CN114682857B - 一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法，具体包括：通过对虚拟产形齿轮齿廓压力角、车齿刀齿数、面齿轮附加转角、虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置、车齿刀齿深进给增量这6个参数的针对性调整，实现对车齿加工的齿面误差进行矫正。该方法以面齿轮插齿理论齿面为参考，与车齿加工齿面误差进行对比分析，通过关键参数修正，达到对整体齿面误差矫正的效果；给出了矫正后的齿面网格分布图、接触印痕以及传动误差曲线。该发明可有效矫正面齿轮车齿加工的齿面误差。

Description

一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法

技术领域

本发明属于齿轮加工技术领域，具体涉及一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法。

背景技术

车齿是一种高效率、高精度的切削技术，用于软齿面的圆柱齿轮加工已经比较成熟，尤其对于内齿圈的加工，工艺简单且成本低。然而采用车齿法加工面齿轮时，由于车齿刀具不能完全准确模拟圆柱齿轮的齿面，所以面齿轮齿面形状会产生一定的偏差，影响面齿轮副的啮合性能。本发明提出了通过调整车齿刀具的齿形参数和走刀路径轨迹对面齿轮齿面误差进行矫正的方法。

发明内容

要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法，能够使车齿加工的齿面更加合理。

技术方案

一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法，其特征在于：通过对虚拟产形齿轮齿廓压力角、车齿刀齿数、面齿轮附加转角、虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置、车齿刀齿深进给增量这6个参数针对性调整，对车齿加工齿面误差进行娇正。

本发明进一步的技术方案：通过调整虚拟产形齿轮齿廓压力角，对车齿齿面误差趋势进行齿廓调节；设定修正压力角参数Δα_n，Δα_n减小，将使面齿轮齿顶变厚且齿根变薄；Δα_n增加则趋势相反。

本发明进一步的技术方案：通过调整车齿刀齿数，对齿向误差翘曲趋势进行调节；设定车齿刀齿数参数N_s，N_s增大，将使面齿轮齿面有一个鼓形的趋势，或可描述为齿面的四个角点低于中间位置平面；N_s减小，趋势相反。

本发明进一步的技术方案：通过调整面齿轮附加转角，对齿向线性误差进行调节；设定面齿轮附加转角的增量参数增大，将使面齿轮齿面沿齿向方向外径处变低、内径处变高；/>减小，趋势相反；/>的关系表达式为：

式中，表示面齿轮的最大附加转角，l_k表示车齿刀沿工件齿向的位移，B表示面齿轮齿宽。

本发明进一步的技术方案：通过调整虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置，对齿廓误差进行调节；设定虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数参数为a_s、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置参数为u_o，u_o不变，a_s增大，将使面齿轮齿顶的修形量加深，a_s减小，趋势相反；a_s不变，u_o增大，将使面齿轮齿顶的修形区域上移，u_o减小，趋势相反。

本发明进一步的技术方案：通过调整车齿刀齿深进给增量，对齿向非线性误差分布趋势进行调节；设定车齿刀齿深进给增量参数Δh，Δh增大，将使车齿刀沿齿向由外向内进给时，齿深方向的同步进给距离增大，面齿轮齿面内径范围的切削量加深；Δh减小，趋势相反；关系表达式为：

式中，Δh_max为车齿刀沿齿向进给过程中的最大齿深进给增量，l_k表示车齿刀沿工件齿向的位移，B表示面齿轮齿宽。

有益效果

本发明方法以面齿轮插齿加工齿面为参考对象，通过调节虚拟产形齿轮齿廓压力角、车齿刀齿数、面齿轮附加转角、虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置、车齿刀齿深进给增量这6个面齿轮车齿加工参数(参数各自的调节特性作为参数选取的主要考量标准)，对车齿加工的齿面误差进行矫正，得到了具有良好接触印痕的车齿加工齿面。改善了车齿加工面齿轮的齿面性能和促进了面齿轮车齿加工技术的发展。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为用于面齿轮加工的车齿刀示意图；

图2为车齿刀加工面齿轮示意图。其中，x₂轴、y₂轴分别为面齿轮固定坐标系的x轴、y轴，z_s为车齿刀轴线，z_c为产形齿轮轴线，β_k为车齿刀的名义螺旋角，E₀为x₂轴与z_s轴的偏置距；

