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一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510794817.5

申請日:

2015.11.17

公開號:

CN105234498A

公開日:

2016.01.13

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):B23F 5/12申請公布日:20160113|||實質審查的生效IPC(主分類):B23F 5/12申請日:20151117|||公開
IPC分類號: B23F5/12 主分類號: B23F5/12
申請人: 安徽工程大學
發明人: 劉有余; 李軍; 刁杰勝
地址: 241001安徽省蕪湖市北京中路
優先權:
專利代理機構: 安徽匯樸律師事務所34116 代理人: 胡敏
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510794817.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.01.19|||2016.02.10|||2016.01.13

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明屬于齒輪數控加工領域,涉及一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法。本發明的插削非圓齒輪方法,包括工作臺、齒坯、主軸、插齒刀,所述工作臺帶動所述齒坯旋轉,所述主軸帶動所述插齒刀旋轉,所述插齒刀分度圓與所述齒坯節曲線相切并作純滾動,所述插齒刀在平面內沿X軸向移動形成所述齒坯節曲線,所述插齒刀在豎直面內沿Z軸向移動形成所述齒坯全齒高,所述插齒刀或所述齒坯還有附加轉動;所述齒坯端面內,所述齒坯相對于機床做等弧長運動,其余軸相對其聯動;本發明可插制內嚙合非圓直齒輪和斜齒輪,也可插制外嚙合非圓直齒輪和斜齒輪。本發明可實現高效高精度加工非圓齒輪的目標,相對其他方法,相同精度要求下,加工效率最高。

權利要求書

權利要求書
1.  一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法,包括工作臺、齒坯、主軸、插齒刀,所述工作臺帶動所述齒坯旋轉,所述主軸帶動所述插齒刀旋轉,所述插齒刀分度圓與所述齒坯節曲線相切并作純滾動,所述插齒刀在平面內沿X軸向移動形成所述齒坯節曲線,所述插齒刀在豎直面內沿Z軸向移動形成所述齒坯全齒高;其特征在于:所述齒坯端面內,所述工作臺按照齒坯等弧長方法帶動所述齒坯旋轉,即所述齒坯相對于機床做等弧長運動,其余軸相對其聯動。

2.  根據權利要求1所述的齒坯等弧長方法插削非圓齒輪,可插制內嚙合非圓齒輪,包括內嚙合非圓直齒輪和內嚙合非圓斜齒輪;其特征在于:所述插齒刀位于所述齒坯節曲線內部,平面內所述主軸帶動所述插齒刀轉速恒定,單位時間內插削所述齒坯節曲線弧長相等。

3.  根據權利要求1所述的齒坯等弧長方法插削非圓齒輪,可插制外嚙合非圓齒輪,包括外嚙合非圓直齒輪和外嚙合非圓斜齒輪;其特征在于:所述插齒刀位于所述齒坯節曲線外部,平面內所述主軸帶動所述插齒刀轉速恒定,單位時間內插削所述齒坯節曲線弧長相等。

