CN105983734B - 外接合齿的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外接合齿的加工装置及方法,其中,外接合齿的加工装置包括工件轴、工件轴电机、刀具、刀具轴和刀具轴电机,所述工件轴电机驱动连接所述工件轴,所述工件轴用于驱动连接外接合齿,所述刀具轴电机驱动连接所述刀具轴,所述刀具轴驱动连接所述刀具,所述刀具的一侧设置有刀头,加工状态下,所述工件轴的中轴线与所述刀具轴的中轴线在同一水平面内,且相互平行,所述外接合齿与所述刀具均转动。本发明基于短幅外摆线发生原理对外接合齿进行加工,短幅外摆线逼近渐开线即可获得比较高的逼近精度,能够实现外接合齿的高精度和高效率加工。

Description

外接合齿的加工方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及机械加工领域,尤其涉及一种外接合齿的加工装置及方法。
背景技术
[0002]在现代传动系统中,通过同步器中齿套和外接合齿的相互啮合实现换档,并且保 证挂入的档位牢固可靠。目前,外接合齿的常用加工方法是插齿法,相应的加工设备是插齿 机。该装置的加工精度和效率均较低,很难满足飞速发展的大型卡车、大型客车、轿车等车 辆行业对高精度、低成本的同步器制造要求。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提出一种外接合齿的加工装置及方法,其能够实现外接合齿的高 精度、高效率加工。
[0004] 为实现上述目的,本发明提供了一种外接合齿的加工装置,其包括工件轴、工件轴 电机、刀具、刀具轴和刀具轴电机,所述工件轴电机驱动连接所述工件轴,所述工件轴用于 驱动连接外接合齿,所述刀具轴电机驱动连接所述刀具轴,所述刀具轴驱动连接所述刀具, 所述刀具的一侧设置有刀头,加工状态下,所述工件轴的中轴线与所述刀具轴的中轴线在 同一水平面内,且相互平行,所述外接合齿与所述刀具均转动。
[0005] 在一优选或可选实施例中,所述工件轴和所述工件轴电机通过工件主轴箱支撑, 所述刀具轴和所述刀具轴电机通过刀具主轴箱支撑。
[0006] 在一优选或可选实施例中,所述工件主轴箱通过工件调节装置调节位置,进而调 节所述工件轴相对于所述刀具轴的轴向距离。
[0007] 在一优选或可选实施例中,所述工件调节装置包括第一导轨、第一电机和第一滚 珠丝杠,所述第一电机驱动连接所述第一滚珠丝杠,所述第一滚珠丝杠驱动连接所述工件 主轴箱,所述工件主轴箱设置在所述第一导轨上,且能够在所述第一滚珠丝杠的带动下沿 所述第一导轨移动。
[0008] 在一优选或可选实施例中,所述刀具主轴箱通过刀具调节装置调节位置,进而调 节所述刀具轴相对于所述工件轴的径向距离。
[0009] 在一优选或可选实施例中,所述刀具调节装置包括第二导轨、第二电机和第二滚 珠丝杠,所述第二电机驱动连接所述第二滚珠丝杠,所述第二滚珠丝杠驱动连接所述刀具 主轴箱,所述刀具主轴箱设置在所述第二导轨上,且能够在所述第二滚珠丝杠的带动下沿 所述第二导轨移动。
[0010] 在一优选或可选实施例中,所述外接合齿的加工装置还包括用于支撑整个所述外 接合齿的加工装置的支承部件。
[0011] 在一优选或可选实施例中,所述工件轴电机和刀具轴电机均为内嵌式伺服主轴电 机,所述刀具轴和所述工件轴均采用内嵌式伺服主轴电机进行直接驱动。
[0012] 为实现上述目的,本发明提供了一种外接合齿加工方法,其采用上述任一实施例 中的外接合齿的加工装置、且基于短幅外摆线逼近渐开线的原理,在外渐开线直齿圆柱齿 轮的基础上,进行外接合齿的加工。
[0013] 在一优选或可选实施例中,上述外接合齿的加工方法,具体包括以下步骤:
[0014] S10)调整刀具轴和工件轴的径向距离和轴向距离;
[0015] S20)刀具轴和工件轴按照预置的速比回转,且刀具径向进给,保证刀具能够切削 外接合齿的全齿高;
