CN103390078B - 一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，所述方法包括：模拟切削过程，模拟加工环境，确定加工刀具，导出仿真程序，加工试样，调整加工参数，确定加工程序。本发明中在齿轮的每两齿之间先铣出一个定位孔，所述定位孔与齿轮的外轮廓曲线之间的铣削余量为1-3mm，这样在铣削齿轮齿根的时候，铣刀转弯时不会造成切削量堆积，提高了齿轮加工的质量。利用本发明加工齿轮，每齿的加工时间为0.5小时，与线切割加工平均每齿齿形加工需13.8小时效率相比，齿轮的单体加工效率大大提高了。
Description
技术领域
本发明涉及机电一体化数控加工技术领域，尤其是涉及一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法。
背景技术
目前，国内常用的齿轮齿形的加工方法包括“范成法”（比如滚齿、插齿等）和“仿形法”（比如铣齿）；特殊情况，还有“线切割加工法”。在国外，除了上述方法外，还采用“五轴联动齿轮加工中心”加工齿形。
“范成法”加工齿轮时，当齿数小于17时，会发生“根切”现象。行走轮的齿数一般小于14，撇开大模数滚刀（或插齿刀）的制造难度和成本，仅从加工原理上看，大模数、少齿数行走轮不宜用“范成法”进行加工。“仿形法”（铣齿）加工齿轮时，由于渐开线齿廓形状取决于基圆的大小，欲加工精确齿廓，对模数和压力角相同的、齿数不同的齿轮，应采用不同的刀具，而这在实际中是不可能的。生产中通常用同一号铣刀切制同模数、不同齿数的齿轮，故齿形通常是近似的、而不是精确的。加上我公司大模数、少齿数齿轮模数有3种（39.79、43.8、46.79）、齿数有8种（7～14），如果采用铣齿机对行走轮进行铣齿加工，仅就购买铣刀而言，成本就很大。所谓的“电火花线切割加工法”就是以移动着的细丝（直径约在0.5mm以内）做电极，在电极丝与工件之间产生火花放电，并通过计算机程序控制加工出所需齿形。
目前，国内采煤机大模数、少齿数齿轮基本采用此法加工。但电火花线切割加工也存在如下缺点：1、齿形表面有轴向线切割纹路，会导致应力集中，造成行走轮承载力下降，使其存在早期失效的风险；且光洁度较低（Ra6.3um）。普通电火花线切割设备上需使用的自制工装——分齿机构，其制造误差直接影响到大模数、少齿数齿轮上每个齿的齿形相对于整个行走轮轴心的位置度误差。2、电火花线切割是利用电火花的瞬时高温（8000～12000℃）使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，齿面会发生金相组织的变化，影响齿轮的质量稳定性。3、加工周期长、交货及时性差。电火花线切割的加工速度一般为1500mm2/min，以本公司产品MHA05R-4齿轮（齿数为11，齿厚为80mm）为例，其绕齿形一周，长度为2848mm，其线切割加工时间为：2848X80/1500=151.89小时。即平均每齿齿形加工需13.8小时，效率极其低下，严重影响产品的生产周期和交货及时性。
“五轴联动齿轮加工中心”加工齿形，采用专业的齿轮加工软件对齿轮进行模拟编程，再进行齿形铣削加工。由于“五轴联动齿轮加工中心”在一般加工中心三轴（X轴、Y轴、Z轴）增加了二个旋转轴（一般为A轴、C轴），且需要购买专业齿形铣削模拟编程软件，因而价格十分昂贵。
所以申请人利用软件程序进行模拟后，利用普通加工中心加工齿轮齿形。
发明内容
发明目的：针对现有技术的不足，申请人经过长期的实践探索，设计了一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，所述方法包括：
S10，模拟切削过程，所述模拟切削过程基于Mastercam软件，包括刀具路径选择、铣削加工方式、补正方式及加工冷却方式；
S20，模拟加工环境，所述模拟加工环境基于数控刀具计算软件Walter，设定加工设备的加工范围、加工功率、切削力、扭矩、主轴转速、进给率、切削宽度、切削深度及金属切除率，进行计算；
S30，确定加工刀具，根据S20计算得到的参数，配置刀具及辅具；
S40，导出仿真程序，在Mastercam软件中输入S20得到的加工参数，利用Mastercam软件的程序编辑功能形成加工程序，导出成为文本文档；
S50，加工试样，将S40得到的仿真程序输入到加工中心，在加工中心配置S30中确定的刀具和辅具，对试样工件进行加工；
S60，调整加工参数，检测S50加工完毕的试样工件，调整切削参数；
S70，确定加工程序。
所述S10步骤中刀具路径选择及铣削加工方式具体为：
a、根据齿轮齿形上的若干关键点坐标，利用一条曲线连接所述关键点，形成齿轮的外轮廓曲线；
b、在齿轮的每两齿之间铣出一个定位孔，所述定位孔与a中形成的齿轮的外轮廓曲线之间的铣削余量为1-3mm；
c、利用铣刀沿着齿轮的外轮廓曲线，从齿端向着齿根处进行铣削，完成齿形加工。
进一步地，所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用径向铣削的方式。
进一步地，所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用冷却液对刀具和加工中的齿轮进行冷却。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