4.  根據權利要求1和權利要求2或權利要求3所述的齒坯等弧長方法插削非圓斜齒輪,其特征在于:所述插齒刀插削過程中還有附加轉動。

說明書

說明書一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法
技術領域
本發明屬于齒輪制造領域,尤其是在工作半徑變化的輪上制齒領域,涉及一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法。
背景技術
非圓齒輪又叫異性齒輪,其分度曲面不是旋轉曲面,在工程機械、機床、汽車、航空航天等領域都有應用,非圓齒輪傳動是指傳動中至少有一個齒輪的節曲面不是旋轉曲面的齒輪傳動,應用優勢明顯,當前工業應用常采用線切割技術加工非圓齒輪,線切割不僅效率低下,且難以不經改造直接應用加工非圓斜齒輪。
插齒是一種高效加工非圓齒輪方法,中國專利CN200810000133.3公開了一種加工有遮擋的非完整圓周齒輪的方法,采用插齒機和專用插齒刀進行加工,但由于裝夾麻煩,且只能加工特定的非圓周齒輪,實用性不強;中國專利CN201220482831.3公開了一種齒輪加工夾具,但其只適用于薄形、大型齒輪的批量插削加工,對于非圓齒輪未做詳細介紹,難以實現。
解決上述問題的有效方法是采用高效高精度的數控插削技術,本發明提供一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法。
發明內容
本發明的目的在于:針對上述現有技術存在的問題,提出一種非圓齒輪的齒坯等弧長插削方法。此方法中,采用插齒刀轉速為基準頻率,其余軸相對其聯動。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
本發明的齒坯等弧長插削非圓齒輪方法,包括工作臺、齒坯、主軸、插齒刀,所述工作臺帶動所述齒坯旋轉,所述主軸帶動所述插齒刀旋轉,所述插齒刀分度圓與所述齒坯節曲線相切并作純滾動,所述插齒刀在平面內沿X軸向移動形成所述齒坯節曲線,所述插齒刀在豎直面內沿Z軸向移動形成所述齒坯全齒高,所述插齒刀或所述齒坯還有附加轉動;所述齒坯端面內,所述工作臺按照齒坯等弧長方法帶動所述齒坯旋轉,即所述齒坯相對于機床做等弧長運動,其余軸相對其聯動。
所述的齒坯等弧長方法插削非圓齒輪,可插制內嚙合非圓齒輪,包括內嚙合非圓直齒輪和內嚙合非圓斜齒輪;所述插齒刀位于所述齒坯節曲線內部,平面內所述主軸帶動所述插齒刀轉速恒定,單位時間內插削所述齒坯節曲線弧長相等。
所述的齒坯等弧長方法插削非圓齒輪,可插制外嚙合非圓齒輪,包括外嚙合非圓直齒輪和外嚙合非圓斜齒輪;所述插齒刀位于所述齒坯節曲線外部,平面內所述主軸帶動所述插齒刀轉速恒定,單位時間內插削所述齒坯節曲線弧長相等。
所述的齒坯等弧長方法插削非圓斜齒輪,所述插齒刀插削過程中還有附加轉動。
本發明的有益效果是:本發明的齒坯等弧長插削非圓齒輪方法,可實現高效高精度加工非圓齒輪的目標;由于單位時間內插削齒坯節曲線弧長相等,所得非圓齒輪不同極角處齒廓上切痕分布均勻,各齒廓精度均衡一致,相對其他方法,相同精度要求下,加工效率最高。
附圖說明
圖1為本發明變速比電子齒輪箱傳動方案圖;
圖2為本發明齒坯等弧長插削內嚙合非圓齒輪方法示意圖;
圖3為本發明齒坯等弧長插削內嚙合非圓齒輪方法齒坯端面示意圖;
圖4為本發明齒坯等弧長插削內嚙合卵形直齒輪刀位軌跡截面圖;
圖5為本發明齒坯等弧長插削內嚙合右旋卵形斜齒輪刀位軌跡立體圖;
圖6為本發明齒坯等弧長插削內嚙合左旋卵形斜齒輪刀位軌跡立體圖;
圖7為本發明齒坯等弧長插削外嚙合非圓齒輪方法齒坯端面示意圖;
圖8為本發明齒坯等弧長插削外嚙合三階橢圓直齒輪刀位軌跡截面圖;
圖9為本發明齒坯等弧長插削外嚙合右旋三階橢圓斜齒輪刀位軌跡立體圖;
