O2在平面S内，环面蜗杆1喉部中间平面和蜗杆轴线3的交点为O，OO2为环面蜗杆副的中心距a。根据环面蜗杆1螺旋面的成形原理，计算得到环面蜗杆1螺旋槽对应不同半径R的环面从啮入端到啮出端左、右侧螺旋面在不同轴截面上的一系列对应点E、F，Ra≤R≤Rf，使圆柱铣刀2的前端圆分别在这一系列对应点E、F与环面蜗杆1螺旋槽的左、右侧螺旋面接触并相切，得到环面蜗杆1围绕蜗杆轴线3转动、铣刀轴线4在平行和垂直于蜗杆轴线3的两个方向上的一系列对应位置。对应于半径为R的环面切向分层铣削过程是：根据得到的环面蜗杆1围绕蜗杆轴线3转动、铣刀轴线4在平行和垂直于蜗杆轴线3的两个方向上的一系列对应位置，转动环面蜗杆1和调整铣刀轴线4的位置，圆柱铣刀2从啮入端到啮出端分别铣削出左、右侧螺旋面上一条螺旋线及部分螺旋槽，然后，沿环面切向分层铣削出螺旋槽的中间部分。当环面半径R从齿顶环面半径Ra到齿根环面半径Rf变化时，圆柱铣刀2沿环面径向分层铣削出环面蜗杆1的一个螺旋槽及其左、右螺旋面上一系列螺旋线，形成环面蜗杆螺旋面(如图1)。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，采用球刀5铣削环面蜗杆1螺旋槽及其左、右侧螺旋面时，使球刀5的前端球面分别在环面蜗杆1螺旋槽的左、右侧螺旋面的一系列对应点E、F与环面蜗杆1螺旋槽的左、右侧螺旋面接触并相切，得到环面蜗杆1围绕蜗杆轴线3转动、铣刀轴线4在平行和垂直于蜗杆轴线3的两个方向上的一系列对应位置，铣削出环面蜗杆1的一个螺旋槽及其左、右螺旋面上一系列螺旋线，形成环面蜗杆螺旋面。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀2或球刀5从啮出端到啮入端铣削环面蜗杆1的螺旋槽及其左、右侧螺旋面。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀2或球刀5先铣削出螺旋槽的中间部分，再分别铣削出左、右侧螺旋面上一条螺旋线及部分螺旋槽。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀2或球刀5先铣削出右侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽，然后铣削出螺旋槽的中间部分，再铣削出左侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽；或者由圆柱铣刀2或球刀5先铣削出左侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽，然后铣削出螺旋槽的中间部分，再铣削出右侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，对于多头数环面蜗杆1，在铣削一个螺旋槽及其螺旋面完成后，通过分齿，再铣削另一个螺旋槽及其螺旋面，直至得到全部螺旋槽及其螺旋面；或者沿半径为R的环面切向分层、逐一铣削各个螺旋槽及其螺旋面，沿环面径向分层进给后，再沿环面切向分层、逐一铣削各个螺旋槽及其螺旋面，直到加工出环面蜗杆1从齿顶环面到齿根环面的全部螺旋槽及其螺旋面。
上述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法中，在环面蜗杆1的左、右侧螺旋面的计算中留出精加工余量，将本方法作为环面蜗杆1螺旋面的粗加工方法，再经精加工可得到粗糙度更小的精密环面蜗杆。
本发明提出了一种环面蜗杆螺旋面的铣削方法，是在带有C轴的通用数控车床上分层铣削环面蜗杆螺旋槽和螺旋面，为各种环面蜗杆的加工提供了一种新的方法。
附图说明
图1为环面蜗杆螺旋面的铣削方法原理图。
图2为圆柱铣刀2与螺旋面接触并相切示意图。
图3为球刀5与螺旋面接触并相切示意图。
