準雙曲面齒輪副具有復(fù)雜的齒面形狀，其齒形質(zhì)量和動態(tài)性能對其傳動性能有著重大影響。成形法準雙曲面齒輪大輪法向齒廓為直線，并且齒數(shù)較多；傳統(tǒng)格里森制準雙曲面齒輪加工機床加工大輪時，依舊采用復(fù)雜的刀盤、搖臺及專用夾具、量具等技術(shù)，導(dǎo)致加工準備調(diào)整時間較長，加工效率不高；并且加工過程中機床剛性不足，刀盤受力不能過大。本文所涉及的準雙曲面齒輪為格里森制。

 

　　數(shù)控技術(shù)在準雙曲面齒輪加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使得加工效率大大提高，加工齒面的精度和質(zhì)量也愈加精密和優(yōu)異，從而延長了使用壽命，*終改善了傳動性能。因此，可以考慮在立式數(shù)控加工中心上，采用指形銑刀、分度頭對大輪齒面進行成形銑削加工，以期獲得較為優(yōu)良的齒面質(zhì)量和較高的加工效率。

 

　　本文主要從成形法準雙曲面齒輪成形銑削的可行性，成形銑削大輪數(shù)學(xué)模型的建立及調(diào)整參數(shù)的確定、數(shù)控加工代碼的生成和銑削仿真及試驗等三方面進行了探討。

 

　　1準雙曲面齒輪成形銑削可行性分析1. 1實現(xiàn)準雙曲面齒輪成形銑削運動的可行性準雙曲面齒輪的假想平面齒輪的齒面節(jié)線為圓弧的一部分，準雙曲面齒輪大輪成形法加工時，齒面形狀僅取決于刀盤和輪坯的相對位置，切齒時工件和搖臺均不轉(zhuǎn)動，讓刀盤直接切入輪坯，齒槽兩側(cè)的凸、凹齒面按雙面刀盤的內(nèi)、外刀齒切成，所以成形法大輪的齒面同刀盤刃錐截面形狀一樣，其法向齒廓為直線。

 

　　因此，在數(shù)控加工時就可以利用和法向齒廓截形相似的指形立銑刀，控制模擬刀盤的內(nèi)、外刀刃錐的運動，實現(xiàn)成形法準雙曲面齒輪大輪成形銑削加工。

 

　　1. 2實施試驗方案的可行性銑削刀具的選擇由于目前準雙曲面齒輪的材料通常為合金鋼，選用硬質(zhì)合金刀具就可以得到較好的加工效果。指形銑刀的幾何尺寸可根據(jù)被加工齒槽的形狀確定，刀具軸向尺寸宜小，以提高夾持和加工剛性。

 

　　切削加工機床的選擇擬采用Cincinnati公司的Arrow 750立式加工中心，由于加工過程中刀具、機床、夾具受力不大，因此機床的剛性，熱穩(wěn)定性均可以滿足要求，具體的工藝參數(shù)（切削速度、進給量等）可以根據(jù)加工試驗情況進一步調(diào)整。

 

　　夾具的選擇根據(jù)數(shù)控加工中心上指形銑刀成形銑削準雙曲面大輪的加工原理，中心面與水平面傾斜合適的角度，保證大輪的根錐平面水平，定位、裝夾要良好，數(shù)控分度頭垂直方向尺寸盡量小為宜，以增強加工過程中的剛性。

 

　　2銑削大輪調(diào)整參數(shù)的確定及數(shù)控代碼的編制2. 1加工數(shù)學(xué)模型的建立，利用指形立銑刀成形銑削準雙曲面齒輪大輪的加工示意。根據(jù)1. 1理論，加工時，大輪與數(shù)控分度頭及加工中心的工作臺固連，工作臺軸和軸的圓弧插補運動使銑刀相對工件的運動軌跡模擬刀盤運動，從而銑削出圓弧齒槽，軸進退刀銑削出齒深，大輪齒面靠刀具齒廓保證。加工完一個齒形后，數(shù)控分度頭的軸轉(zhuǎn)動分度以便加工下一個齒。

 

　　建立如所示銑齒加工坐標系示意，確立了刀具、工件、夾具及機床間的相對位置和運動關(guān)系，沿A A向的剖視圖，建立機床加工坐標系Oxyz， Ox 2 y 2 z 2是與大輪固連的坐標系，其中O m為根錐頂點， M為計算點， O 2 O m為大輪坐標系原點O 2（大輪安裝面和C軸的交點）到根錐頂點O m的距離，加工坐標系原點O為大輪坐標系原點O 2在水平根錐平面的投影，O C為插補圓弧的圓心（x Oc、y Oc為其在加工坐標系中的坐標），m2為大輪的安裝根錐角，可以根據(jù)齒寬確定圓弧插補的起始點A、B.

