一種少齒數齒輪數控加工方法技術

本發明專利技術涉及少齒數齒輪加工技術領域，具體涉及一種少齒數齒輪數控加工方法，利用四軸數控機床加工少齒數齒輪，分為毛坯預處理、建模、規劃刀路、粗加工、半精加工、精加工等步驟，能實現少齒數齒輪齒面高精度銑削加工。本發明專利技術可適用于各種不同參數的少齒數齒輪銑削加工，具有加工效率高、精度高、成品質量好等特點。

Numerical control machining method of small tooth number gear

The present invention relates to the field of less teeth gear processing technology, in particular to a small number of teeth gear NC machining method, using four axis CNC machining of gear with a small number of teeth, divided into blank preprocessing, modeling, planning tool path, roughing, semi finishing and finishing steps, which can realize the small number of teeth the gear tooth surface with high precision milling. The invention can be applied to the milling of small tooth number gears with various parameters, and has the characteristics of high processing efficiency, high accuracy, good finished product quality, etc..

【技術實現步驟摘要】
一種少齒數齒輪數控加工方法
本專利技術涉及少齒數齒輪加工
，具體涉及一種少齒數齒輪數控加工方法。
技術介紹
在上個世紀80年代，原陜西工學院(現陜西理工大學)提出了一種新型齒輪——少齒數齒輪，齒輪齒數為2～8的漸開線圓柱斜齒輪稱為少齒數齒輪，少齒數齒輪傳動是漸開線齒輪傳動的重要組成及延伸，國外在摩托車發動機等產品中已有成熟的應用,國內在助力車、電動自行車等領域也有應用的嘗試，具有傳動比大、體積小等優點，特別適用于中小功率、結構尺寸受限制、傳動比大的場合。少齒數齒輪非常適合現代發展的需求，具有很高的應用價值。由于少齒數齒輪的齒數少，以實際應用中2～4個齒的居多，為避免根切，首先必須采用大變位系數進行正變位，這樣引起齒頂變尖且導致齒頂高縮短；其次，由于端面重合度大幅降低，須采用大的螺旋角和較大齒寬的斜齒設計。少齒數齒輪的外形不同于普通的漸開線圓柱斜齒輪，其外形類似于麻花狀，由于少齒數齒輪的特殊結構，其加工難度高，普通滾齒機床無法滿足其加工需求。目前少齒數齒輪的主要加工方法如下：滾切法：目前較為成熟的加工方法是通過改造滾齒機配掛輪的加工方法制造少齒數齒輪，但其存在加工效率低、加工齒輪表面質量差等缺點，成品率低，制造成本居高不下。粉末冶金法：利用粉末冶金法加工少齒數齒輪，成本低、效率高，但是存在輪齒的抗彎、抗剪強度、接觸強度較低等缺點，難以滿足少齒數齒輪的工況條件。
技術實現思路
本專利技術提供一種，以解決現有技術加工少齒數齒輪存在加工成本高、效率底，齒輪質量差的問題。本專利技術提供一種少齒數齒輪數控加工方法，包括以下步驟：第一步，根據欲加工的少齒數齒輪的參數，將毛坯加工成階梯軸狀；第二步，利用建模軟件建立少齒數齒輪的齒廓模型，所述齒廓模型包括少齒數齒輪的齒頂圓曲線、漸開線、過渡曲線、齒形螺旋線和齒根圓曲線，并在齒廓模型的基礎上進行陣列，形成少齒數齒輪模型；第三步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立粗加工的銑刀運動軌跡輔助面，根據所述粗加工的銑刀運動軌跡輔助面建立粗加工的銑刀運動軌跡；第四步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立半精加工的銑刀運動軌跡；第五步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立精加工的銑刀運動軌跡；第六步，根據第三步、第四步、第五步建立好的所述粗加工的銑刀運動軌跡、半精加工的銑刀運動軌跡、精加工的銑刀運動軌跡生成G代碼；第七步，將第六步生成的G代碼導入四軸加工中心，完成少齒數齒輪加工，其中所述粗加工的過程采用分層銑削，所述半精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑，所述精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑。作為本專利技術的優選方式，所述第二步中，所述漸開線方程為：式中：r為少齒數齒輪分度圓半徑，x1、y1為銑刀齒廓上動點的坐標值，為齒條銑刀的滾動角；所述過渡曲線方程為：式中：r為少齒數齒輪分度圓半徑，xc為齒條銑刀齒頂圓角圓心的x坐標值，ρ0為齒條銑刀齒頂圓角半徑，為齒條銑刀的滾動角，γ為動點的法線與坐標系X軸的夾角；所述齒形螺旋線方程為：式中：d為齒輪分度圓直徑，b為齒寬，θ為極角，β為分度圓螺旋角，t為建模軟件系統變量。