图4为在具有C轴的通用数控车床上环面蜗杆螺旋面的铣削原理图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进行描述。以不修形的平面包络环面蜗杆副为例，相关参数为：中心距a＝250mm、右旋蜗杆头数z1＝1、蜗轮齿数z2＝40、蜗杆分度圆直径d1＝82mm、蜗轮分度圆直径d2＝418mm、蜗轮端面模数mt＝10.45mm、蜗杆齿根圆直径df＝63.20mm、蜗杆齿顶圆直径da＝96.64mm、蜗杆齿根圆弧半径Rf＝218.40mm、蜗杆齿顶圆弧半径Ra＝201.68mm、主基圆直径db＝158mm、蜗杆工作长度Lw＝130mm。
图2中∑1为环面蜗杆1的螺旋槽的左或右侧螺旋面，圆柱铣刀2的圆柱半径为rt，圆柱铣刀2的前端圆的圆心为Ot，与∑1接触并相切时的接触点为M，在点M处∑1的法线与铣刀轴线4相交于点N。取M点分别为环面蜗杆1螺旋槽对应不同半径R的环面从啮入端到啮出端左、右侧螺旋面在不同轴截面上的一系列对应点E、F，Ra≤R≤Rf，得到环面蜗杆1围绕蜗杆轴线3转动、铣刀轴线4在平行和垂直于蜗杆轴线3的两个方向上的一系列对应位置。
图3中∑1为环面蜗杆1的螺旋槽的左或右侧螺旋面，球刀5前端球面的半径为rt，球心为Ot，与∑1接触并相切时的接触点为M，在点M处∑1的法线与球刀5轴线4相交于球心Ot。取M点分别为环面蜗杆1螺旋槽对应不同半径R的环面从啮入端到啮出端左、右侧螺旋面在不同轴截面上的一系列对应点E、F，Ra≤R≤Rf，得到环面蜗杆1围绕蜗杆轴线3转动、铣刀轴线4在平行和垂直于蜗杆轴线3的两个方向上的一系列对应位置。
图4中的数控车床具有C轴、X轴和Z轴联动功能，环面蜗杆1安装在C轴上，蜗杆轴线3与Z轴重合，环面蜗杆1随C轴转动，X轴和Z轴的交点为环面蜗杆1喉部中间平面和蜗杆轴线3的交点O，平面S经过X轴和Z轴，环面蜗杆1的齿顶环面和齿根环面的半径分别为Ra和Rf，其圆心为O2，OO2为环面蜗杆副的中心距a。圆柱铣刀2安装在数控车床的刀架上，刀架可以做Z轴和X轴方向的运动，圆柱铣刀2的轴线为铣刀轴线4，圆柱铣刀2的圆柱半径为rt＝3mm，圆柱铣刀2的前端圆所在平面与铣刀轴线4的交点为P。
根据平面包络环面蜗杆的成形原理，在环面蜗杆1半径为R的环面上，从啮入端到啮出端沿螺旋槽得到转角步长为0.05°的各轴截面在左、右螺旋面上的一系列对应点E、F，将此系列对应点E、F分别转到平面S上的中心距a一侧，计算圆柱铣刀2的前端圆分别与此系列对应点E、F重合时的环面蜗杆1的转动、点P在X和Z轴方向上的一系列对应位置。
步长0.2mm、环面半径R从201.68mm到218.40mm变化，从啮入端到啮出端，根据环面蜗杆1的转动、点P在X和Z轴方向上的一系列对应位置，编制铣削半径为R的环面蜗杆螺旋槽的左、右侧螺旋面和部分螺旋槽的数控程序，然后在左、右侧螺旋面中间增加4次分层铣削螺旋槽中间部分的数控程序，这样，圆柱铣刀2沿该环面切向分层铣削出左、右侧螺旋面上各一条螺旋线以及E和F之间的螺旋槽部分，沿环面径向分层铣削出完整的螺旋槽和螺旋面。

Claims (7)

1.环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，包括环面蜗杆(1)、圆柱铣刀(2)、蜗杆轴线(3)、铣刀轴线(4)，蜗杆轴线(3)和铣刀轴线(4)垂直相交并位于平面S内，过圆柱铣刀(2)的前端且垂直于铣刀轴线(4)的平面与圆柱铣刀(2)的圆柱面相交得到的圆称为前端圆，环面蜗杆(1)的齿顶环面和齿根环面的半径分别为Ra和Rf，其圆心O2在平面S内，环面蜗杆(1)喉部中间平面和蜗杆轴线(3)的交点为O，OO2为环面蜗杆副的中心距a；根据环面蜗杆(1)螺旋面的成形原理，计算得到环面蜗杆(1)螺旋槽对应不同半径R的环面从啮入端到啮出端左、右侧螺旋面在不同轴截面上的一系列对应点E、F，Ra≤R≤Rf，使圆柱铣刀(2)的前端圆分