[发明专利]一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法

说明书

本发明提供了一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法，包括S01选择铣削刀具，确定刀具直径、刀具切削刃长度；S02确定刀具轴线相对于齿轮轴线的动态偏心量e_i；S03构建齿廓方向走刀步长公式，构建渐开线齿廓展开角度与齿面残高差之间的曲线方程，计算刀位点；S04规划走刀路径；本发明在保证渐开线圆柱齿轮齿面加工精度的前提下，综合考虑渐开线齿面的微分几何特性，计算出刀位点，规划刀具路径，使刀具走刀轨迹按需分配，减小齿根和齿顶的冗余走刀，从而提高包络铣齿的加工效率以及齿面的啮合性能。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法。

背景技术

齿轮是机械相关应用行业的关键基础零件。近年来，针对传统的滚齿、插齿、剃齿等齿轮加工方法存在的单件小批量、大模数齿轮类零件的加工周期长、专用制齿装备和专用齿轮刀具成本高的问题，出现了一种在通用多轴加工中心上采用通用刀具对圆柱齿轮进行柔性包络铣削加工的方法，可为企业的单件小批量和大模数齿轮加工提供一种低成本、高效率、短周期和快响应的柔性制齿方法。

然而，这种先进的多轴车铣复合加工技术在圆柱齿轮的加工上仍存在着加工效率不高的问题。究其原因，一是车铣复合包络铣削原理是将齿面拟合成自由曲面后再进行刀具路径规划，并未考虑到齿面的微分几何特性。尤其是针对渐开线圆柱齿轮，其齿形上每一微段的曲率半径均不相同，具有一定的特殊性。二是这种基于自由曲面的走刀路径规划方法也未考虑齿面节圆处啮合精度的需求。在渐开线圆柱齿轮副啮合过程中，主要参与啮合的区域是靠近节圆附近的齿面，在加工过程中要优先保证该区域的加工精度。现有技术中虽然有五轴车铣复合加工中心能实现对圆柱齿轮的铣削加工，但是它们所采用的铣削形式是将齿面按自由曲面处理，导致加工效率和加工精度之间相互矛盾。

因此，如果不能综合考虑到齿面的微分几何特性和齿面的精度特征要求，仅将齿面上各处的加工精度按照相同的残高差处理，必然会造成大量的冗余走刀，导致加工效率低下，或是齿面啮合区域精度不高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法，用于提高在通用加工中心上采用通用刀具铣削渐开线圆柱齿轮的加工效率和齿面啮合性能。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种考虑齿面精度特性的渐开线圆柱齿轮包络铣削加工方法，包括：

S01：根据待加工齿轮工件参数，选择刀具，确定刀具直径和刀具切削刃长度；

S02：采用偏心铣削方式进行加工，确定刀具轴线相对于齿轮轴线的动态偏心量e_i；

S03：根据齿轮的齿面主要啮合区域的精度要求，通过构建齿廓方向走刀步长公式，求解走刀步长沿齿廓方向的最大间距Δl_max、两个刀位点的相邻的步长间距Δl_i以及齿面上各刀位点对应的渐开线展开角度u_i，构建渐开线齿廓展开角度与齿面残高差之间的曲线方程Δt_i＝f(Δu_i)，最终确定加工刀位点；

S04：根据刀位点规划走刀路径。

优选地，所述步骤S01中，对于中小模数渐开线圆柱齿轮选用立铣刀或棒铣刀，对于大模数渐开线圆柱齿轮选用圆锥盘形铣刀或棒铣刀。

优选地，所述步骤S01中，刀具直径D_t≥φ10mm，刀刃长度L_t≥20mm。

优选地，所述偏心量e_i的计算公式为：