[0016] S30)对刀具施加附加转速,实现刀具相对外接合齿的圆周进给;
[0017] S40)刀具轴和工件轴按步骤S20)中的速比回转,确保刀具的刀尖相对外接合齿的 运动轨迹是短幅外摆线,且满足逼近渐开线的精度要求;
[0018] S50)按照步骤S40)完成外接合齿圆周上的所有齿槽一侧齿面的加工;
[0019] S60)在刀具轴和工件轴转速不变的情况下,径向退刀,回到步骤S10)的相对位 置;
[0020] S70)刀具轴和工件轴均反向转动,然后依次完成步骤S20)-S40),进而完成外接合 齿圆周上的所有齿槽另一侧齿面的加工。
[0021] 在一优选或可选实施例中,所述步骤S10)中,调整刀具轴和工件轴的径向距离和 轴向距离,具体包括:
[0022] SI 1)调整刀具和外接合齿的初始位置,使刀具的刀尖与齿槽的中心线对正;
[0023] S12)调整刀具与外接合齿的径向距离,使刀具的刀尖位于外接合齿的齿顶圆位 置;
[0024] S13)调整刀具与外接合齿的轴向距离,确保刀具能够切削外接合齿的全齿长。
[0025]基于上述技术方案,本发明至少具有以下有益效果:
[0026]本发明提供的外接合齿的加工装置结构简单,成本低,基于短幅外摆线发生原理 对外接合齿进行加工,短幅外摆线逼近渐开线即可获得比较高的逼近精度,能够实现外接 合齿的尚精度和1¾效率加工。
附图说明
[0027^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,本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中: [0028]图1 (a)为本发明提供的外接合齿的结构示意;
[0029]图1⑹为图1(a)的M向示意图;
[0030]图2为本发明提供的外接合齿的加工装置的正面示意图;
[0031]图3为本发明提供的外接合齿的加工装置的背面示意图;
[0032]图4为本发明提供的刀具加工外接合齿的相对位置示意图;
[0033]图5为本发明采用的短幅外摆线逼近渐开线全部效果的示意图;
[0034]图6为本发明采用的短幅外摆线逼近渐开线局部效果的示意图。
[0035]附图中标号:
[0036] I-外接合齿;2-刀具;3-支承部件;4-第一导轨;5-第一滚珠丝杠;6-工件轴;7-工 件主轴箱;8-第二滚珠丝杠;g-第二导轨;1〇-刀具主轴箱;11-刀具轴;12-齿根圆;13-齿顶 圆;14-短幅外摆线;15-渐开线。
具体实施方式
[0037]下面将结合本发明实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发 明的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例,都属于本发明保护的范围。
[0038]在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护 范围的限制。
[0039]本发明提供的外接合齿的加工装置依据短幅外摆线逼近渐开线的原理,在外渐开 线直齿圆柱齿轮的基础上,进行外接合齿1的加工。如图1 (a)和图Ub)所示,为本发明提供 的外接合齿1的结构示意。
[0040]如图2、图3所示,为本发明提供的外接合齿的加工装置的示意性实施例,在该示意 性实施例中,外接合齿的加工装置包括工件轴6 (w轴)、工件轴电机、刀具2、刀具轴11 (c轴) 和刀具轴电机,工件轴电机驱动连接工件轴6,工件轴6用于驱动连接外接合齿1,刀具轴电 机驱动连接刀具轴11,刀具轴11驱动连接刀具2,刀具2的一侧设置有刀头,在加工状态下, 工件轴6的中轴线与刀具轴11的中轴线在同一水平面内,且相互平行,外接合齿1和刀具2分 别在工件轴6和刀具轴11的带动下以预置的速比高速回转。
[0041]在本发明提供的外接合齿的加工装置的示意性实施例中,工件轴6和工件轴电机 可以通过工件主轴箱7支撑,刀具轴11和刀具轴电机可以通过刀具主轴箱10支撑。