作為本專利技術的優選方式，所述第三步還包括，粗加工的銑刀運動軌跡是從上向下逐層銑削；所述第四步還包括，半精加工的銑刀運動軌跡是從齒的一側依照齒形螺旋線的方向進行銑削，第一刀加工完畢后，銑刀按預設的殘差高度沿齒形螺旋線移至下一刀位，繼續沿齒形螺旋線方向銑削加工，重復上述過程，直到完成整個齒面的半精加工；所述第五步還包括，精加工的銑刀運動軌跡是從齒的一側依照齒形螺旋線的方向進行銑削，第一刀加工完畢后銑刀沿齒形螺旋線移至下一刀位，繼續沿齒形螺旋線方向銑削加工，重復上述過程，直到完成整個齒面的精加工。作為本專利技術的優選方式，所述第七步還包括，粗加工采用的銑刀。作為本專利技術的優選方式，粗加工每刀切深1～3mm，進給速度100mm/min，主軸轉速1500r/min，加工余量為0.5mm。作為本專利技術的優選方式，所述第七步還包括，半精加工采用的球頭銑刀。作為本專利技術的優選方式，令銑刀軸線方向和待加工曲面接觸點法矢垂直方向夾角為10°～20°，進給速度150mm/min，主軸轉速2000r/min，半精加工余量為0.05mm。作為本專利技術的優選方式，所述第七步還包括，精加工采用直徑的球頭銑刀。作為本專利技術的優選方式，令銑刀軸線方向和待加工曲面接觸點法矢的垂直方向夾角為15°，進給速度200mm/min，主軸轉速3000r/min，精加工余量為0mm。本專利技術提供一種在通用四軸數控加工中心上進行少齒數齒輪的銑削加工方法。通過建立少齒數齒輪模型，并根據少齒數齒輪模型設計銑刀運動軌跡。先利用的球頭銑刀通過建立輔助面的方法進行分層銑削粗加工，加工余量為0.5mm。再利用的球頭銑刀通過可變軸曲面輪廓銑的方法進行半精加工，加工余量為0.05mm。最后利用的球頭銑刀通過可變軸曲面輪廓銑的方法進行精加工，加工余量為0mm。本方法實現了少齒數齒輪齒面高精度銑削加工，適用于少齒數齒輪銑削加工，相對于現有技術中的滾切法和粉末冶金法，無需成型銑刀和專用機床就可實現少齒數齒輪加工，具有加工效率高、精度高等特點，拓寬了少齒數齒輪的加工方法。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例的少齒數齒輪的模型圖；圖2為本專利技術實施例的銑刀運動軌跡輔助面示意圖；圖3為本專利技術實施例的階梯軸狀毛坯的結構示意圖；圖4為本專利技術實施例建立少齒數齒輪模型時確定輪齒上各點坐標的示意圖；圖5為本專利技術實施例建立少齒數齒輪模型時齒條銑刀的直線齒廓部分的示意圖；圖6為本專利技術實施例的粗加工過程的示意圖；圖7為本專利技術實施例的半精加工過程的示意圖；其中，1、少齒數齒輪模型，2、銑刀運動軌跡輔助面，3、銑刀。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。本專利技術的實施例是利用四軸加工中心加工少齒數齒輪，以加工表1中參數的少齒數齒輪為例：表1實施例少齒數齒輪參數表第一步，參照圖3所示，為了裝夾方便和加工過程中退刀需要，需將毛坯做成階梯軸結構，根據表1中的參數，先將毛坯加工成直徑為40.01mm的階梯軸。本步驟中，為節省加工中心工時，可以使用普通機床加工毛坯成階梯軸狀。階梯軸的形狀、尺寸根據具體齒輪的參數而定。第二步，參照圖1所示，根據表1中的參數，利用建模軟件建立少齒數齒輪的齒廓模型，齒廓模型包括少齒數齒輪的齒頂圓曲線、漸開線、過渡曲線、螺旋線和齒根圓曲線。并在齒廓模型的基礎上進行陣列，完成少齒數齒輪模型1的建立。其中，漸開線方程為：式中：r為少齒數齒輪分度圓半徑，x1、y1為銑刀齒廓上動點的坐標值，為齒條銑刀的滾動角。圖4所示為用齒條型銑刀切制齒輪時確定齒輪齒廓上各點坐標的示意圖，圖4中XOY坐標系為固連在齒輪毛坯上的靜坐標系，該坐標系原點O取在齒輪軸線上。而X1PY1坐標系為固連在齒條型銑刀上的動坐標系，該坐標系原點P的起始位置取在被切齒輪輪齒對稱軸線與分度圓的交點P0上。用齒條型銑刀加工齒輪時，動坐標系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種少齒數齒輪數控加工方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步，根據欲加工的少齒數齒輪的參數，將毛坯加工成階梯軸狀；第二步，利用建模軟件建立少齒數齒輪的齒廓模型，所述齒廓模型包括少齒數齒輪的齒頂圓曲線、漸開線、過渡曲線、齒形螺旋線和齒根圓曲線，并在齒廓模型的基礎上進行陣列，形成少齒數齒輪模型；第三步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立粗加工的銑刀運動軌跡輔助面，根據所述粗加工的銑刀運動軌跡輔助面建立粗加工的銑刀運動軌跡；第四步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立半精加工的銑刀運動軌跡；第五步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立精加工的銑刀運動軌跡；第六步，根據第三步、第四步、第五步建立好的所述粗加工的銑刀運動軌跡、半精加工的銑刀運動軌跡、精加工的銑刀運動軌跡生成G代碼；第七步，將第六步生成的G代碼導入四軸加工中心，完成少齒數齒輪加工，其中所述粗加工的過程采用分層銑削，所述半精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑，所述精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑。

