CN110280983A - 一种面齿轮车齿加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面齿轮车齿加工方法，基于面齿轮和相应圆柱齿轮的设计参数，通过数值模拟设计车齿刀，车齿刀为斜齿锥齿轮，车齿刀的螺旋角β₀与待加工面齿轮的螺旋角β具有设定差值，在车齿刀每一次沿待加工面齿轮轴向的进给量下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，在展成车齿加工过程中，车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线保持设定的轴交角Σ，车齿刀与待加工面齿轮保持设定的转速比U_r，连续调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线的偏置距并使车齿刀沿轴向进给，保持车齿刀的齿廓端部切削刃连续切削加工面齿轮的齿廓，使车齿刀高效地在待加工面齿轮上切削加工出设计齿廓，可有效保证高的切齿效率和加工精度。

Description

一种面齿轮车齿加工方法

技术领域

本发明属于面齿轮加工技术领域，具体涉及一种面齿轮车齿加工方法。

背景技术

面齿轮传动是一种圆柱齿轮与圆锥齿轮相啮合的新型齿轮传动方式，由于其结构紧凑，与面齿轮相啮合的圆柱齿轮制造容易并且安装调整简单，面齿轮传动逐渐成为一种可能替代锥齿轮的新型传动。面齿轮的加工方法有插齿、铣齿和滚齿等。插齿效率低，精度差；铣齿加工过程中铣刀既要摆动又要沿齿线方向移动，因此加工效率难于提高；滚齿刀具齿廓分布在球面上，刀具制造极其困难且制造成本高。

车齿(也可称为滚插齿)是一种高效的齿轮加工方法，可以用于加工内、外齿轮，啮合性能好，克服了用其他方法加工齿轮的一些缺点，改变了传统的齿轮加工方法。但是，现有的车齿法通常用于加工一般的圆柱齿轮，车齿机床不适合用于面齿轮的加工。有鉴于此，本发明提供一种适用于面齿轮的加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于面齿轮加工的面齿轮车齿加工方法，用于解决现有技术中采用插齿、铣齿和滚齿等方式加工面齿轮时存在的效率低、精度不高的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的面齿轮车齿加工方法的技术方案是：一种面齿轮车齿加工方法，车齿刀为斜齿锥齿轮结构，且车齿刀的螺旋角β₀与待加工面齿轮的螺旋角β具有设定差值，在车齿刀每一次沿待加工面齿轮轴向的进给量下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向进给，从待加工面齿轮的外端进入、内端退出，或者从待加工面齿轮的内端进入、外端退出，不断增加沿待加工面齿轮轴向的进给量，直至加工得到设计齿深；基于待加工面齿轮和与待加工面齿轮啮合的圆柱齿轮的设计参数，通过数值模拟设计得到车齿刀，在车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，使车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线保持设定的轴交角Σ，将车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线的公垂线的方向定义为偏置调整方向，在车齿刀和待加工面齿轮保持设定的转速比U_r的基础上，连续调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置距调整方向上的偏置距，并使车齿刀沿其轴向同步进给，以使车齿加工过程中始终保持车齿刀的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮齿线方向进给，完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。

有益效果：在车齿刀每一次沿待加工面齿轮轴向的进给量下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，然后依次重复，直至加工得到完成的齿面轮廓。在每次对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工时，在车齿刀和待加工面齿轮保持设定转速比的基础上，通过连续调整车齿刀和待加工面齿轮之间的偏置距，并使车齿刀沿其轴向同步进给，这两种运动配合，保持车齿刀端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。由于车齿刀与待加工面齿轮按固定转速比U_r高速转动，其加工效率要比插齿、铣齿高的多，而且，车齿刀为斜齿锥齿轮结构，比滚齿加工面齿轮所用的球形滚刀结构简单，制造成本低。