1、本发明中在齿轮的每两齿之间先铣出一个定位孔，所述定位孔与齿轮的外轮廓曲线之间的铣削余量为1-3mm，这样在铣削齿轮齿根的时候，铣刀转弯时不会造成切削量堆积，提高了齿轮加工的质量；
2、利用本发明加工齿轮，每齿的加工时间为0.5小时，与线切割加工平均每齿齿形加工需13.8小时效率相比，齿轮的单体加工效率大大提高了；
3、本方法适用于普通的数控加工中心，与专业的“五轴联动齿轮加工中心”相比，大大降低了加工成本，并且可以实现Ra3.2um的光洁度。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
图2为本发明中S10模拟加工的示意图。
图3为本发明中S20计算加工条件的示意图。
图4为本发明中S40导出仿真程序的示意图。
具体实施方式
下面通过一个最佳实施例，对本技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，所述方法包括：
S10，模拟切削过程，所述模拟切削过程基于Mastercam软件，包括刀具路径选择、铣削加工方式、补正方式及加工冷却方式；
S20，模拟加工环境，所述模拟加工环境基于数控刀具计算软件Walter，设定加工设备的加工范围、加工功率、切削力、扭矩、主轴转速、进给率、切削宽度、切削深度及金属切除率，进行计算；
S30，确定加工刀具，根据S20计算得到的参数，配置刀具及辅具；
S40，导出仿真程序，在Mastercam软件中输入S20得到的加工参数，利用Mastercam软件的程序编辑功能形成加工程序，导出成为文本文档；
S50，加工试样，将S40得到的仿真程序输入到加工中心，在加工中心配置S30中确定的刀具和辅具，对试样工件进行加工；
S60，调整加工参数，检测S50加工完毕的试样工件，调整切削参数；
S70，确定加工程序。
如图2的示意图所示，所述S10步骤中刀具路径选择及铣削加工方式具体为：
a、根据齿轮齿形上的若干关键点坐标，利用一条曲线连接所述关键点，形成齿轮的外轮廓曲线；
b、在齿轮的每两齿之间铣出一个定位孔，所述定位孔与a中形成的齿轮的外轮廓曲线之间的铣削余量为1-3mm；
c、利用铣刀沿着齿轮的外轮廓曲线，从齿端向着齿根处进行铣削，完成齿形加工。
为了防止应力集中，所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用径向铣削的方式，并且所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用冷却液对刀具和加工中的齿轮进行冷却。
如图3所示，步骤S20中利用数控刀具计算软件Walter进行计算，例如：原始选项选择切削速度，选择计算的选项为切削时间和切削力，切削速度为180m/min、进给量1mm/z、铣削长度230336mm，工件材料选择为淬火低合金钢，铣刀直径52mm、切深1mm、铣削宽度22mm、刀具齿数选择为4。计算可得，转速为1102r/min、金属切除率为97立方厘米/min、进给速度为4407mm/min，所需功率为3.78KW，加工时间为52.26min。
如图4所示，S40导出仿真程序，导出成为文本文档。所述文本文档里的程序最终输入加工中心，进行加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，其特征在于：所述方法包括：
S10，模拟切削过程，所述模拟切削过程基于Mastercam软件，包括刀具路径选择、铣削加工方式、补正方式及加工冷却方式；
S20，模拟加工环境，所述模拟加工环境基于数控刀具计算软件Walter，设定加工设备的加工范围、加工功率、切削力、扭矩、主轴转速、进给率、切削宽度、切削深度及金属切除率，进行计算；
S30，确定加工刀具，根据S20计算得到的参数，配置刀具及辅具；
S40，导出仿真程序，在Mastercam软件中输入S20得到的加工参数，利用Mastercam软件的程序编辑功能形成加工程序，导出成为文本文档；
S50，加工试样，将S40得到的仿真程序输入到加工中心，在加工中心配置S30中确定的刀具和辅具，对试样工件进行加工；
S60，调整加工参数，检测S50加工完毕的试样工件，调整切削参数；
S70，确定加工程序；
所述S10步骤中刀具路径选择及铣削加工方式具体为：
a、根据齿轮齿形上的若干关键点坐标，利用一条曲线连接所述关键点，形成齿轮的外轮廓曲线；
b、在齿轮的每两齿之间铣出一个定位孔，所述定位孔与a中形成的齿轮的外轮廓曲线之间的铣削余量为1-3mm；
c、利用铣刀沿着齿轮的外轮廓曲线，从齿端向着齿根处进行铣削，完成齿形加工。
2.根据权利要求1所述的一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，其特征在于：所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用径向铣削的方式。
3.根据权利要求1所述的一种大模数、少齿数齿轮齿形模拟及加工方法，其特征在于：所述c步骤中当从齿端向着齿根处进行铣削时，采用冷却液对刀具和加工中的齿轮进行冷却。
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