一種基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，車齒加工機床調整參數(shù)包括刀偏d、刀傾角τ、中心距a及軸交角∑。采用齒輪形車齒刀，以獲得合理的工作后角為目標確定四個機床調整參數(shù)，依據(jù)車齒刀與工件的相對位置與運動關系，按照曲線與曲面雙自由度共軛理論計算與工件齒面共軛的車齒刀刀刃曲線。按上述方法設計的車齒刀在磨刀前后都無理論加工誤差。采用不同的機床調整，分別加工工件齒槽的兩側齒面，在保證齒面的加工質量的同時又提高了刀具使用壽命。
【專利說明】一種基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于圓柱齒輪加工及刀具設計領域，涉及一種基于齒輪加工機床調整的車 齒加工方法。

【背景技術】
[0002] 早在1912年，德國人WilhelmvonPittler就針對內齒輪加工申請了世界上最早 的車齒專利，但直到上世紀末，車齒并沒有得到廣泛的應用，主要原因是當時的機床不能實 現(xiàn)工件軸和刀具軸之間的高速聯(lián)動，刀具材料也不能承受高速切削。近十來年，機床數(shù)控技 術和高性能刀具材料取得了長足的發(fā)展，為車齒發(fā)揮潛在優(yōu)勢、替代插齒和拉齒加工內齒 輪提供了技術保證。但是由于目前對車齒理論的研宄與創(chuàng)新不充足，車齒刀具設計、工藝參 數(shù)選擇還存在局限性，車齒刀仍是依據(jù)插齒刀或修形插齒刀設計方法進行設計的，這樣的 車齒刀存在理論加工誤差，刀具的修形也無系統(tǒng)可靠的理論依據(jù)，而且刀具的安裝調整方 法比較固定，不支持工藝參數(shù)的優(yōu)化，刀刃工作后角完全依靠刀具結構后角獲得，所以車齒 刀需要做成插齒刀形刀具，用這樣的車齒刀加工齒輪時，刀齒磨損不均與，加工出的齒輪兩 側齒面表面質量也不同，車齒刀在磨刀后加工誤差變大，可磨刀的次數(shù)比較少，刀具使用壽 命較低。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供了一種基于齒輪加工機床調整 的車齒加工方法，該加工方法通過基于齒輪加工機床調整得到高精度的齒輪，同時刀具的 使用壽命長。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法包括刀具 的設計及齒輪的加工：
[0005] 所述刀具的設計包括以下步驟：
[0006] 1)在計算機上，模擬調整車齒加工機床的刀偏d、刀傾角τ、中心距a及軸交角Σ， 得當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線，根據(jù)當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線得到當 前刀刃后刀面，再根據(jù)當前刀刃后刀面得到當前刀齒各刀刃的工作后角；
[0007] 2)判斷步驟1)得到的當前刀齒各刀刃的工作后角是否在預設的范圍內，當步驟 1)得到的當前刀齒各刀刃的工作后角不在預設范圍內時，則重復步驟1);當步驟1)得到的 當前刀齒各刀刃的工作后角在預設范圍內，則將當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線記作 最優(yōu)的與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線，將當前車齒加工機床的刀偏d、刀傾角τ及軸交 角Σ分為記作車齒加工機床的最優(yōu)刀偏d、最優(yōu)刀傾角τ、最優(yōu)中心距a及最優(yōu)軸交角Σ;
[0008] 所述齒輪的加工包括以下步驟：
[0009] 將車齒加工機床刀偏d、刀傾角τ、中心距a及軸交角Σ分別調整為車齒加工機床 的最優(yōu)刀偏d、最優(yōu)刀傾角τ、最優(yōu)中心距a及最優(yōu)軸交角Σ，然后使車齒加工機床根據(jù)最 優(yōu)的與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線進行齒輪的加工。
[0010] 步驟1)中得當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線的具體步驟為：先獲取工件齒 面嚙合線在工件坐標系的表達式，然后根據(jù)工件齒面嚙合線在工件坐標系的表達式得到當 前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線。
[0011] 所述工件齒面嚙合線在工件坐標系的表達式為：
[0012]

【權利要求】