进一步地，在车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向从待加工面齿轮的外端进入、从内端退出的基础上，对车齿刀的回转轴线和待加工面齿轮的回转轴线在偏置调整方向上的偏置距作进一步限定，车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置调整方向上的偏置距在车齿加工之初为初始偏置距A₀，初始偏置距A₀由如下公式计算得到：

A₀＝r_asin(β+β₀)

其中，r_a为待加工面齿轮外圆半径，β为待加工面齿轮的螺旋角，β₀为车齿刀的螺旋角，β₀在车齿刀右旋时取正、在车齿刀左旋时取负。

进一步地，车齿刀的模数设定与待加工面齿轮的模数相同，车齿刀的齿数z₀和车齿刀螺旋角β₀按照下列步骤计算确定：

步骤(1)，按以下公式计算得到z₀＇：

z₀'＝z₁cos³β₀'/cos³β₁

将得到的z₀＇根据设计要求圆整为整数，即可得到车齿刀齿数z₀，其中，z₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₀＇为车齿刀设计初选螺旋角，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角；

步骤(2)，根据圆整得到的车齿刀齿数z₀按照下列公式计算得到车齿刀的螺旋角β₀：

其中，z₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角，z₀为由所述z₀＇圆整后得到的车齿刀齿数；

步骤(3)，判断上述步骤(2)中计算得到的车齿刀螺旋角β₀和与待加工面齿轮的螺旋角β的差值是否处于设定差值范围内，设定差值范围为±5°-20°，如果差值处于设定差值范围内，即可确定车齿刀的齿数z₀和车齿刀的螺旋角β₀，如果差值处于设定差值范围外，需重新选取车齿刀设计初选螺旋角β₀＇，并返回步骤(1)和步骤(2)进行计算，直至车齿刀螺旋角β₀和待加工面齿轮的螺旋角β的差值满足所述设定差值范围。

有益效果：车齿刀齿数和车齿刀螺旋角按上述方法计算能够基于当量齿轮的原理，使车齿刀的法向轮廓与共轭圆柱齿轮的齿廓相同，共轭圆柱齿轮与待加工面齿轮共轭，从而使加工出的面齿轮的齿廓能够与相应共轭圆柱齿轮正确啮合。

进一步地，在选定车齿刀螺旋角β₀和车齿刀齿数z₀的基础上，对用于加工直齿面齿轮的转速比作进一步限定，所述面齿轮车齿加工方法为直齿面齿轮加工方法，所述待加工面齿轮为直齿面齿轮，所述转速比U_r＝z₂/z₀，其中，z₂为待加工面齿轮的齿数，z₀为车齿刀齿数。

进一步地，在选定车齿刀螺旋角β₀和车齿刀齿数z₀的基础上，对用于加工斜齿面齿轮的转速比作进一步限定所述面齿轮车齿加工方法为斜齿面齿轮加工方法，所述面齿轮车齿加工方法为斜齿面齿轮加工方法，所述待加工面齿轮为斜齿面齿轮，所述转速比U_r＝z₂/z₀+ΔγA/φ₂，其中，单位进给量的转角增量Δγ，按照下述公式计算：

Δγ＝(360sinβ)/(mπz₂)

其中，A为进给曲线的总长度，φ₂为待加工面齿轮的总转角，z₂为待加工面齿轮齿数，z₀为车齿刀齿数，β为待加工面齿轮的螺旋角，m为斜齿面齿轮的模数。

有益效果：对应于斜齿面齿轮加工来讲，引入转角增量，可有效保证待加工的斜齿面齿轮的螺旋角。

基于上述各加工方法，所述设定差值的范围为±5°-20°。

基于上述各加工方法，对车齿刀沿待加工面齿轮的齿线延伸方向的设计进给速度作进一步限定，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线延伸方向的设计进给速度小于车齿刀与待加工面齿轮啮合的相对速度v_s2：

v_s2＝v_s-v₂

v_s＝ω_s×r₀，v₂＝ω₂×r₂

其中，v_s为车齿刀在切削点的线速度矢量，ω_s为车齿刀角速度矢量，r₀为车齿刀大端切齿点的矢量半径；v₂为待加工面齿轮在切削点的线速度矢量，ω₂为待加工面齿轮在被切削点角速度矢量，r₂为待加工面齿轮中心至切削点的矢量半径，其中，r₂在每次车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中逐渐减小。

