CN102922049B - 一种非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿轮或齿条的制造领域，涉及一种非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法。该方法过程中，有三个基频轴，两个与之联动轴，另有两个与基频轴联动的虚拟基频轴，共五轴联动，还有一个独立数控轴。滚刀在垂直进给的同时，还沿着自身轴线连续移动，实现滚刀节线上啮合点固定或匀速移动，公开了联动数学模型。本发明使滚切啮合点限制在滚刀工作范围内，扩大了机床工艺范围；进一步，还可充分利用滚刀的全部刀刃，均匀分配刀齿磨损，提高刀具耐用度，并可提高工件齿廓形状精度和表面粗糙度；独立数控轴自动调整滚刀安装角，相对机械结构而言自动化程度、调整精度更高。本发明可用于节曲线非内凹的非圆直/斜齿轮、椭圆类直/斜齿轮的数控滚齿加工。

Description

一种非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法

技术领域

本发明属于齿轮或齿条的制造领域，尤其是在工作半径变化的轮上制齿领域，涉及一种六轴五联动对角滚切凸节曲线非圆齿轮方法。

背景技术

非圆齿轮传动具有独特传动动力学特征，应用优势明显，受制于高效制造技术，非圆齿轮仍局限于特殊领域，应用情况与其优势并不相称。当前工业应用常采用线切割技术加工非圆齿轮，线切割不仅效率低下，且对非圆斜齿轮无能为力。非圆斜齿轮目前还停留在理论研究阶段，未见工业生产与应用。

        滚齿是一种高效加工非圆齿方法，《中国机械工程》的《非圆斜齿轮滚切加工CNC联动控制方案》一文对非圆斜齿轮四轴四联动、五轴五联动方案进行了研究；中国专利CN200810035148.3公开了非圆斜齿轮四轴四联动、五轴五联动方案的实现方法。相对五轴五联动方案，四轴四联动方案减少了一个移动轴，机床刚性及加工精度有所提高，但齿轮与滚刀啮合点在滚刀节线上有较大位移，常超出滚刀轴线长度，限制了机床工艺范围，实用性不强。另外，齿轮与滚刀啮合点在滚刀节线上移动速度突变较大，各齿参与切削不均衡，刀齿的负荷及磨损极不均匀，其耐用度决定于其中磨损最大的刀齿，耐用度极低。

       解决上述问题的有效方法是采用对角滚切方法。目前对角滚主要用于圆柱齿轮滚齿机，如中国专利CN 200910300162.6公开了一种用窜刀刀架代替切向刀架实现对角滚切的三轴数控滚齿机，对滚切圆柱齿轮可有效提高滚刀耐用度。迄今为止，尚未见到将该项技术直接应用于非圆齿轮滚切的报道。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，让滚刀在垂直进给的同时，还沿着自身轴线连续移动，使滚切啮合点限制在滚刀工作范围内，还可使各齿均衡参与切削。

     本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

     本发明的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，联动轴包括滚刀或工作台沿Y向位移轴、滚刀或工作台沿Z向位移轴、滚刀旋转运动B轴、工作台旋转运动C轴、滚刀沿自身轴线方向位移轴D轴；滚刀沿D轴移动速度为                                                +，其中，使齿轮节曲线与滚刀节线的啮合点位于固定点；使所述啮合点沿滚刀节线均匀移动，使各滚切齿均衡参与切削，刀齿负荷及磨损均匀；还包括调整滚刀安装角的A轴，所述A轴采用数字控制技术针对滚切齿轮螺旋角预先调整好，滚制过程中固定不变；滚刀或工作台严格按照联动运动规律沿Y轴移动，滚刀转速和工作台转速严格按照指定变传动比转动，使滚刀投影齿条与齿坯纯滚动，且保持齿坯节曲线与滚刀节线相切接触；其特征在于：和沿Z轴方向的分速度为和，工作台或滚刀沿Z轴驱动速度为，所述工作台或滚刀沿Z轴合成速度为；滚刀转速、滚刀沿D轴移动速度、滚刀或工作台沿Z轴相对位移速度恒定，且相互独立，构成三个基频，、、、相对所述三个基频联动，联动数学模型如下：

为节曲线极径；为极角；为滚刀头数；为齿轮法向模数；为符号系数；为符号系数；为滚刀螺旋升角；为非圆斜齿轮螺旋角。

      所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，的方向与符合右手螺旋规则时，所述联动数学模型的；所述的方向与符合左手螺旋规则时，所述的。

      所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，可以滚切非圆直齿轮和非圆斜齿轮，可以滚切非圆直齿轮和非圆斜齿轮，对非圆直齿轮，所述联动数学模型的=0；对非圆斜齿轮，滚刀与齿轮螺旋线旋向一致时，所述联动数学模型的，滚刀与齿轮螺旋线旋向相反时，所述联动数学模型的。

      所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，独立数控轴A轴调整方法为：滚切非圆直齿轮时，滚刀的安装角只取决于滚刀的螺旋升角，且=；滚切非圆斜齿轮时，滚刀的安装角取决于滚刀的螺旋升角和被加工齿轮的螺旋角，滚刀与齿轮螺旋线旋向一致时=-，滚刀与齿轮螺旋线旋向相反时=+。

     本发明的有益效果是：本发明的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，滚刀在垂直进给的同时，还沿着自身轴线连续移动，使滚切啮合点限制在滚刀工作范围内，扩大了机床工艺范围；进一步再使滚刀沿着自身轴线附加移动，可充分有效地利用滚刀的全部刀刃，均匀分配刀齿磨损，提高刀具耐用度。独立数控轴自动调整滚刀安装角，相对机械结构而言自动化程度、调整精度更高，工人劳动强度更低。