1. 一種基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，包括刀具的設計及齒輪 的加工： 所述刀具的設計包括以下步驟： 1) 在計算機上，模擬調整車齒加工機床的刀偏d、刀傾角T、中心距a及軸交角E，得當 前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)，根據(jù)當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)得 到當前刀刃后刀面，再根據(jù)當前刀刃后刀面得到當前刀齒各刀刃的工作后角； 2) 判斷步驟1)得到的當前刀齒各刀刃的工作后角是否在預設的范圍內，當步驟1)得 到的當前刀齒各刀刃的工作后角不在預設范圍內時，則重復步驟1);當步驟1)得到的當前 刀齒各刀刃的工作后角在預設范圍內，則將當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)記作 最優(yōu)的與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線，將當前車齒加工機床的刀偏d、刀傾角T、中心距 a及軸交角E分為記作車齒加工機床的最優(yōu)刀偏d、最優(yōu)刀傾角T、最優(yōu)中心距a及最優(yōu)軸 交角E ; 所述齒輪的加工包括以下步驟： 將車齒加工機床的刀偏d、刀傾角T、中心距a及軸交角E分別調整為車齒加工機床的 最優(yōu)刀偏d、最優(yōu)刀傾角T、最優(yōu)中心距a及最優(yōu)軸交角E，然后使車齒加工機床根據(jù)最優(yōu) 的與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線進行齒輪的加工。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，步驟 1)中得當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)的具體步驟為：先獲取工件齒面嚙合線 (1)在工件坐標系的表達式，然后根據(jù)工件齒面嚙合線（1)在工件坐標系的表達式得到當 前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，所述 工件齒面嚙合線（1)在工件坐標系的表達式為：
其中，i、j及k分別為工件坐標系中的單位向量、y 4由的單位向量及z 4由的單位 向量，X' p y' 1及z' 1為工件在不同轉角位置時齒面的坐標點在工件坐標系中的坐標， n為工件齒面法向量，V12為工件上的點相對刀具的運動速度，F(xiàn) 前刀面方程。
4. 根據(jù)權利要求3所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，所述 當前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)的表達式為：
其中，M為從工件坐標系到刀具固聯(lián)坐標系的坐標變換矩陣，X' 2、y' 2及z' 2為當 前與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2)在刀具坐標系下的坐標。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，所述 當前刀齒各刀刃的工作后角為： cos a = nr ? nT 其中，為刀刃上參與切削的部分上任意一點沿刀刃后刀面法線方向的單位向量，n T 為刀刃上參與切削的部分上任意一點沿切削平面法線方向的單位向量。
6. 根據(jù)權利要求1所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，調整 車齒刀的刀傾角T后，軸交角E不等于工件螺旋角P 1與刀具螺旋角0 2之和或之差；中心 距a不等于工件分度圓半徑ri與刀具分度圓半徑r 2之和或之差。
7. 根據(jù)權利要求1所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，所述 車齒加工機床中的車齒刀刀坯為圓柱體刀坯； 加工時，直齒車齒刀的前刀面為與刀具端面平行的平面、軸線與刀軸重合的錐面或球 心位于車齒刀軸線上的球面中的一個；斜齒車齒刀的前刀面為刀齒的法截面或與刀齒法截 面的夾角為刀具前角的平面；直齒車齒刀的后刀面為與工件齒面共軛的車齒刀刃曲線（2) 沿著刀具軸線移動形成的直紋曲面；斜齒車齒刀的后刀面為與工件齒面共軛的車齒刀刃曲 線（2)沿著刀具軸線等速移動、且繞刀軸等速轉動形成的螺旋面。
8. 根據(jù)權利要求1所述的基于齒輪加工機床調整的車齒加工方法，其特征在于，車齒 加工機床采用齒槽兩側齒面分別進行加工的切削方法，根據(jù)最優(yōu)的與工件齒面共軛的車齒 刀刃曲線進行齒輪的加工。
【文檔編號】B23F21/00GK104493305SQ201410842928
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月30日 優(yōu)先權日:2014年12月30日
【發(fā)明者】毛世民, 郭正 申請人:西安交通大學