專(zhuān)利名稱(chēng)：一種面齒輪加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于齒輪制造方法中的面齒輪數(shù)控銑齒、磨齒加工這一領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
面齒輪傳動(dòng)是指圓柱齒輪與錐齒輪相嚙合實(shí)現(xiàn)空間相交或交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)。與錐齒輪相比較，面齒輪傳動(dòng)具有重合度大、承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)、振動(dòng)小、占空間小等優(yōu)點(diǎn)。隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，面齒輪傳動(dòng)在飛行器的動(dòng)力裝置中得到了廣泛應(yīng)用，占有很重要的地位。面齒輪加工方法是面齒輪制造的主要任務(wù)之一，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其做了很多研究，但目前在國(guó)內(nèi)對(duì)面齒輪的加工方法大多為插齒加工，加工出的面齒輪精度較低，承載能力較差，使得面齒輪的應(yīng)用只能停留在低速、輕載的場(chǎng)合，并不能滿(mǎn)足航空器械的傳動(dòng)要求，為了提高面齒輪的綜合傳動(dòng)性能，必須實(shí)現(xiàn)面齒輪的高精度制造。要使面齒輪的傳動(dòng)性能進(jìn)一步提高，一般需對(duì)面齒輪進(jìn)行熱處理，而熱處理將對(duì)面齒輪齒面產(chǎn)生熱脹變形，影響面齒輪的精度和傳動(dòng)性能，由于熱處理后齒面硬度很高，采用一般的加工方法不易加工，必須研究磨齒加工方法才能解決。對(duì)于面齒輪銑齒與磨齒加工，國(guó)內(nèi)尚無(wú)制造方法及制造裝備可以實(shí)現(xiàn)。在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US6390894(B1)中，設(shè)計(jì)了一種面齒輪磨齒機(jī)床，該機(jī)床將面齒輪毛坯安裝臺(tái)設(shè)計(jì)為垂直方向，降低了機(jī)床的剛度，降低了加工精度，同時(shí)該機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸有十個(gè)之多，增加了數(shù)控控制的難度，也增加了成本?？傮w來(lái)說(shuō)，近幾年對(duì)面齒輪加工的研究取得了一定進(jìn)展，但所設(shè)計(jì)的機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度和生產(chǎn)效率并不能完全滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。本專(zhuān)利發(fā)明了一種面齒輪加工方法，該方法在現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床上，利用盤(pán)形刀具實(shí)現(xiàn)面齒輪銑齒和高精度磨齒加工，可以達(dá)到面齒輪高精度加工的效果，無(wú)需另行設(shè)計(jì)制造面齒輪專(zhuān)用加工機(jī)床，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

發(fā)明內(nèi)容
本專(zhuān)利解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)市場(chǎng)上面齒輪加工精度低、傳動(dòng)性能差等缺陷，發(fā)明了在現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床上，利用盤(pán)形刀具實(shí)現(xiàn)面齒輪銑齒和高精度磨齒的加工方法。該方法可以同時(shí)對(duì)面齒輪進(jìn)行銑齒和熱處理后的面齒輪進(jìn)行磨齒加工，實(shí)現(xiàn)對(duì)面齒輪的粗精加工于一體，降低成本。本專(zhuān)利發(fā)明的面齒輪加工方法，其特征是面齒輪I安裝于機(jī)床的工作臺(tái)上，加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，盤(pán)形刀具2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端。在加工過(guò)程中，面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)面齒輪I隨機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)。盤(pán)形刀具2隨主軸繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)盤(pán)形刀具2在面齒輪的徑向進(jìn)行往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。加工完一個(gè)完整的齒面后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪齒面。在加工過(guò)程中，為了避免面齒輪I與機(jī)床Y軸碰撞，設(shè)計(jì)了加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，再將盤(pán)形刀具2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端，并且加長(zhǎng)砂輪座4的長(zhǎng)度應(yīng)大于面齒輪I的外圓半徑。由面齒輪I、盤(pán)形刀具2及直齒輪3之間的嚙合規(guī)律可知，要達(dá)到精確創(chuàng)成面齒輪齒廓，所利用的盤(pán)形刀具2的軸向橫截面輪廓應(yīng)與直齒輪3的軸向輪廓完全相同。在加工過(guò)程中，面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)和隨機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)的轉(zhuǎn)速比是恒定的，并且
AIB = NJNf(I)
其中N。與Nf分別為直齒輪3與面齒輪I的齒數(shù)。盤(pán)形刀具2在加工過(guò)程中，為了達(dá)到切削齒坯余量、提高切削表面微觀形貌的目的，盤(pán)形刀具2隨機(jī)床主軸繞其自身軸線作高速旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速一般情況下是恒定的。在加工過(guò)程中，面齒輪I每繞B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)ー個(gè)微小的角度，盤(pán)形刀具2就在面齒輪I的徑向進(jìn)行一次往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到切削整個(gè)齒面的效果。在加工過(guò)程中，由于受機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸行程限制，采用單面加工方式，先在エ位I加工面齒輪的右齒面，加工完ー個(gè)完整的右齒面后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒的右齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪右齒面，然后再換至エ位2加工面齒輪I的左齒面，直到加 エ完整個(gè)面齒輪的所有齒面。所述加工方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)面齒輪I進(jìn)行銑齒和高精度磨齒加工，刀具和エ件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變。銑齒加工時(shí)，盤(pán)形刀具2為銑刀，磨齒加工時(shí)，盤(pán)形刀具2為砂輪。所述直齒輪3是虛擬的，在現(xiàn)實(shí)的加工過(guò)程中，直齒輪3是不存在的，在圖中將其畫(huà)出只是為了更好的說(shuō)明加工原理。同時(shí)在現(xiàn)實(shí)加工面齒輪I的齒面在磨齒加工前一般都需先進(jìn)行熱處理，以提高材料的綜合性能。