圖10為本發明齒坯等弧長插削外嚙合左旋三階橢圓斜齒輪刀位軌跡立體圖。
其中:1-齒坯,2-插齒刀
具體實施方式
非圓齒輪插削與圓柱齒輪插削很大的不同點在于,插刀和工件間沒有固定的展成關系,且插刀中心和工件中心的距離也在不停變化,但插刀轉速、工件轉速和插刀在插刀中心和工件中心連線上的移動速度,這三者間有確定的數學關系。本發明的重點是確立了插刀轉速恒定時,機床其余各軸速度與插刀轉速的聯動關系,采用配備有變速比電子齒輪箱功能的專用齒輪加工數控系統實現該聯動關系,圖1為采用的變速比電子齒輪箱傳動方案圖。
為了插削出一個完整的非圓齒輪,插齒刀與工件齒坯必須具備以下運動:
1)切削運動:插齒刀沿齒坯的軸線方向作快速的上下往復運動,這是插齒刀的主運動。
2)節曲線進給運動:插齒刀刀軸繞其本身軸線作慢速回轉運動。其快慢影響切齒的快慢。節曲線進給量大小,以插齒刀每一往復行程在其節曲線上轉過的弧長計算。
3)徑向進給運動:插齒刀開始接觸齒坯以后,在節曲線進給的同時,插齒刀向齒坯作徑向進給(或齒坯向插齒刀作徑向進給),一直進到齒全深(指一次切削)為止。徑向進給量的大小,以插齒刀每一往復行程徑向移動毫米數表示。
4)展成運動:將圓形插齒刀視作一個齒輪,其與工件齒坯之間強制地保持著一對齒輪的嚙合關系;嚙合過程中,插齒刀將齒坯上對其運動形成干涉的材料切除,從而加工出非圓齒輪齒廓。
5)讓刀運動:插齒刀的上下往復運動,向下是工作行程,向上是返回行程。為了保證插齒刀在返回時不和齒面接觸,以免擦傷己加工齒面和減少刀具磨損,齒坯應相對于插齒刀離開一個距離。
6)附加轉動:插削非圓斜齒輪時,插齒刀作上下往復運動的同時,還必須有一個同步的附加轉動,以使切削刃運動時產生的表面相當于斜齒輪的齒側面。
下面結合圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例一
參見圖2,示意了本發明齒坯等弧長插削內嚙合非圓齒輪方法各軸聯動關系。在齒坯1端面內,插齒刀2以ωb旋轉,齒坯1以ωc旋轉,為保證插削過程中插齒刀2節圓與齒坯1節曲線同向純滾動,在齒坯1端面內ωb與ωc按展成運動要求保持嚴格傳動比。在齒坯1軸面內, 為保持插齒刀2節圓與齒坯1節曲線內切接觸,插齒刀2作vx運動,軸向有往復運動插削vz,從而插削全齒,為保證齒面沿軸線精度均勻,vz與ωb線性聯動;對非圓斜齒輪,根據齒面Z軸位置,插齒刀2附加回轉運動Δωb。
參見圖3,插齒刀2位于齒坯1節曲線內部,兩者旋轉方向相同;插齒刀2逆時針公轉且順時針自轉,插削一段時間,插齒刀2刀位點從ob移動到o′b,坐標系Sb(ob-xbybzb)公轉角度為λ,隨插齒刀2自轉角度為β,總轉角為成為S′b(o′b-x′by′bz′b)。本發明齒坯等弧長方法要求插削所述齒坯節線弧長AT按時間線性增加,滾刀轉速ωb恒定,其余軸相對其聯動。TT′為插齒刀2與齒坯1的節曲線在T點的公切線,TT′正方向與極徑正向的夾角為μ。基于上述方法,根據微分幾何原理,建立內嚙合插削非圓直齒輪或斜齒輪聯動方程為:
vx=rrbjdrdθ-rbj2sinμdrdθ-rrbj2cosμdμdθlr2+(drdθ)2ωb=ixb(θ)ωb]]>
ωc=l21-(rbjcosμl)2rbj-lrbj2sinμdμdθ-rbj2cosμdldθl21-(rbjcosμl)2r2+(drdθ)2ωb=icb(θ)ωb.]]>
ωb*=ωb±vztanβcrbj=ωb±ibz(θ)vz]]>
式中,r為齒坯1節曲線極徑;θ為齒坯1極角;rbj為插齒刀2節圓半徑;βc為斜齒輪螺旋角,對直齒輪,βc=0;為插齒刀2合成轉速,插齒刀2螺旋線旋向與插齒刀2轉動方向一致時取“-”,反之取“+”;μ=arctan[r/(dr/dθ)](0≤μ<π);