[0042]在本发明提供的外接合齿的加工装置的示意性实施例中,工件主轴箱7可以通过 工件调节装置调节位置,进而调节工件轴6相对于刀具轴11的轴向距离(z向距离)。工件调 节装置可以包括第一导轨4、第一电机和第一滚珠丝杠5,第一电机驱动连接第一滚珠丝杠 5,第一滚珠丝杠5驱动连接工件主轴箱7,第一滚珠丝杠5位于第一导轨4内,工件主轴箱7 设置在第一导轨4上,启动第一电机,驱动第一滚珠丝杠5转动,进而带动工件主轴箱7沿第 一导轨4移动。
[0043] 在本发明提供的外接合齿的加工装置的示意性实施例中,刀具主轴箱10可以通过 刀具调节装置调节位置,进而调节刀具轴11相对于工件轴6的径向距离(x向距离)。刀具调 节装置可以包括第二导轨9、第二电机和第二滚珠丝杠8,第二电机驱动连接第二滚珠丝杠 8,第二滚珠丝杠8驱动连接刀具主轴箱10,第二滚珠丝杠8设置在第二导轨9内,刀具主轴 箱10设置在第二导轨9上,启动第二电机,驱动第二滚珠丝杠8转动,进而带动刀具主轴箱10 沿第二导轨9移动。
[0044] 在本发明提供的外接合齿的加工装置的示意性实施例中,还包括用于支撑整个外 接合齿的加工装置的支承部件3。
[0045] 上述示意性实施例中,工件轴电机和刀具轴电机均可以采用内嵌式伺服主轴电 机,刀具轴11和工件轴6均可以通过内嵌式伺服主轴电机进行直接驱动,且刀具轴11和工件 轴6的中轴线处于同一水平面内且相互平行。
[0046]本发明提供的外接合齿的加工方法,其采用上述的外接合齿的加工装置、且基于 短幅外摆线逼近渐开线的原理,在外渐开线直齿圆柱齿轮的基础上,进行外接合齿1的加 工。
[0047]上述本发明提供的外接合齿的加工方法,其具体包括以下步骤:
[0048] S10)调整刀具轴11和工件轴6的径向距离和轴向距离,具体包括:
[0049] S11)调整刀具2和外接合齿1的初始位置,使刀具2的刀尖与外接合齿1其中一个齿 槽的中心线对正,调整刀具2与齿槽的中心线对正,较容易实现,调节方便;
[0050] S12)调整刀具2与外接合齿1的径向距离,使刀具2的刀尖位于外接合齿1的齿顶圆 位置;
[0051] S13)调整刀具2与外接合齿1的轴向距离,确保刀具2能够切削外接合齿1的全齿 长;
[0052] S20)刀具轴11和工件轴6按照预置的速比回转,且刀具2径向进给,保证刀具2能够 切削外接合齿1的全齿高;
[0053] S30)对刀具2施加一个附加转速,刀具2相对于外接合齿1偏转,此时刀具2的刀尖 与齿槽的中心线不再对正,形成偏角,便于对外接合齿1的切割,实现刀具2相对外接合齿1 的圆周进给,形成如图4所示的刀具2和外接合齿1的布局形式;
[0054] S40)刀具轴11和工件轴6按步骤S20)中的速比回转,确保刀具2的刀尖相对外接 合齿1的运动轨迹是短幅外摆线,且满足如图5和图6所示的逼近渐开线的精度要求,具体 为图6中,短幅外摆线14逼近齿顶圆13和齿根圆12之间的渐开线15。
[0055] S50)按照步骤S40)完成外接合齿1圆周上的所有齿槽一侧齿面的加工;
[0056] S60)在刀具轴11和工件轴6转速不变的情况下,径向退刀,回到步骤S10)的相对位 置;
[0057] S70)刀具轴11和工件轴6均反向转动,然后依次完成步骤S20) -S40),进而完成外 接合齿1圆周上的所有齿槽另一侧齿面的加工,外接合齿1的加工完成。
[0058]本发明是针对外接合齿1的加工,提出一种基于短幅外摆线发生原理的加工装置。 下面以某变速箱中的四档主动外接合齿加工为例,结合附图1-6和具体实施方式对本发明 作进一步的说明。
