CN103128385A - 一种注塑面齿轮电极及注塑面齿轮的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明利用面齿轮传动的原理，利用计算机辅助软件在计算机采用展成法生成出面齿轮的三维矢量图，然后通过数控机床加工出注塑面齿轮的电极，继而再采用电火花放电工艺加工出面齿轮的模具型腔，从而注塑出面齿轮，由于面齿轮和圆柱齿轮的传动数据实现在计算机中进行了模拟，所以加工出来的注塑面齿轮电极完全符合实际中的面齿轮传动要求，而且由于数据准确，并且通过数控机床在固定的台面上加工，不会出现变形，所以加工出的注塑面齿轮电极的精度很高，传动噪音小。而且最关键的是，本发明的注塑面齿轮电极加工不采用插齿、滚齿或者磨齿的工艺，所以无需专用的刀具，所以成本大大降低。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种注塑面齿轮电极及注塑面齿轮的加工方法，特别涉及一种采用展成法加工出注塑面齿轮的电极三维图，然后通过数控机床加工注塑面齿轮的电极，加工好的注塑面齿轮电极通过电火花加工出面注塑齿轮型腔，再注塑出面齿轮的方法。
【背景技术】
面齿轮传动是一种圆柱齿轮与面齿轮相啮合的齿轮传动。当面齿轮的轮齿分布在一个圆平面上，锥齿轮即为面齿轮，从而泛称为面齿传动。面齿轮的齿面几何形状已不是常见的渐开线齿面或者其他常见的齿面，其齿面形状相当复杂。同时，面齿轮的轮齿具有在靠近轴线的内径处的齿根易产生跟切和在远离轴线的外经处的齿顶易变尖等特俗的几何现象。而且面齿轮的轮齿所在的圆平面的半径的大小，以及轮齿的个数不同，所产生的轮齿的形状也不尽相同。
由于国外对面齿轮加工技术实行严格保密，致使其加工技术在国内还未能掌握，而国内对面齿轮的研究还主要集中于对面齿轮设计阶段，主要包括面齿轮齿面方程的研究，而面齿轮接触分析的研究、面齿轮传动应力的研究、面齿轮弹流润滑的研究以及面齿轮插齿加工仿真的研究。而对于面齿轮的加工技术来说，面齿轮可以采用插齿、滚齿和磨齿的加工方法加工，而国内只有极少数技术资料或者相关的专利披露了插齿加工和滚齿加工的方法，如中国专利申请号为201110053078.6、名称为一种面齿轮数控滚齿加工控制装置及加工控制方法以及中国专利申请号为201010269920.5、名称为一种面齿轮滚齿加工设备均是通过滚齿加工的方法来加工面齿轮，对面齿轮插齿加工的研究也只有南京航空航天大学的朱如鹏的团队对面齿轮的插齿技术和磨齿原理进行了初步的研究，其在普通插齿机上实现的面齿轮的粗加工，其加工出的面齿轮的精度很低，实用性不强。
无论是插齿加工、滚齿加工，在加工时都需要采用专用的软件去驱动面齿成形刀具才能加工，而且每种模数面齿须对应一种成形刀具，所以购买这些专用软件以及成型刀具来加工面齿轮成本高昂，另一方面由于成型刀具对面齿轮胚的压力，使面齿轮会产生些许的形变，致使加工出的面齿轮精度不高，如果要提高面齿轮的精度和硬度，还需要进行磨齿加工，工艺复杂，设备也较昂贵。
【发明内容】
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种新的注塑面齿轮电极及注塑面齿轮的加工方法。注塑面齿轮电极实际上也是一种金属面齿轮，所以所述的注塑面齿轮电极的加工方法也适用于金属面齿轮的加工方法。
本发明的原理在于：
面齿轮的齿面非常复杂，直接由面齿轮的方程式构造完成的面齿轮非常困难，但是面齿轮传动是一种圆柱齿轮与面齿轮相啮合的齿轮传动，制造出来的面齿轮是要与圆柱齿轮相互啮合才能有效传动的，虽然面齿轮根据面齿轮的方程式难以构成完成面齿轮，但是圆柱齿轮却可以根据圆柱齿轮的方程式可以很容易的构造出圆柱齿轮，所以只要知道圆柱齿轮的尺寸、圆柱齿轮与面齿轮的相对位置以及面齿轮的齿宽，即可根据圆柱齿轮的形状按照动画展成法生成面齿轮的三维矢量图，根据面齿轮的三维图然后通过数控机床加工出金属面齿轮，或者加工出面齿轮电极，然后再采用电火花加工注塑面齿轮的模具型腔。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种注塑面齿轮电极的加工方法，其特征在于，该方法包括：
在三维画图软件中设定实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮齿数、圆柱齿轮齿距、面齿轮齿盘的内径、面齿轮齿盘的内径、面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角、面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离，并保证面齿轮的齿宽小于或等于圆柱齿轮的长度，然后采用展成法生成面齿轮的三维矢量图，根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出面齿轮电极。
该方法进一步包括：
在三维画图软件中根据实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的长度、齿数、齿深以及齿距参数构建一圆柱齿轮的三维矢量图；
在该三维画图软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径、面齿轮齿盘的外径以及面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角构建一面齿轮胚；
在三维画图软件中调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置与实际面齿轮和圆柱齿轮的相对位置相同；
通过动画展成法生成面齿轮的三维矢量图；
根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出注塑面齿轮电极。
所述相对位置信息包括面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离和面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮前端面的距离。