附图说明

图1为本发明所提供的面齿轮加工用车齿机床的一种实施例的结构示意图；

图2为图1中车齿刀和待加工面齿轮车削局部结构示意图；

图3为图1所示车齿机床进行车齿加工时运动示意图；

附图标记说明：

1-底座，2-横向滑台，3-Z向滑动导轨，4-车齿刀伺服电机，5-竖向滑台，6-车齿刀驱动箱，7-升降伺服电机，8-工件伺服电机，9-工件驱动箱，10-回转台，11-纵向滑台，12-纵向滑台伺服电机，13-工件主轴，14-待加工面齿轮，15-车齿刀，16-刀具主轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本申请所提供的面齿轮车齿加工方法的实施例：

面齿轮车齿加工方法是车齿刀基于齿轮啮合原理进行空间展成的车齿加工方法，基于面齿轮和与面齿轮啮合的圆柱齿轮的设计参数，通过数值模拟设计出相应的车齿刀，此处的设计参数包括待加工面齿轮和共轭圆柱齿轮的齿数、模数、压力角、螺旋角、齿顶高系数和顶隙系数，其中，车齿刀的模数、压力角、齿顶高系数和顶隙系数设定与待加工面齿轮的相应数值相同。车齿刀为斜齿锥齿轮结构，并使车齿刀的螺旋角β₀与待加工面齿轮的螺旋角β具有设定差值，该设定差值的范围具体为±5°-20°。

在车齿刀每一次沿待加工面齿轮轴向的进给量下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向进给，从待加工面齿轮的外端进入、内端退出，不断增加沿待加工面齿轮轴向的进给量，直至加工得到设计齿深，在车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，使车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线保持设定的轴交角Σ，将车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线的公垂线的方向定义为偏置调整方向，在车齿刀和待加工面齿轮保持设定的转速比U_r的基础上，连续调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置距调整方向上的偏置距，并使车齿刀沿其轴向同步进给，以使车齿加工过程中始终保持车齿刀的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。

具体的，在车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，当车齿刀在车齿刀轴向上相对待加工面齿轮由外端向内端运动时，调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线偏置距不断减小。

在本实施例中，在车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，由于偏置距逐渐减小，需要确定初始偏置距，初始偏置距的具体数值可由经验确定，也可采用下述计算方法得到。

车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置调整方向上的偏置距在车齿加工之初为初始偏置距A₀，初始偏置距A₀由如下公式计算得到：

A₀＝r_asin(β+β₀)

其中，r_a为待加工面齿轮外圆半径，β为待加工面齿轮的螺旋角，β₀为车齿刀的螺旋角，β₀在车齿刀右旋时取正、在车齿刀左旋时取负。

此时，可同时确定车齿刀切削端面距待加工面齿轮的回转轴线的距离L₀为：

L₀＝r_acos(β+β₀)

一般情况下，需取r_a略大于实际待加工面齿轮外圆半径以避免车齿刀碰撞。

当然，本实施例中，在车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向进给，从待加工面齿轮的外端进入、内端退出，在其他实施例中，也可使车齿刀以从待加工面齿轮的内端进入、外端退出的方式，沿待加工面齿轮的齿线方向移动实现进给，此时偏置距逐渐变大。

实际上，对于车齿刀来讲，不仅要确定出车齿刀的模数，还要确定其齿数及符合上述范围要求的螺旋角。车齿刀的模数设定与待加工面齿轮的模数相同，关于车齿刀的齿数及螺旋角可根据经验选择，也可按照下列步骤计算确定：

