CN105798396A - 一种新型的圆柱内齿轮车削方法 - Google Patents

Abstract

一种新型的圆柱内齿轮车削方法，包含圆周数控成形和径向数控成形，由一个平行于工件轴的直线切削轴Z轴和工件的旋转伺服轴B轴联动实现，通过改变直线轴Z轴的定位距离，在旋转工件时完成圆周数控成形，通过Z轴直线运动的相对位置来实现圆周进给,在平面多点数控成形中，每个单点加工的螺旋线和各齿之间的分度通过一个伺服旋转轴B轴来实现，同时完成齿宽方向的材料去除；工件径向轴X轴以数控的方式完成平面多点数控成形法的径向数控成形，圆周数控成形Z轴和径向数控成形X轴的多点复合运动形成平面渐开线。本发明适用于小直径大模数大螺旋角的渐开线内齿加工，加工时仅需数控车床和本方法提供的加工程序，加工效率高，机床和刀具成本低。

Description

一种新型的圆柱内齿轮车削方法

技术领域

本发明涉及一种新型的圆柱内齿轮车削方法，特别适用于小直径大模数大螺旋角的渐开线内齿加工，加工时仅需数控车床和本方法提供的加工程序，加工效率高，机床和刀具成本低。

背景技术

从机械原理和齿轮加工工艺及原理可知，内齿轮轮齿的渐开线是基圆内的扩展曲线，无法使用加工精度较高的范成法磨齿加工工艺制造内轮齿。同时，用正常啮合的外齿轮作为碾压齿轮，现有碾压设备无法控制内齿轮齿面的变形均匀性和啮合齿轮对的侧隙，从而无法实现内齿轮要求的啮合精度，因此范成法加工工艺一直未能在内齿轮轮齿加工中成功实施。

现有技术中，内齿轮加工通常采用插齿、拉齿、成型铣削等成型法加工方法，但使用以上方法加工的内齿圈轮齿制造精度较低，一般不超过7级，导致齿轮在内啮合传动中产生振动、噪声、附加动载荷等，降低了齿轮的承载能力、寿命和可靠性，不能满足中高端设备对精确传动的要求。

目前对于小直径大模数大螺旋角的渐开线内齿的加工存在一定的困难，使用插齿机加工需要专用的螺旋导轨，且小直径的接刀套不能承受大模数的齿轮所带来的切削力。对于拉齿加工也存在同样的问题。

发明内容

基于以上问题，本发明提出了平面多点数控成形法，通过多点数控成形降低了每次的切削力，数控成形也降低了对刀具齿形的要求，同时通过在数控车床上应用基于本发明开发的程序，降低了加工对机床投入的要求。

为达到上述目的，本发明提出了一种新型的圆柱内齿轮车削方法，它通过平面多点数控成形法的原理来实现渐开线齿形的加工，其包含圆周数控成形和径向数控成形，首先初始化工件的参数，包括内齿轮的起止直径，齿宽，模数，齿数，螺旋角，压力角，变位系数，齿顶高系数，齿根高系数，初始化刀具参数，包括刀具切削刃宽度，刀具安装角度，然后由一个平行于工件轴的直线切削轴Z轴和工件的旋转伺服轴B轴联动实现，通过改变直线轴Z轴的定位距离，在旋转工件时完成圆周数控成形，通过Z轴直线运动的相对位置来实现圆周进给,在平面多点数控成形中，每个单点加工的螺旋线和各齿之间的分度通过一个伺服旋转轴B轴来实现，同时以类似于插削的加工原理，完成齿宽方向的材料去除；工件径向轴X轴以数控的方式完成平面多点数控成形法的径向数控成形，圆周数控成形Z轴和径向数控成形X轴的多点复合运动形成了平面渐开线。

上述Z轴直线运动的相对位置的计算公式为其中ΔZ为Z轴运动距离，t_x为渐开线单齿在瞬时半径(或直径)上的齿厚，β_ρ为瞬时螺旋角，tan为正切函数。

上述在通过X轴实现径向成形时还需不断计算不同径向距离下的渐开线单齿的齿厚，包含变位系数的在任意直径上的瞬时齿厚计算公式如下。

$t_x=r_x(\frac{m_t(\frac{\mathrm{\π}}{2}+x_n\tan ({\mathrm{\α}}_n\left)\right)}{r_p}+2(tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)-tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\right)+a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\left)\right)$

式中，t_x为瞬时齿厚，r_x为瞬时半径，x_n为变位系数，r_b为基圆半径，r_p为分度圆半径，α_n为法面压力角，m_t为端面模数，tan为正切函数，acos为反余弦函数。

上述在径向成形中，需不断的改变刀具运动的螺旋角，螺旋角公式为其中β_ρ为瞬时螺旋角，ρ为瞬时半径，H为导程，atan为反正切函数。

本发明至少具有以下显著优点：

1、本发明涉及一种新型的圆柱内齿轮车削方法，特别适用于小直径大模数大螺旋角的渐开线内齿加工，加工时仅需数控车床和本方法提供的加工程序，加工效率高，机床和刀具成本低。

2、本发明提出了平面多点数控成形法，通过多点数控成形降低了每次的切削力，数控成形也降低了对刀具齿形的要求，同时通过在数控车床上应用基于本发明开发的程序，降低了加工对机床投入的要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为切削流程图；