參見圖4,為采用本發明方法插削內嚙合卵形直齒輪刀位軌跡截面圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=117.600mm、階數n=2、齒寬b=50mm、偏心率e=0.1、法向模數mn=3.75mm、齒輪齒數Z=63、插齒刀齒數z=22。卵形直齒輪是一種典型的非圓直齒輪,其他非圓直齒輪與之不同點僅在于節曲線方程不同,可見,本發明所述方法可以正確插制內嚙合非圓直齒輪。
參見圖5,為采用本發明方法插削內嚙合右旋卵形斜齒輪刀位軌跡立體圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=120mm、階數n=2、齒寬b=50mm、偏心率e=0.1、法向模數mn=3.75mm、螺旋角βc=11.617°、齒輪齒數Z=63、插齒刀齒數z=22;參見圖6,為采用本發明方法插削內嚙合左旋卵形斜齒輪刀位軌跡立體圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=120mm、階數n=2、齒寬b=50mm、偏心率e=0.1、法向模數mn=3.75mm、螺旋角βc=-11.617°、齒輪齒數Z=63、插齒刀齒數z=22。同理可見,本發明所述方法可以正確插制內嚙合非圓斜齒輪。
實施例二
參見圖7,示意了本發明齒坯等弧長插削外嚙合非圓齒輪方法齒坯端面各軸聯動關系。其余與所述實施例一相同,不同之處在于,插齒刀2位于齒坯1節曲線外部,兩者旋轉方向相反。基于上述方法,根據微分幾何原理,建立外嚙合插削非圓直齒輪或斜齒輪聯動方程為:
vx=[rdrdθ+rbjdrdθsinμ+rrbjdμdθcosμ]rbjωblr2+(drdθ)2=ixb(θ)ωb]]>
ωc=[lrbjsinμdμdθ+rbjcosμdldθ+l21-(rbjcosμl)2]rbjωbl21-(rbjcosμl)2r2+(drdθ)2=icb(θ)ωb.]]>
ωb*=ωb±vztanβcrbj=ωb±ibz(θ)vz]]>
式中參數定義如前所述。
參見圖8,為采用本發明方法插削外嚙合三階橢圓直齒輪刀位軌跡截面圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=98.560mm、階數n=3、齒寬b=50mm、偏心率e=0.2、法向模數mn=5mm、齒輪齒數Z=42、插齒刀齒數z=22。三階橢圓直齒輪是一種典型的非圓直齒輪,其他非圓直齒輪與之不同點僅在于節曲線方程不同,可見,本發明所述方法可以正確插制外嚙合非圓直齒輪。
參見圖9,為采用本發明方法插削外嚙合右旋三階橢圓斜齒輪刀位軌跡立體圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=100mm、階數n=3、齒寬b=50mm、偏心率e=0.2、法向模數mn=5mm、螺旋角βc=9.54°、齒輪齒數Z=42、插齒刀齒數z=22;參見圖10,為采用本發明方法插削外嚙合左旋三階橢圓斜齒輪刀位軌跡立體圖,所述齒輪參數如下:半長軸a=100mm、階數n=3、齒寬b=50mm、偏心率e=0.2、法向模數mn=5mm、螺旋角βc=-9.54°、齒輪齒數Z=42、插齒刀齒數z=22。同理可見,本發明所述方法可以正確插制外嚙合非圓斜齒輪。
以上結合圖對本發明的具體實施方式做了說明,但這些說明不能被理解為限制了本發明的應用范圍,本發明的保護范圍由所附的權利要求書限定,任何在本發明要求基礎上的改動都是本發明的保護范圍。

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一種 齒輪 弧長插削 方法
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