步骤(1)，按以下公式计算得到车齿刀的初选齿数z₀＇：

z₀'＝z₁cos³β₀'/cos³β₁

将得到的z₀＇根据设计要求圆整为整数，即可得到车齿刀齿数z₀，其中z₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₀＇为车齿刀设计初选螺旋角，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角；

步骤(2)，根据圆整得到的车齿刀齿数z₀按照下列公式计算得到车齿刀螺旋角β₀：

其中，z₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角，z₀为由所述z₀＇圆整后得到的车齿刀齿数；

步骤(3)，判断上述步骤(2)中计算得到的车齿刀螺旋角β₀和与待加工面齿轮的螺旋角β的差值是否处于设定差值范围内，设定差值范围为±5°-20°，如果差值处于设定差值范围内，即可确定车齿刀的齿数z₀和车齿刀的螺旋角β₀，如果差值处于设定差值范围外，需重新选取车齿刀设计初选螺旋角β₀＇，并返回步骤(1)和步骤(2)进行计算，直至车齿刀螺旋角β₀和待加工面齿轮的螺旋角β的差值满足所述设定差值范围。

根据确定的车齿刀齿数z₀和车齿刀螺旋角β₀设计的车齿刀能够基于当量齿轮的原理使车齿刀的法向齿廓与待加工面齿轮共轭的圆柱齿轮的齿廓相同，从而使加工出的面齿轮能够与共轭的圆柱齿轮正确啮合。

在确定车齿刀的齿数及螺旋角后，即可据此确定出车齿刀与待加工面齿轮设定的转速比U_r，以满足正常加工要求。

实际上，上述车齿刀和待加工面齿轮之间设定的转速比U_r根据待加工面齿轮的不同结构，计算方式也不同。

具体来讲，当面齿轮车齿加工方法为直齿面齿轮加工方法时，即待加工面齿轮为直齿面齿轮，转速比U_r＝z₂/z₀，其中，z₂为面齿轮齿数，z₀为车齿刀齿数。

当面齿轮车齿加工方法为斜齿面齿轮加工方法时，即待加工面齿轮为斜齿面齿轮，对应工件需考虑附加的额外转角增量，单位进给量的转角增量Δγ，Δγ(°/mm)按照下述公式计算得到：

Δγ＝(360sinβ)/(mπz₂)

因此，车齿刀和待加工面齿轮之间固定的转速比为：

U_r＝z₂/z₀+ΔγA/φ₂，

其中，A为进给曲线的总长度，φ₂为待加工面齿轮的总转角，z₂为面齿轮齿数，z₀为车齿刀齿数，β为待加工面齿轮的螺旋角，m为斜齿面齿轮的模数。

在进行车削加工时，车齿刀高速转动，速度越高，在齿面间沿齿线延伸方向产生的相对速度就越大，车齿刀沿齿线延伸方向能越快地切削金属，理论上，车齿刀沿待加工面齿轮齿线的进给速度等于车齿刀与待加工面齿轮啮合的相对速度V_s2就能够正常切齿，一般来讲，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线延伸方向的进给速度要小于车齿刀与待加工面齿轮啮合的相对速度，但是，需要注意的是，进给速度太小将影响加工效率。

如图3所示，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线延伸方向的进给速度小于车齿刀与待加工面齿轮啮合的相对速度v_s2：

v_s2＝v_s-v₂，

v_s＝ω_s×r₀，v₂＝ω₂×r₂，

其中，v_s为车齿刀在切削点的线速度矢量，ω_s为车齿刀角速度矢量，r₀为车齿刀大端切齿点的矢量半径；v₂为待加工面齿轮在切削点的线速度矢量，ω₂为待加工面齿轮在被切削点角速度矢量，r₂为待加工面齿轮中心至切削点的矢量半径，其中，r₂在每次车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中逐渐减小。

本实施例中的面齿轮车齿加工方法中，在车齿刀和待加工面齿轮保持设定转速比的基础上，通过使车齿刀沿其轴向进给，并逐渐减小车齿刀和待加工面齿轮之间的偏置距，这两种运动相互配合，使得车齿刀的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，这种加工方法能使车齿刀高效地在待加工面齿轮上切削加工出设计齿廓，可有效保证其加工精度。