[0059]如图1 (a)和图1 (b)所示的外接合齿1,外接合齿1的两个齿面是螺旋角相等、螺旋 方向相反的渐开螺旋面,其主要参数包括齿数z、模数m、压力角aQ、齿顶圆直径da、齿根圆直 径df、齿宽L、齿面的分度圆螺旋角&。通过考察Ljx范围内的齿向偏差和Lk处的跨球距偏差来 表征外接合齿1的加工质量。在本具体实施例中,外接合齿1主要参数为齿数48,模数 1.75臟,压力角20°,齿顶圆直径86.65mm、齿根圆直径79.9mm、齿宽4mm、齿面的分度圆螺旋 角4°30’。该工件的加工精度要求为在Ljx = 2mm范围内,齿面分度圆螺旋角下偏差-10’、上偏 差+20’;在Lk=2_4mm处,采用直径3.175ram量球进行检测的跨球距为89.06圓,其上偏差 0mm、下偏差-0.06mm。
[0060]本发明依据短幅外摆线逼近渐开线原理,在外渐开线直齿圆柱齿轮基础上,进行 外接合齿1的加工。采用本发明提供的外接合齿的加工装置的主要加工过程如下:
[0061] 1)刀具2和外接合齿1分别在刀具轴11和工件轴6的驱动下回转到相对的初始位 置,保证加工过程中刀具2相对外接合齿1具有正确的初始位置;
[0062] 2)刀具轴11和工件轴6按一定速比高速回转,并通过第二电机及第二滚珠丝杠5驱 动到刀具2的刀尖位于外接合齿1的齿顶圆位置;其中:刀具轴11和工件轴6的速比范围可以 为1.297〜3.629;
[0063] 3)刀具2相对外接合齿1轴向进给,确保刀具2能够切削外接合齿1的全齿长;
[0064] 4)刀具2相对外接合齿1径向进给,保证刀具2能够切削外接合齿1的全齿高;
[0065] 5)通过刀具2附加转速实现刀具2相对外接合齿1的圆周进给,形成附图4所示的刀 具2和外接合齿1的布局形式;其中:刀具2附加转速的范围可以为5°/min〜20°/min;
[0066] 6)刀具2和外接合齿1按步骤5)之前的速比高速回转,确保刀具2的刀尖相对外接 合齿1运动轨迹是短幅外摆线,且满足附图5、6所示的逼近渐开线精度要求;
[0067] 7)按照步骤6)完成外接合齿1圆周上的所有齿槽一侧齿面的加工;
[0068] 8)在刀具2和外接合齿1转速不变的情况下,径向退刀;
[0069] 9)刀具2和外接合齿1分别绕自身轴线均反向转动,回转到加工齿槽另一侧外接合 齿面的初始位置,然后依次完成步骤4)〜步骤8),进而,完成外接合齿1的加工。
[0070] 采用轮廓仪检测加工获得的外接合齿1的齿面分度圆螺旋角偏差为+10’,量球和 卡尺检测跨球距偏差为_〇.〇5mm。该检测结果完全满足外接合齿1的精度要求,说明本发明 可以实现外接合齿1的高精度、高效率加工。
[0071] 在本发明的描述中,需要理解的是,使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零 部件,仅仅是为了便于对上述零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含 义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0072] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制;尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换;而不脱离本发 明技术方案的精神,其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种外接合齿的加工方法,其特征在于:采用外接合齿的加工装置、且基于短幅外摆 线逼近渐开线的原理,在外渐开线直齿圆柱齿轮的基础上,进行外接合齿(1)的加工; 所述外接合齿的加工装置包括工件轴(6)、工件轴电机、刀具(2)、刀具轴(11)和刀具轴 电机,所述工件轴电机驱动连接所述工件轴(6),所述工件轴(6)用于驱动连接外接合齿 (1) ,所述刀具轴电机驱动连接所述刀具轴(11),所述刀具轴(11)驱动连接所述刀具⑵,所 述刀具(2)的一侧设置有刀头,加工状态下,所述工件轴(6)的中轴线与所述刀具轴(11)的 中轴线在同一水平面内,且相互平行,所述外接合齿(1)与所述刀具(2)均转动;所述刀具 (2) 的刀尖相对所述外接合齿(1)的运动轨迹是短幅外摆线。