别在这一系列对应点E、F与环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右侧螺旋面接触并相切，得到环面蜗杆(1)围绕蜗杆轴线(3)转动、铣刀轴线(4)在平行和垂直于蜗杆轴线(3)的两个方向上的一系列对应位置；对应于半径为R的环面切向分层铣削过程是：根据得到的环面蜗杆(1)围绕蜗杆轴线(3)转动、铣刀轴线(4)在平行和垂直于蜗杆轴线(3)的两个方向上的一系列对应位置，转动环面蜗杆(1)和调整铣刀轴线(4)的位置，圆柱铣刀(2)从啮入端到啮出端分别铣削出左、右侧螺旋面上一条螺旋线及部分螺旋槽，然后，沿环面切向分层铣削出螺旋槽的中间部分；当环面半径R从齿顶环面半径Ra到齿根环面半径Rf变化时，圆柱铣刀(2)沿环面径向分层铣削出环面蜗杆(1)的一个螺旋槽及其左、右螺旋面上一系列螺旋线，形成环面蜗杆螺旋面。
2.根据权利要求1所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，采用球刀(5)替换圆柱铣刀(2)，铣削环面蜗杆(1)螺旋槽及其左、右侧螺旋面时，使球刀(5)的前端球面分别在环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右侧螺旋面的一系列对应点E、F与环面蜗杆(1)螺旋槽的左、右侧螺旋面接触并相切，得到环面蜗杆(1)围绕蜗杆轴线(3)转动、铣刀轴线(4)在平行和垂直于蜗杆轴线(3)的两个方向上的一系列对应位置，铣削出环面蜗杆(1)的一个螺旋槽及其左、右螺旋面上一系列螺旋线，形成环面蜗杆螺旋面。
3.根据权利要求1或2所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀(2)或球刀(5)从啮出端到啮入端铣削环面蜗杆(1)的螺旋槽及其左、右侧螺旋面。
4.根据权利要求1或2所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀(2)或球刀(5)先铣削出螺旋槽的中间部分，再分别铣削出左、右侧螺旋面上一条螺旋线及部分螺旋槽。
5.根据权利要求1或2所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，沿半径为R的环面切向分层铣削时，圆柱铣刀(2)或球刀(5)先铣削出右侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽，然后铣削出螺旋槽的中间部分，再铣削出左侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽；或者由圆柱铣刀(2)或球刀(5)先铣削出左侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽，然后铣削出螺旋槽的中间部分，再铣削出右侧螺旋面上的一条螺旋线及部分螺旋槽。
6.根据权利要求1或2所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，对于多头数环面蜗杆(1)，在铣削一个螺旋槽及其螺旋面完成后，通过分齿，再铣削另一个螺旋槽及其螺旋面，直至得到全部螺旋槽及其螺旋面；或者沿半径为R的环面切向分层、逐一铣削各个螺旋槽及其螺旋面，沿环面径向分层进给后，再沿环面切向分层、逐一铣削各个螺旋槽及其螺旋面，直到加工出环面蜗杆(1)从齿顶环面到齿根环面的全部螺旋槽及其螺旋面。
7.根据权利要求1或2所述的环面蜗杆螺旋面的铣削方法，其特征在于，所述方法可作为环面蜗杆(1)螺旋面的粗加工方法，在环面蜗杆(1)的左、右侧螺旋面的计算中留出精加工余量，再经精加工可得到粗糙度更小的精密环面蜗杆。
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