具体加工时，可利用如图1和图2所示的面齿轮加工用车齿机床实施上述的面齿轮加工方法。

车齿机床具体包括底座1，底座1为固设在相应基础上的水平底座，此处的基础具体可为水平基础地面，也可为水平基础平台，底座1设有X轴进给滑台2和Y轴进给滑台11，其中，X轴进给滑台2沿X轴方向往复移动，Y轴进给滑台11沿Y轴方向往复移动，为方便说明，将X轴和Y轴所形成的平面定义为参考平面，此处的参考平面与水平基础地面平行。

Y轴进给滑台11由Y轴进给伺服电机12驱动往复移动，在Y轴进给滑台11上设有可绕Z轴方向中心轴线回转的回转台10，回转台10上安装有工件驱动箱9，工件驱动箱9上设有用于安装待加工面齿轮14的工件主轴13，以及用于驱动工件主轴13带着待加工面齿轮14回转的工件驱动机构，工件主轴13的回转轴线与上述的参考平面平行，工件驱动机构包括工件伺服电机8，工件伺服电机8和工件主轴13传动连接，以驱动待加工面齿轮14转动。

具体的，可通过回转台10调整工件主轴13的方位，进而使工件主轴13的回转轴线与刀具主轴16的回转轴线形成设定的轴交角Σ，即为车齿刀的回转轴线和待加工面齿轮的回转轴线的轴交角Σ。

在X轴进给滑台2上安装有Z轴滑动导轨3，Z轴滑动导轨3上安装有沿Z轴往复移动的Z轴进给滑台5，Z轴进给滑台5上固定安装有车齿刀驱动箱6，车齿刀驱动箱6上设有用于安装车齿刀15的刀具主轴16，以及用于驱动刀具主轴16带着车齿刀回转的车齿刀驱动机构，刀具主轴16的回转轴线与上述的参考平面平行，此处的车齿刀驱动机构包括车齿刀伺服电机4，车齿刀伺服电机4和刀具主轴16传动连接，这样可以有效控制刀具主轴16及车齿刀15的转速。

Z轴滑动导轨3上设有驱动Z轴进给滑台5升降动作的Z轴进给伺服电机7，Z轴进给伺服电机7通过丝杠丝母机构驱动Z轴进给滑台5和车齿刀驱动箱6升降移动。

需要说明的是，本实施例中，工件主轴13的回转轴线和刀具主轴16的回转轴线的公垂线沿Z轴方向延伸，车齿刀驱动箱6在Z轴方向上的往复移动，使得刀具主轴16的回转轴线和工件主轴13的回转轴线在Z轴方向上以形成偏置距，此处的Z轴方向即为偏置距调整方向。

基于面齿轮和与面齿轮啮合的圆柱齿轮的设计参数，通过数值模拟设计用于加工面齿轮的车齿刀，车齿刀15具体为斜齿锥齿轮结构，车齿刀的螺旋角β₀与待加工面齿轮的螺旋角β具有设定差值5-20°，在车齿刀每一次沿待加工面齿轮齿深的进给量下，对待加工面齿轮14整周轮齿表面进行展成车齿加工。

加工时，在刀具主轴16上安装车齿刀15，利用车齿刀15与待加工面齿轮14的固有相对滑动对待加工面齿轮14进行切削加工。

通过Y轴滑台11与Z轴滑台5的差补进给，可连续调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在Z轴方向上的偏置距并使车齿刀沿其轴向进给，以使车齿加工过程中始终保持车齿刀15的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮14的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，利用车齿刀在面齿轮齿面上的相对滑动，从待加工面齿轮的外端进入、内端退出，完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。再次设置X轴进给滑台与Y轴进给滑台的差补进给以实现车齿刀在待加工面齿轮齿深方向上的进给，车齿刀继续对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，直至加工得到全部齿深。