所述三维画图软件为UG软件。
本发明还提供一种注塑面齿轮的加工方法，该方法包括：通过注塑面齿轮电极结合电火花放电的方法加工出注塑面齿轮的型腔，然后再在所述型腔中注塑出面齿轮，其特征在于，所述注塑面齿轮电极采用如下方法加工而成：
在三维画图软件中设定实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮齿数、圆柱齿轮齿距、面齿轮齿盘的内径、面齿轮齿盘的内径、面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角、面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离，并保证面齿轮的齿宽小于或等于圆柱齿轮的长度，然后采用展成法生成面齿轮的三维矢量图，根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出面齿轮电极。
该方法进一步包括：
在三维画图软件中根据实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的长度、齿数、齿深以及齿距参数构建一圆柱齿轮的三维矢量图；
在该三维画图软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径、面齿轮齿盘的外径以及面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角构建一面齿轮胚；
在三维画图软件中调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置与实际面齿轮和圆柱齿轮的相对位置相同；
通过动画展成法生成面齿轮的三维矢量图；
根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出注塑面齿轮电极。
所述相对位置信息包括面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离和面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮前端面的距离。
所述三维画图软件为UG软件
本发明有益的技术效果在于：。
相较于现有技术，本发明利用面齿轮传动的原理，利用计算机辅助软件在计算机采用展成法生成出面齿轮的三维矢量图，然后通过数控机床加工出注塑面齿轮的电极，继而再采用电火花放电工艺加工出面齿轮的模具型腔，从而注塑出面齿轮，由于面齿轮和圆柱齿轮的传动数据实现在计算机中进行了模拟，所以加工出来的注塑面齿轮电极完全符合实际中的面齿轮传动要求，而且由于数据准确，并且通过数控机床在固定的台面上加工，不会出现变形，所以加工出的注塑面齿轮电极的精度很高，传动噪音小。
而且最关键的是，本发明的注塑面齿轮电极加工不采用插齿、滚齿或者磨齿的工艺，所以无需专用的刀具，所以成本大大降低。
【附图说明】
图1为本发明圆柱齿轮与与面齿轮胚配合好位置的立体结构示意图；
图2为本发明采用动画展成法生成出部分面齿轮的状态示意图；
图3为本发明采用动画展成法生成全部面齿轮的状态示意图。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种注塑面齿轮电极的加工方法，本发明所指的面齿轮是指所有的轮齿均在同一圆盘面上，实际上我们在加工一注塑面齿轮电极时，是知道面齿轮的外径、面齿轮的内径的，只是不知道面齿轮的齿形数据，所以我们所要生成的面齿轮的齿形数据。同时在加工出所需要的面齿轮之前，我们是知道面齿轮以及与该面齿轮传动的圆柱齿轮的相对位置的，而与该面齿轮传动的圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的齿数、圆柱齿轮的齿距、圆柱齿轮的齿深这些数据我们也是可以知道的。所以，如图1-3所示，该注塑面齿轮电极的加工方法如下：
S1.在UG软件中根据实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的长度、齿数、齿深以及齿距参数构建一圆柱齿轮的三维矢量图；例如构建一圆柱齿轮的截面直径为1cm，圆柱齿轮长度为1cm，齿数为11个，齿深为1.5mm，齿距为3.5mm的直齿轮10。
S2.在UG软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径和外径构建一面齿轮胚；例如构建一面齿轮的内径为10cm，外径为11cm的面齿轮胚20。
S3.根据实际面齿轮和圆柱齿轮的相对位置在UG软件中调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置；例如实际中面齿轮和圆柱齿轮的轴线相互垂直，则面齿轮的所有轮齿均在同一平面上，同时设定面齿轮的轴线与圆柱齿轮前端面的距离为4.5cm，并且设定圆柱齿轮的中心轴距面齿轮齿盘盘面的距离为3.5cm，即面齿轮的齿深与圆柱齿轮的齿深相同，均为1.5cm，而在通过展成法生成面齿轮时，面齿轮和圆柱齿轮的齿深也相同。
S4.通过动画展成法生成面齿轮30的三维矢量图；由于面齿轮的外径和内径的大小以及圆柱齿轮的齿距决定了面齿轮上所拥有的齿数，这样就决定了面齿轮和圆柱齿轮在传动时候的转速比。通过展成法生成面齿轮时，轮齿是一个个生成的，当生成到最后时，所剩的面齿轮胚不足生成一个轮齿时，则表明该面齿轮不合乎设计规范，需要调整其尺寸。实际上，通过公式可以计算出与该圆柱齿轮传动配合的面齿轮的内径和外径的离散参数。该公式对本领域的普通技术人员来说，属于公知技术，在此不再赘述。
S5：根据生成的面齿轮三维矢量图再借助数控机场加工出注塑面齿轮电极。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，所述面齿轮的轮齿不在同一圆盘面上，该面齿轮实际上位锥齿轮，锥齿轮的旋转中心轴和与该锥齿轮传动的圆柱齿轮的中心轴的夹角小于90°，该注塑面齿轮电极的加工方法和实施例1的其他步骤相同，不同的是：