【技術特征摘要】
1.一種少齒數齒輪數控加工方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步，根據欲加工的少齒數齒輪的參數，將毛坯加工成階梯軸狀；第二步，利用建模軟件建立少齒數齒輪的齒廓模型，所述齒廓模型包括少齒數齒輪的齒頂圓曲線、漸開線、過渡曲線、齒形螺旋線和齒根圓曲線，并在齒廓模型的基礎上進行陣列，形成少齒數齒輪模型；第三步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立粗加工的銑刀運動軌跡輔助面，根據所述粗加工的銑刀運動軌跡輔助面建立粗加工的銑刀運動軌跡；第四步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立半精加工的銑刀運動軌跡；第五步，根據第二步中建立的少齒數齒輪模型，建立精加工的銑刀運動軌跡；第六步，根據第三步、第四步、第五步建立好的所述粗加工的銑刀運動軌跡、半精加工的銑刀運動軌跡、精加工的銑刀運動軌跡生成G代碼；第七步，將第六步生成的G代碼導入四軸加工中心，完成少齒數齒輪加工，其中所述粗加工的過程采用分層銑削，所述半精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑，所述精加工的過程采用可變軸曲面輪廓銑。2.根據權利要求1所述的少齒數齒輪數控加工方法，其特征在于，所述第二步中，所述漸開線方程為：式中：r為少齒數齒輪分度圓半徑，x1、y1為銑刀齒廓上動點的坐標值，為齒條銑刀的滾動角；所述過渡曲線方程為：式中：r為少齒數齒輪分度圓半徑，xc為齒條銑刀齒頂圓角圓心的x坐標值，ρ0為齒條銑刀齒頂圓角半徑，為齒條銑刀的滾動角，γ為動點的法線與坐標系X軸的夾角；所述齒形螺旋線方程為：式中：d為齒輪分度圓直徑，b為齒寬，θ為極角，β為分度圓螺旋角，t...

【專利技術屬性】
技術研發人員：呂張來，孫偉，張東生，
申請(專利權)人：陜西理工學院，
類型：發明
國別省市：陜西,61