图3为车齿加工的相关参数标注示意图，其中图3(a)是用于展成虚拟产形齿轮的齿条刀具示意图，图3(b)是车齿加工的坐标关系示意图；

图4为(示例1)基本参数设定下的面齿轮齿面误差趋势图(虚线面为插齿理论齿面，实线面为车齿加工齿面)；

图5为(示例2)修正压力角Δα＝0.18°时，齿面误差趋势图；

图6为(示例3)车齿刀齿数调整到26齿，齿面误差趋势图；

图7为(示例4)调整面齿轮附加转角齿面误差趋势图；

图8为(示例5)齿廓抛物线系数as＝0.0004，uo＝-1.5，齿面最终误差趋势图；

图9为(示例1)所加工齿面的接触印痕(a)和传动误差曲线(b)；

图10为(示例5)所加工齿面的接触印痕(a)和传动误差曲线(b)。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，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，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

1、车齿加工原理

加工面齿轮的车齿刀与插齿刀在形成机理上存在相似之处，它们各自可以看成是在斜齿轮或圆柱小齿轮的基础上，使其一侧齿廓端部拥有后角与前角获得的(见附图1)，因此可参照斜齿插齿刀结构对车齿刀进行设计。车齿刀加工面齿轮时需沿面齿轮齿向进给(或者是虚拟插齿刀的轴线)，所以需要使切削刃前角为正，使其具备一定容屑空间；为了防止车齿刀齿面与面齿轮出现干涉和摩擦，车齿刀还应具备一定的后角；设计出的车齿刀应具备可加工性和刀具结构的易加工性，来实现刀具的生产制造；考虑到刀具的制造成本，刀具还应具备多次刃磨、可重复使用的特性。

车齿刀是根据交错轴螺旋齿轮啮合原理加工工件(见附图2)，刀具走刀路径是通过调整车齿刀轴线和待加工面齿轮轴线之间的偏置距E₀，结合车齿刀沿自身轴向的进给运动，这两个运动配合工作，使车齿刀以直线插补的形式沿面齿轮的齿形方向运动。

2、齿面误差矫正

面齿轮车齿加工方法本身存在理论上的误差，由于在面齿轮车齿加工过程中，车刀的运动轨迹方向与前刀面不垂直，引起了面齿轮齿面展成偏差。为了矫正齿形偏差，本发明提出了通过对虚拟产形齿轮修正压力角Δα_n、车齿刀齿数N_s、面齿轮附加转角虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数a_s、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置u_o、车齿刀齿深进给增量Δh这6个参数针对性调整，对车齿加工的齿面误差进行矫正。

车齿加工的相关参数标注(见附图3)，用于调整齿面误差的这6个参数对应着各自的调节特性。其中，车齿刀齿深进给调整量Δh和面齿轮转角调整量可由下式表示：

式中，Δh_max表示车齿刀沿齿向进给时到达面齿轮内径端的齿深最大进给增量，表示车齿刀进给到面齿轮内径端时面齿轮的最大附加转角，l_k表示车齿刀沿工件齿向的位移，B表示面齿轮齿宽。

通过调整虚拟产形齿轮齿廓压力角，对车齿齿面误差趋势进行齿廓调节。设定修正压力角参数Δα_n，Δα_n减小，将使面齿轮齿顶变厚、齿根变薄；Δα_n增大，趋势相反。

通过调整车齿刀齿数，对齿向误差翘曲趋势进行调节。设定车齿刀齿数参数N_s，N_s增大，将使面齿轮齿面有一个鼓形的趋势，或可描述为齿面的四个角点低于中间位置平面；N_s减小，趋势相反。

通过调整面齿轮附加转角，对齿向线性误差进行调节。设定面齿轮附加转角的增量参数增大，将使面齿轮齿面沿齿向方向外径处变低、内径处变高；/>减小，趋势相反。

通过调整虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置，对齿廓误差进行调节。设定虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数参数为a_s、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置参数为u_o，u_o不变，a_s增大，将使面齿轮齿顶的修形量加深，a_s减小，趋势相反；a_s不变，u_o增大，将使面齿轮齿顶的修形区域上移，u_o减小，趋势相反。

通过调整车齿刀齿深进给增量，对齿向非线性误差分布趋势进行调节。设定车齿刀齿深进给增量参数Δh，Δh增大，将使车齿刀沿齿向由外向内进给时，齿深方向的同步进给距离增大，面齿轮齿面内径范围的切削量加深；Δh减小，趋势相反。

基于待加工面齿轮和虚拟产形齿轮的设计参数，设定车齿刀具的基本参数：前角γ为5°，名义螺旋角β_k为9.43°(右旋)，侧刃后角3.2°，法向模数m_n为4mm，齿数N_s为24，法向压力角α_n为25°，修正压力角Δα为0°，齿廓抛物线系数a_s为0mm^-1，齿廓抛物线顶点位置u_o为0mm。面齿轮附加转角的初始值为0°。