 

　　2. 2大輪安裝及切齒調(diào)整參數(shù)的確定根據(jù)成形法加工準雙曲面齒輪的原理，確定基本加工調(diào)整參數(shù)的難點在于刀齒壓力角和大輪設(shè)計根錐壓力角不等時，所要進行的旋轉(zhuǎn)壓力角修正。很好地予以了解決，這里不再拗述。

 

　　所得水平刀位H m和垂直刀位V m如下H m = R 02 cos f 2 cos m - rsin m - h tan m2（1）V m = R 02 cos f 2 sin m + rcos m（2）式中， R 02為產(chǎn)形輪的節(jié)錐距； r、h為修正量；f 2、m為計算點修正前后的螺旋角。

 

　　由式（1）、式（2）及m2、O 2 O m，即可以確定大輪安裝位置及切齒調(diào)整參數(shù)。在加工坐標系Oxyz可以得到圓心O c的坐標為x Oc = V m（3）y Oc = H m - OO m（4）式中， OO m = O 2 O m cos m2； O 2 O= O 2 O m sin m2。這里是針對大輪旋向而言。由圓心坐標及刀盤半徑r、計算點M的坐標、大輪齒面寬度b 2就可以確定A、B點的坐標。這樣就可以求得在數(shù)控加工中心上成形銑削準雙曲面齒輪的調(diào)整參數(shù)。

 

　　2. 3數(shù)控加工代碼的編制基于具體的輪坯參數(shù)、夾具幾何參數(shù)、刀具參數(shù)，結(jié)合數(shù)控銑削工藝策略、編程技術(shù)等，用程序生成數(shù)控加工代碼。當前先進的數(shù)控加工技術(shù)已可以滿足成形銑削加工的要求，由于在四軸加工中心上成形銑削準雙曲面齒輪()，其*終精加工方式為圓周側(cè)銑削；在保證加工質(zhì)量的同時如何延長刀具壽命，縮短加工時間，優(yōu)化工藝策略和程序處理速度*佳化，是需要考慮的問題。具體策略就是，控制進給量和徑向、軸向銑削深度，優(yōu)化主軸轉(zhuǎn)速，采用合適的走刀方式，優(yōu)化銑削參數(shù)等，以得到*佳的齒面精度和質(zhì)量及*高的加工效率。

 

　　3實例計算及仿真、加工試驗采用基本參數(shù)如的準雙曲面齒輪的大輪，進行成形銑削CAD仿真試驗和加工中心上銑削加工試驗，計算所得到的主要切齒調(diào)整參數(shù)為：水平刀位H m = 28. 4956，垂直刀位V m = 86. 6184，安裝根錐角m2 = 68. 8306 ，軸向輪位O 2 O m = 54. 6028，計算點M在Oxy平面內(nèi)的坐標為x m = 12. 0406、y m = 68. 0283，圓心Oc的坐標為x Oc = 86. 6184、y Oc = 8. 7704，圓弧起始點A的坐標為x A = - 2. 229、y A = 43. 1093，點B的坐標為x B = 42. 0322、y B = 92. 9473.至此所需的調(diào)整參數(shù)均已得到。

 

　　為了驗證上節(jié)所建立的加工模型和編制的數(shù)控加工代碼的正確性，按照以上計算所得，利用CAD技術(shù)仿真了準雙曲面齒輪大輪實體模型，然后在數(shù)控加工中心上，采用指形銑刀對大輪輪坯進行精銑削加工，以驗證數(shù)控加工的可行性。

 

　　4結(jié)論在數(shù)控加工技術(shù)和成形銑削技術(shù)迅猛發(fā)展的前提下，在立式數(shù)控加工中心上，選擇合適的刀具、夾具，采用合適的工藝方案，可以實現(xiàn)成形法準雙曲面齒輪大輪的成形銑削加工。其主要優(yōu)點有：（1）可以拓展加工中心的應(yīng)用范圍，降低對齒輪加工專用機床和刀具的依賴。（2）可以加工較大尺寸、較寬齒面的大輪，摒棄專用機床的加工局限性。（3）提高成形法準雙曲面齒輪的加工效率，提高齒面質(zhì)量，改善傳動性能。