S2.在UG软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径、面齿轮齿盘的外径以及面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角构建一锥轮胚。例如：构建面齿轮的内径为10cm，外径为11cm、面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角为60°的锥齿轮。
实施例3
本实施例与实施例1的加工步骤相同，不同的是，所述面齿轮的齿深与圆柱齿轮的齿深不同，圆柱齿轮的齿深为1.5cm，而面齿轮的齿深为1cm，所以设定圆柱齿轮的中心轴距面齿轮齿盘盘面的距离为4cm，则圆柱齿轮的中心轴距面齿轮齿盘面的距离要比实施例1中的大，所以调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置可以生成不同的面齿轮的齿深。面齿轮和圆柱齿轮在传动时面齿轮的轮齿没有完全插入到圆柱齿轮的齿沟内，而圆柱齿轮的轮齿完全插入到面齿轮的齿沟内。
实施例4
本实施例提供一种注塑面齿轮的加工方法，要想注塑面齿轮，先要制作出注塑面齿轮的模具型腔，而注塑面齿轮的模具型腔即使通过数控机床来加工也需要知道其三维矢量图，但是由于模具型腔通过数控机床也较难加工，所以本发明采用注塑面齿轮电极再借助电火花放电工艺即可加工出注塑面齿轮模具的型腔。所以本实施例最关键的还是需要加工出注塑面齿轮电极。
加工注塑面齿轮电极的方法如实施例1-3任一实施例中的方法一样。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种注塑面齿轮电极的加工方法，其特征在于，该方法包括：
在三维画图软件中设定实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮齿数、圆柱齿轮齿距、面齿轮齿盘的内径、面齿轮齿盘的内径、面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角、面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离，并保证面齿轮的齿宽小于或等于圆柱齿轮的长度，然后采用展成法生成面齿轮的三维矢量图，根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出面齿轮电极。
2.根据权利要求1所述的一种注塑面齿轮电极的加工方法，其特征在于，该方法进一步包括：
在三维画图软件中根据实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的长度、齿数、齿深以及齿距参数构建一圆柱齿轮的三维矢量图；
在该三维画图软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径、面齿轮齿盘的外径以及面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角构建一面齿轮胚；
在三维画图软件中调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置与实际面齿轮和圆柱齿轮的相对位置相同；
通过动画展成法生成面齿轮的三维矢量图；
根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出注塑面齿轮电极。
3.根据权利要求1所述的一种注塑面齿轮电极的加工方法，其特征在于，所述相对位置信息包括面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离和面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮前端面的距离。
4.根据权利要求1-3任一所述的注塑面齿轮电极的加工方法，其特征在于，所述三维画图软件为UG软件。
5.一种注塑面齿轮的加工方法，该方法包括：通过注塑面齿轮电极结合电火花放电的方法加工出注塑面齿轮的型腔，然后再在所述型腔中注塑出面齿轮，其特征在于，所述注塑面齿轮电极采用如下方法加工而成：
在三维画图软件中设定实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮齿数、圆柱齿轮齿距、面齿轮齿盘的内径、面齿轮齿盘的内径、面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角、面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离，并保证面齿轮的齿宽小于或等于圆柱齿轮的长度，然后采用展成法生成面齿轮的三维矢量图，根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出面齿轮电极。
6.根据权利要求5所述的一种注塑面齿轮的加工方法，其特征在于，该方法进一步包括：
在三维画图软件中根据实际圆柱齿轮的截面直径、圆柱齿轮的长度、齿数、齿深以及齿距参数构建一圆柱齿轮的三维矢量图；
在该三维画图软件中根据实际面齿轮的齿盘的内径、面齿轮齿盘的外径以及面齿轮的中心轴和与该面齿轮传动的圆柱齿轮中心轴的夹角构建一面齿轮胚；
在三维画图软件中调节圆柱齿轮和面齿轮的相对位置与实际面齿轮和圆柱齿轮的相对位置相同；
通过动画展成法生成面齿轮的三维矢量图；
根据生产的面齿轮三维矢量图再借助数控机床加工出注塑面齿轮电极。
7.根据权利要求6所述的一种注塑面齿轮的加工方法，其特征在于，所述相对位置信息包括面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮的中心轴的距离和面齿轮齿盘的中心距圆柱齿轮前端面的距离。
8.根据权利要求5-7任一所述的注塑面齿轮的加工方法，其特征在于，所述三维画图软件为UG软件。
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