需要解释的，上述的差补进给，是相应的两滑台联动，以使车齿刀、待加工面齿轮按设定的轨迹移动，以满足加工要求。具体的，可通过数控系统控制相应伺服轴联动，实现两滑台的联动，进而实现差补进给。

实际上，在对待加工面齿轮14整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，使车齿刀15的回转轴线与待加工面齿轮14的回转轴线保持设定的轴交角Σ，在车齿刀15和待加工面齿轮14保持设定的转速比U_r的基础上，车齿刀驱动箱6在Z轴方向上连续移动，工件驱动箱9在Y轴方向上连续进给，这样一来，可连续调整车齿刀15的回转轴线与待加工面齿轮14的回转轴线在偏置距调整方向上的偏置距，并使车齿刀15沿其轴向同步进给，以使车齿加工过程中始终保持车齿刀15的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮14的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，精准完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。

利用X轴进给滑台2和Y轴进给滑台11联动控制车齿刀15在待加工面齿轮轴向上的进给，以控制齿槽深度，可以分为多次走刀完成齿槽深度加工，在每一次轴向进给下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，直至加工得到全部齿深。

本实施例的图1中，底座为水平底座，车齿刀轴线与待加工面齿轮的轴交角为90°，对应配置可沿X轴往复移动的X轴进给滑台，实现车齿刀在待加工面齿轮轴向上的进给，通过对应配置可沿Y轴往复移动的Y轴进给滑台和Z轴往复移动的Z轴进给滑台联动，实现车齿刀和待加工面齿轮在待加工面齿轮齿线方向上的进给，通过Z轴方向的Z轴进给滑台，进行相应的偏置距调整，整体结构简单，便于连续调整偏置距的同时实现车齿刀沿其轴向进给，进而可使车齿加工过程中始终保持车齿刀的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮的齿线方向进给，保证面齿轮的加工精度。

在区别于本实施例中轴夹角的要求下，通过回转台调整工件驱动箱方位，这样可以使车齿机床适用于不同轴交角的加工要求，根据实际需要调整即可。在其他实施例中，可以省去回转台，使工件驱动箱的工件主轴的回转轴线与车齿刀驱动箱的刀具主轴的回转轴线保持设定的轴交角，仅用于加工具有同一轴交角要求的待加工面齿轮。

本实施例中，车齿机床为工件主轴横向布置的卧式机床，其中，X轴、Y轴及Z轴指的是X轴进给滑台、Y轴进给滑台及Z轴进给滑台的相对装配关系。在其他实施例中，也可在立式机床上进行车削加工，此时，对应调整X轴进给滑台、Y轴进给滑台及Z轴进给滑台的具体布置位置，只要仍然保证三者与X轴、Y轴及Z轴的一一对应关系即可。

Claims (7)

1.一种面齿轮车齿加工方法，车齿刀为斜齿锥齿轮结构，且车齿刀的螺旋角β₀与待加工面齿轮的螺旋角β具有设定差值，

在车齿刀每一次沿待加工面齿轮轴向的进给量下，由车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工，车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向进给，从待加工面齿轮的外端进入、内端退出，或者从待加工面齿轮的内端进入、外端退出，不断增加沿待加工面齿轮轴向的进给量，直至加工得到设计齿深；

其特征在于：基于待加工面齿轮和与待加工面齿轮啮合的圆柱齿轮的设计参数，通过数值模拟设计得到车齿刀，在车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中，使车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线保持设定的轴交角Σ，将车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线的公垂线的方向定义为偏置调整方向，在车齿刀和待加工面齿轮保持设定的转速比U_r的基础上，连续调整车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置距调整方向上的偏置距，并使车齿刀沿其轴向同步进给，以使车齿加工过程中始终保持车齿刀的端部齿廓切削刃与待加工面齿轮的齿廓在加工点相切并沿待加工面齿轮齿线方向进给，完成对待加工面齿轮整周轮齿表面的展成车齿加工。