2. 如权利要求1所述的外接合齿的加工方法,其特征在于,具体包括以下步骤: 510) 调整刀具轴(11)和工件轴⑹的径向距离和轴向距离; S20)刀具轴(11)和工件轴⑹按照预置的速比回转,且刀具⑵径向进给,保证刀具(2) 能够切削外接合齿(1)的全齿高; S30)对刀具(2)施加附加转速,实现刀具(2)相对外接合齿(1)的圆周进给; S40)刀具轴(11)和工件轴(6)按步骤S20)中的速比回转,确保刀具(2)的刀尖相对外接 合齿(1)的运动轨迹是短幅外摆线,且满足逼近渐开线的精度要求; S50)按照步骤S40)完成外接合齿(1)圆周上的所有齿槽一侧齿面的加工; S60)在刀具轴(11)和工件轴(6)转速不变的情况下,径向退刀,回到步骤S10)的相对位 置; S70)刀具轴(11)和工件轴(6)均反向转动,然后依次完成步骤S20)〜S40),进而完成外 接合齿(1)圆周上的所有齿槽另一侧齿面的加工。
3. 如权利要求2所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述步骤S10)中,调整刀具 轴(11)和工件轴⑹的径向距离和轴向距离,具体包括: 511) 调整刀具⑵和外接合齿⑴的初始位置,使刀具⑵的刀尖与齿槽的中心线对正; 512) 调整刀具⑵与外接合齿⑴的径向距离,使刀具(2)的刀尖位于外接合齿⑴的齿 顶圆位置; 513) 调整刀具⑵与外接合齿⑴的轴向距离,确保刀具⑵能够切削外接合齿⑴的全 齿长。
4. 如权利要求1所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述工件轴(6)和所述工件 轴电机通过工件主轴箱(7)支撑,所述刀具轴(11)和所述刀具轴电机通过刀具主轴箱(10) 支撑。
5. 如权利要求4所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述工件主轴箱(7)通过工 件调节装置调节位置,进而调节所述工件轴(6)相对于所述刀具轴(11)的轴向距离。
6. 如权利要求5所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述工件调节装置包括第一 导轨(4)、第一电机和第一滚珠丝杠(5),所述第一电机驱动连接所述第一滚珠丝杠(5),所 述第一滚珠丝杠(5)驱动连接所述工件主轴箱(7),所述工件主轴箱(7)设置在所述第一导 轨(4)上,且能够在所述第一滚珠丝杠(5)的带动下沿所述第一导轨(4)移动。
7. 如权利要求4〜6任一项所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述刀具主轴箱 (10)通过刀具调节装置调节位置,进而调节所述刀具轴(11)相对于所述工件轴(6)的径向 距离。
8.如权利要求7所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述刀具调节装置包括第二 导轨(9)、第二电机和第二滚珠丝杠(8),所述第二电机驱动连接所述第二滚珠丝杠(8),所 述第二滚珠丝杠(8)驱动连接所述刀具主轴箱(10),所述刀具主轴箱(10)设置在所述第二 导轨⑼上,且能够在所述第二滚珠丝杠(8)的带动下沿所述第二导轨(9)移动。
9. 如权利要求1所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述外接合齿的加工装置还 包括用于支撑整个所述外接合齿的加工装置的支承部件⑶。
10. 如权利要求1所述的外接合齿的加工方法,其特征在于:所述工件轴电机和刀具轴 电机均为内嵌式伺服主轴电机,所述刀具轴(11)和所述工件轴(6)均采用内嵌式伺服主轴 电机进行直接驱动。
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