附图说明    

图1为本发明非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法示意图；

图2为本发明非圆齿轮六轴五联动对角滚切齿坯端面示意图；

图3为本发明滚刀与齿轮螺旋线旋向一致时滚切公切面示意图；

图4为本发明滚刀与齿轮螺旋线旋向相反时滚切公切面示意图。

具体实施方式   

      下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

      参见附图1，示意了本发明非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法各轴联动关系。滚刀101在齿坯102端面内投影为齿条，滚刀101旋转可形成工具齿条。与齿坯102转动按严格传动比构成展成啮合运动，使齿坯节曲线相对工具齿条作无相对滑动的纯滚动。参见附图2，齿坯节曲线202与滚刀节线201相切于瞬心P。参见附图1，纯滚动要求齿坯102既作转动，还作沿轴的移动。滚刀101还需沿工件轴向移动，其与齿坯102附加回转运动联动，形成工具斜齿条，以切制非圆斜齿轮。另外，滚刀101还沿自身轴线连续移动+，其中，使齿轮节曲线202与滚刀节线201的啮合点位于固定点；使所述啮合点沿滚刀节线均匀移动，使各滚切齿均衡参与切削，刀齿负荷及磨损均匀。的大小及方向根据联动数学模型确定，的方向可与符合右手螺旋规则（标为“Ⅰ”），也可与之符合左手螺旋规则（标为“Ⅱ”）。参见附图2，沿水平方向的分速度为，工具齿条（滚刀节线201）合成移动速度为；参见附图3和附图4，沿竖直方向的分速度为，沿竖直方向的分速度为，且，，其与的合成速度为。设定合理且恒定的，按联动数学模型控制确定。非圆斜齿轮有左旋（标为“ⅰ”）和右旋（标为“ⅱ”）之分，合成速度沿齿坯轴向移动一个导程，齿坯须附加转动一周，以此确定工作台附加运动。

         所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，采用所述联动数学模型，共有“Ⅰ”和“Ⅱ”2种实现方案，可滚切“ⅰ”和“ⅱ”2类齿轮（对直齿轮，=0，可归纳到“ⅰ”或“ⅱ”任何一类中）。另外，所用滚刀螺旋升角也有左旋（标为“A”）和右旋（标为“B”）之分，共有AⅠⅰ、AⅠⅱ、AⅡⅰ、AⅡⅱ、BⅠⅰ、BⅠⅱ、BⅡⅰ、BⅡⅱ八种工况。

     基于所述八种工况，联动数学模型有八种实施例，其中参数和赋值见下表：

工况			工况
						AⅠⅰ	1	1	BⅠⅰ	1	-1
AⅠⅱ	1	-1	BⅠⅱ	1	1
						AⅡⅰ	-1	1	BⅡⅰ	-1	-1
AⅡⅱ	-1	-1	BⅡⅱ	-1	1

       除所述八种实施例外，本发明还可以有这八种实施方式间的组合，如轴向往复移位法：首先采用方案“BⅡⅱ”，当啮合点P移至滚刀末端时，再采用方案“BⅠⅱ”，则啮合点P从滚刀末端反向移向始端，到达始端后，再采用方案“BⅡⅱ”，如此反复。此方法滚切过程中，滚刀没有空行程，齿廓表面亦无接痕。

       总之，所述八种实施例，凡采用等同替换或等效变换形式形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，联动轴包括滚刀或工作台沿Y向位移轴、滚刀或工作台沿Z向位移轴、滚刀旋转运动B轴、工作台旋转运动C轴、滚刀沿自身轴线方向位移轴D轴；滚刀沿D轴移动速度为                                                +，其中，使齿轮节曲线与滚刀节线的啮合点位于固定点；使所述啮合点沿滚刀节线均匀移动，使各滚切齿均衡参与切削，刀齿负荷及磨损均匀；还包括调整滚刀安装角的A轴，所述A轴采用数字控制技术针对滚切齿轮螺旋角预先调整好，滚制过程中固定不变；滚刀或工作台严格按照联动运动规律沿Y轴移动，滚刀转速和工作台转速严格按照指定变传动比转动，使滚刀投影齿条与齿坯纯滚动，且保持齿坯节曲线与滚刀节线相切接触；其特征在于：和沿Z轴方向的分速度为和，工作台或滚刀沿Z轴驱动速度为，所述工作台或滚刀沿Z轴合成速度为；滚刀转速、滚刀沿D轴移动速度、滚刀或工作台沿Z轴相对位移速度恒定，且相互独立，构成三个基频，、、、相对所述三个基频联动，联动数学模型如下：

为节曲线极径；为极角；为滚刀头数；为齿轮法向模数；为符号系数；为符号系数；为滚刀螺旋升角；为非圆斜齿轮螺旋角。

2.根据权利要求1所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，其特征在于：所述的方向与符合右手螺旋规则时，所述联动数学模型的；所述的方向与符合左手螺旋规则时，所述的。

3.根据权利要求1所述的非圆齿轮六轴五联动对角滚切方法，其特征在于：可以滚切非圆直齿轮和非圆斜齿轮，对非圆直齿轮，所述联动数学模型的=0；对非圆斜齿轮，滚刀与齿轮螺旋线旋向一致时，所述联动数学模型的，滚刀与齿轮螺旋线旋向相反时，所述联动数学模型的。