2.根据权利要求1所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：所述车齿刀沿待加工面齿轮的齿线方向从待加工面齿轮的外端进入、从内端退出，车齿刀的回转轴线与待加工面齿轮的回转轴线在偏置调整方向上的偏置距在车齿加工之初为初始偏置距A₀，初始偏置距A₀由如下公式计算得到：

A₀＝r_asin(β+β₀)

其中，r_a为待加工面齿轮外圆半径，β为待加工面齿轮的螺旋角，β₀为车齿刀的螺旋角，β₀在车齿刀右旋时取正、在车齿刀左旋时取负。

3.根据权利要求1所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：车齿刀的模数设定与待加工面齿轮的模数相同，车齿刀的齿数z₀和车齿刀螺旋角β₀按照下列步骤计算确定：

步骤(1)，按以下公式计算得到z₀＇：

z₀'＝z₁cos³β₀'/cos³β₁

将得到的z₀＇根据设计要求圆整为整数，即可得到车齿刀齿数z₀，其中，z₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₀＇为车齿刀设计初选螺旋角，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角；

步骤(2)，根据圆整得到的车齿刀齿数z₀按照下列公式计算得到车齿刀的螺旋角β₀：

其中，z₁为与待加工的面齿轮相啮合的圆柱齿轮的齿数，β₁为与待加工面齿轮相啮合的圆柱齿轮的螺旋角，z₀为由所述z₀＇圆整后得到的车齿刀齿数；

步骤(3)，判断上述步骤(2)中计算得到的车齿刀螺旋角β₀和与待加工面齿轮的螺旋角β的差值是否处于设定差值范围内，设定差值范围为±5°-20°，如果差值处于设定差值范围内，即可确定车齿刀的齿数z₀和车齿刀的螺旋角β₀，如果差值处于设定差值范围外，需重新选取车齿刀设计初选的螺旋角β₀＇，并返回步骤(1)和步骤(2)进行计算，直至车齿刀螺旋角β₀和待加工面齿轮的螺旋角β的差值满足所述设定差值范围。

4.根据权利要求1或2或3所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：所述面齿轮车齿加工方法为直齿面齿轮加工方法，所述待加工面齿轮为直齿面齿轮，所述转速比U_r＝z₂/z₀，其中，z₂为待加工面齿轮的齿数，z₀为车齿刀齿数。

5.根据权利要求1或2或3所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：所述面齿轮车齿加工方法为斜齿面齿轮加工方法，所述待加工面齿轮为斜齿面齿轮，所述转速比U_r＝z₂/z₀+ΔγA/φ₂，其中，单位进给量的转角增量Δγ，按照下述公式计算：

Δγ＝(360sinβ)/(mπz₂)

其中，A为进给曲线的总长度，φ₂为待加工面齿轮的总转角，z₂为待加工面齿轮齿数，z₀为车齿刀齿数，β为待加工面齿轮的螺旋角，m为斜齿面齿轮的模数。

6.根据权利要求1或2或3所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：所述设定差值的范围为±5°-20°。

7.根据权利要求2或3所述的面齿轮车齿加工方法，其特征在于：车齿刀沿待加工面齿轮的齿线延伸方向的设计进给速度小于车齿刀与待加工面齿轮啮合的相对速度v_s2：

v_s2＝v_s-v₂

v_s＝ω_s×r₀，v₂＝ω₂×r₂

其中，v_s为车齿刀在切削点的线速度矢量，ω_s为车齿刀角速度矢量，r₀为车齿刀大端切齿点的矢量半径；v₂为待加工面齿轮在切削点的线速度矢量，ω₂为待加工面齿轮在被切削点角速度矢量，r₂为待加工面齿轮中心至切削点的矢量半径，其中，r₂在每次车齿刀对待加工面齿轮整周轮齿表面进行展成车齿加工过程中逐渐减小。