图2为螺旋切削示意图；

图3为机床Z轴移动距离与齿厚关系；

图4为不同直径上的螺旋角。

具体实施方式

以下配合图示及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

如图1-2，一种新型的圆柱齿轮车削方法，它通过平面多点数控成形法的原理来实现渐开线齿形的加工，其包含圆周数控成形和径向数控成形。工件轴向直线轴Z轴和伺服主轴B轴联动完成圆周数控成形动作，同时以类似于插削的加工原理，完成齿宽方向的材料去除。工件径向轴X轴以数控的方式完成平面多点数控成形法的径向数控成形。圆周数控成形Z轴、伺服主轴B轴和径向数控成形X轴的多点复合运动形成了平面渐开线。伺服主轴B轴还用于工件的分度和螺旋切削运动。

首先初始化工件的参数，包括内齿轮的起止直径，齿宽，模数，齿数，螺旋角，压力角，变位系数，齿顶高系数，齿根高系数。初始化刀具参数，包括刀具切削刃宽度，刀具安装角度。

如图3，从内齿的起始直径处(La点)以螺旋线插补直径进行螺旋切削，完成第一点的切削。为了完成La-Lb整个齿厚上的切削，当伺服主轴B轴以一定的速度旋转，需通过改变直线轴Z轴的定位距离，在旋转工件时完成圆周数控成形。通过Z轴直线运动的相对位置来实现圆周进给。其公式为即图中Lb-Lc的长度。其中ΔZ为Z轴运动距离，t_x为渐开线单齿在瞬时半径或直径上的齿厚(即图中La-Lb的弧长)，β_ρ为瞬时螺旋角，tan为正切函数。当一个单齿切削完成后需通过B轴完成伺服分度，从而实现其它齿的切削。

当某一直径上完成圆周数控成形后，需通过X轴实现径向成形，此时需不断计算不同径向距离下的渐开线单齿的齿厚，包含变位系数的在任意直径上的瞬时齿厚计算公式如下。

$t_x=r_x(\frac{m_t(\frac{\mathrm{\π}}{2}+x_n\tan ({\mathrm{\α}}_n\left)\right)}{r_p}+2(tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)-tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\right)+a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\left)\right)$

式中，t_x为瞬时齿厚，r_x为瞬时半径，x_n为变位系数，r_b为基圆半径，r_p为分度圆半径，α_n为法面压力角，m_t为端面模数，tan为正切函数，acos为反余弦函数。

如图4，在X轴的径向成形中，需不断的改变刀具运动的螺旋角，螺旋角公式为其中β_ρ为瞬时螺旋角，λ_ρ为导程角，β_ρ+λ_ρ＝90°，ρ为瞬时半径，H为导程，atan为反正切函数。通过不断的改变径向直径，进行循环切削，直到切削直径达到内齿的齿根时即完成所有切削。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型的圆柱内齿轮车削方法，其特征在于：它通过平面多点数控成形法的原理来实现渐开线齿形的加工，其包含圆周数控成形和径向数控成形，首先初始化工件的参数，包括内齿轮的起止直径，齿宽，模数，齿数，螺旋角，压力角，变位系数，齿顶高系数，齿根高系数，初始化刀具参数，包括刀具切削刃宽度，刀具安装角度，然后由一个平行于工件轴的直线切削轴Z轴和工件的旋转伺服轴B轴联动实现，通过改变直线轴Z轴的定位距离，在旋转工件时完成圆周数控成形，通过Z轴直线运动的相对位置来实现圆周进给,在平面多点数控成形中，每个单点加工的螺旋线和各齿之间的分度通过一个伺服旋转轴B轴来实现，同时以类似于插削的加工原理，完成齿宽方向的材料去除；工件径向轴X轴以数控的方式完成平面多点数控成形法的径向数控成形，圆周数控成形Z轴和径向数控成形X轴的多点复合运动形成了平面渐开线。

2.根据权利要求1所述的新型的圆柱内齿轮车削方法，其特征在于：所述Z轴直线运动的相对位置的计算公式为其中ΔZ为Z轴运动距离，t_x为渐开线单齿在瞬时半径(或直径)上的齿厚，β_ρ为瞬时螺旋角。

3.根据权利要求2所述的新型的圆柱内齿轮车削方法，其特征在于：在通过X轴实现径向成形时还需不断计算不同径向距离下的渐开线单齿的齿厚，包含变位系数的在任意直径上的瞬时齿厚计算公式如下，

$t_x=r_x(\frac{m_t(\frac{\mathrm{\π}}{2}+x_{n}tan({\mathrm{\α}}_n\left)\right)}{r_p}+2(tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_b}{r_p}\right)-tan\left(a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\right)+a\cos \left(\frac{r_b}{r_x}\right)\left)\right)$

式中，t_x为瞬时齿厚，r_x为瞬时半径，x_n为变位系数，r_b为基圆半径，r_p为分度圆半径，α_n为法面压力角，m_t为端面模数，tan为正切函数，acos为反余弦函数。

4.根据权利要求1所述的新型的圆柱内齿轮车削方法，其特征在于：在径向成形中，需不断的改变刀具运动的螺旋角，螺旋角公式为其中β_ρ为瞬时螺旋角，ρ为瞬时半径，H为导程，atan为反正切函数。