该方法以面齿轮插齿理论齿面为参考面，与车齿加工的齿面误差进行对比分析，逐步修正影响车齿加工齿面误差趋向的一系列参数，达到对整体齿面误差矫正的效果。

表格1为不同示例下的参数设计情况。

表格1不同示例下的参数设计情况

示例1为基本参数下的面齿轮齿面误差趋势，见附图4。

其中，示例1中齿面外径齿顶、外径齿根、内径齿顶、内径齿根这四个位置的法向齿面误差数值为31.1671、-19.7851、4.6455、2.3353。

示例2为矫正齿面压力角误差，修正压力角Δα＝0.18°时，齿面误差趋势，见附图5。

其中，示例2中齿面外径齿顶、外径齿根、内径齿顶、内径齿根这四个位置的法向齿面误差数值为20.9168、-5.5041、-14.7269、13.5865。

示例3为齿数差增加2后车齿刀齿数为26时，齿面误差趋势，见附图6。

其中，示例3中齿面外径齿顶、外径齿根、内径齿顶、内径齿根这四个位置的法向齿面误差数值为3.8249、-21.1977、-43.9074、-25.5843。

示例4为面齿轮附加转角齿面误差趋势，见附图7。

其中，示例4中齿面外径齿顶、外径齿根、内径齿顶、内径齿根这四个位置的法向齿面误差数值为-8.3806、-31.8412、-33.0790、-12.3838。

示例5为齿廓抛物线系数a_s＝0.0004，u_o＝-1.5，齿面误差趋势，见附图8。

其中，示例5中齿面外径齿顶、外径齿根、内径齿顶、内径齿根这四个位置的法向齿面误差数值为-11.8385、-41.2965、-45.8239、-21.9591，该示例也是齿面最终的误差趋势调整结果。

示例1对应未进行齿面误差矫正的齿面车齿加工参数，示例5对应进行了最终齿面误差矫正的齿面车齿加工参数，对示例1和示例5所得到的齿面分别进行轮齿齿面接触分析和传动误差分析，结果见附图9和附图10。对比得出，当未进行齿面误差矫正时，齿面接触印痕存在偏载现象，且传动误差波动较大；当进行齿面误差矫正后，齿面接触印痕良好，且传动误差波动平稳。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种面齿轮车齿加工齿面误差的矫正方法，其特征在于：通过对虚拟产形齿轮齿廓压力角、车齿刀齿数、面齿轮附加转角、虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置、车齿刀齿深进给增量这6个参数针对性调整，对车齿加工齿面误差进行矫正；具体如下：

通过调整虚拟产形齿轮齿廓压力角，对车齿齿面误差趋势进行齿廓调节；设定修正压力角参数Δα_n，Δα_n减小，将使面齿轮齿顶变厚且齿根变薄；Δα_n增加则趋势相反；

通过调整车齿刀齿数，对齿向误差翘曲趋势进行调节；设定车齿刀齿数参数N_s，N_s增大，将使面齿轮齿面有一个鼓形的趋势，或可描述为齿面的四个角点低于中间位置平面；N_s减小，趋势相反；

通过调整面齿轮附加转角，对齿向线性误差进行调节；设定面齿轮附加转角的增量参数增大，将使面齿轮齿面沿齿向方向外径处变低、内径处变高；/>减小，趋势相反；/>的关系表达式为：

式中，表示面齿轮的最大附加转角，l_k表示车齿刀沿工件齿向的位移，B表示面齿轮齿宽；

通过调整虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置，对齿廓误差进行调节；设定虚拟产形齿轮齿廓抛物线系数参数为a_s、虚拟产形齿轮齿廓抛物线顶点位置参数为u_o，u_o不变，a_s增大，将使面齿轮齿顶的修形量加深，a_s减小，趋势相反；a_s不变，u_o增大，将使面齿轮齿顶的修形区域上移，u_o减小，趋势相反；

通过调整车齿刀齿深进给增量，对齿向非线性误差分布趋势进行调节；设定车齿刀齿深进给增量参数Δh，Δh增大，将使车齿刀沿齿向由外向内进给时，齿深方向的同步进给距离增大，面齿轮齿面内径范围的切削量加深；Δh减小，趋势相反；关系表达式为：

式中，Δh_max为车齿刀沿齿向进给过程中的最大齿深进给增量，l_k表示车齿刀沿工件齿向的位移，B表示面齿轮齿宽。