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具體實(shí)施例方式I.對(duì)面齒輪I預(yù)先進(jìn)行熱處理，以提高材料的綜合性能。將面齒輪安裝于機(jī)床エ 作臺(tái)上，加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，盤(pán)形刀具2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端。2.將盤(pán)形刀具2移至對(duì)刀位置，進(jìn)行對(duì)刀，對(duì)刀完成后，記錄此時(shí)A旋轉(zhuǎn)軸的值ん。3.將盤(pán)形砂輪移至エ位I加工位置，當(dāng)盤(pán)形砂輪移至加工位置后，盤(pán)形刀具2繞主軸做高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸和B旋轉(zhuǎn)軸以恒定的轉(zhuǎn)速比擺動(dòng)ー個(gè)微小的角度，然后盤(pán)形刀具2隨機(jī)床Y軸往面齒輪I的徑向往返進(jìn)給一次，達(dá)到切削齒面的效果。 如此反復(fù)擺動(dòng)和進(jìn)給，直到切削完整個(gè)齒的右齒面。4.在加工完ー個(gè)完整的右齒面后，盤(pán)形刀具2退出面齒輪齒槽，機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下ー個(gè)齒槽。如此反復(fù)，直到加工完整個(gè)面齒輪的所有右齒面。5.將盤(pán)形刀具2移至ェ位2加工位置，當(dāng)盤(pán)形砂輪移至加工位置后，盤(pán)形砂輪2繞主軸做高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸和B旋轉(zhuǎn)軸以恒定的轉(zhuǎn)速比擺動(dòng)ー個(gè)微小的角度，然后盤(pán)形刀具2隨機(jī)床Y軸往面齒輪I的徑向往返進(jìn)給一次，達(dá)到切削齒面的效果。如此反復(fù)擺動(dòng)和進(jìn)給，直到切削完整個(gè)齒的左齒面。6.在加工完ー個(gè)完整的左齒面后，盤(pán)形刀具2退出面齒輪齒槽，機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下ー個(gè)齒槽。如此反復(fù)，直到加工完整個(gè)面齒輪的所有左齒面。7.若加工余量分幾次ェ序分配，則重復(fù)上述1、2、3、4、5、6的操作直至加工完成。
權(quán)利要求
1.一種在現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床上，利用盤(pán)形刀具實(shí)現(xiàn)面齒輪銑齒和高精度磨齒的加工方法， 其特征是面齒輪I安裝于機(jī)床的工作臺(tái)上，加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，盤(pán)形刀具 2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端，在加工過(guò)程中，面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)面齒輪I隨機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，盤(pán)形刀具2隨主軸繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)盤(pán)形刀具2在面齒輪的徑向進(jìn)行往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工完一個(gè)完整的齒面后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪齒面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是面齒輪I安裝于機(jī)床的工作臺(tái)上，加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，盤(pán)形刀具2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端，加長(zhǎng)砂輪座4的長(zhǎng)度應(yīng)大于面齒輪I的外圓半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是盤(pán)形刀具2的軸向橫截面輪廓與直齒輪3的軸向輪廓完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是面齒輪I隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)和隨機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)的轉(zhuǎn)速比是恒定的，并且AlB = Ne / Nf (I)其中N。與Nf分別為直齒輪3與面齒輪I的齒數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是面齒輪I每繞B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)一個(gè)微小的角度，盤(pán)形刀具2就在面齒輪I的徑向進(jìn)行一次往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是由于機(jī)床B軸行程限制，采用單面加工方式，先加工面齒輪的右齒面，加工完一個(gè)完整的齒面后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪右齒面，然后再換至另一工位加工面齒輪I的左齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的加工方法，其特征是可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)面齒輪I進(jìn)行銑齒和高精度磨齒加工，銑齒加工時(shí)，盤(pán)形刀具2為銑刀，磨齒加工時(shí)，盤(pán)形刀具2為砂輪。
全文摘要
一種在現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床上，利用盤(pán)形刀具實(shí)現(xiàn)面齒輪銑齒和高精度磨齒的加工方法。其特征是面齒輪1安裝于機(jī)床的工作臺(tái)上，加長(zhǎng)砂輪座4安裝于機(jī)床主軸頂端，盤(pán)形刀具2安裝于加長(zhǎng)砂輪座4頂端，在加工過(guò)程中，面齒輪1隨機(jī)床A旋轉(zhuǎn)軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)面齒輪1隨機(jī)床B旋轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)，盤(pán)形刀具2隨主軸繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)盤(pán)形刀具2在面齒輪的徑向進(jìn)行往返進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由于機(jī)床B軸行程限制，采用單面加工方式，先加工面齒輪的右齒面，加工完一個(gè)完整的齒面后，面齒輪進(jìn)行分度運(yùn)動(dòng)，以加工下一個(gè)齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪右齒面，然后再換至另一工位加工面齒輪1的左齒面，直到加工完整個(gè)面齒輪。該方法利用現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床和盤(pán)形刀具，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)面齒輪銑齒和高精度磨齒加工，無(wú)需另行設(shè)計(jì)制造面齒輪專(zhuān)用加工機(jī)床，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
文檔編號(hào)B23F15/06GK102581387SQ20121007405
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者唐進(jìn)元, 尹鳳, 張燕, 陳興明 申請(qǐng)人:唐進(jìn)元