[发明专利]非圆齿轮插齿加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种齿轮的插齿加工方法，特别是涉及一种非圆齿轮插齿加工方法。

背景技术

非圆齿轮是用来传递两轴间非匀速运动的，和其他非匀速比传动机构(如凸轮、连杆等)相比，具有传动平稳、结构紧凑、运动精度高等优点，广泛应用于纺织、卷烟、造纸等机械设备中。但由于其节曲线为非圆形，致使设计、制造等要比圆齿轮复杂的多，三维造型尤为困难。

非圆齿轮的运动特点是能够实现主动机构和从动机构转角间的非线性关系，因此在轻工业、重工业、仪器仪表、工程机械等行业越来越得到重视。很多行业通常采用非圆齿轮传动机构代替连杆机构、凸轮机构或其它运动机构，实现特定的运动规律。非圆齿轮传动机构的结构紧凑，传动精确、平稳。用于非圆齿轮机构可实现变传动比传动，与某些机构组合可实现某些特殊的运动，这些运动若采用其他机构，往往使机构变得庞大复杂。采用非圆齿轮机构后，机构的运动性能和动力性能大大改善。例如：在纺织机械中，用非圆齿轮改变经纬纱的密度，以得到不同的花纹。在联动机主传送带的传动链中，采用马氏槽轮机构来带动传送带，使之作间断式的停留运动或转位运动，完成工位上的作业和随后的分度运动。在“烟嘴纸烟”机的传送带上用椭圆齿轮传动代替原来的间断式驱动机构等。这样的应用，既简化了传动机构，又提高了生产效率。包括在包装机械中的椭圆齿轮机构、液压流体计中的卵形齿轮等，都有非圆齿轮的具体应用。

由于非圆的节曲线特征，非圆齿轮的加工比一般齿轮的加工要困难得多。目前多采用线切割和数控加工中心来加工，普遍存在加工效率低，加工精度低等缺点。传动的齿轮加工方法主要是以滚齿和插齿为主，但滚齿无法加工节曲线内凹的非圆齿轮，其通用性不好。

非圆齿轮的插齿加工，按照传统的方法，如果工作台匀速转动，则插刀必须做横向与纵向两个方向的运动以保证正常的啮合。这样从控制上更好实现，更直观，但机床需要四轴联动控制，其电气系统和机械装置都较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供非圆齿轮插齿加工方法，利用此方法，根据非圆齿轮的参数(节曲线，模数，中心距)以及加工参数(进给率，切削量)等可以计算出非圆齿轮数控插齿机各轴的运动轨迹，生成加工代码，可以在普通的数控插齿机上加工出非圆齿轮，具有加工效率高，加工精度好，综合成本低等特点。

本发明实现上述目的的技术方案为：

运用此方法在三轴数控插齿机上加工非圆齿轮，要求插齿机必须具有以下一些基本功能，若插齿机不具有这些功能，则需要进行相应的电气改造。

1、数控插齿机具有三个进给运动轴，一个主轴。各轴的定义按照机床系统本身的定义来安排，一般的定义如下：X轴—横梁或者工作台移动，A—工作台的回转，B—插齿刀的回转。

2、机床具有西门子或法拉克数控系统三轴以上的数控系统，同时具备三轴联动控制功能。新式数控插齿机一般都具有这些配置，较老式的插齿机，需要改造插齿机的控制系统，以实现三轴联动。

3、机床主轴必须有上下两个止停点。上止停点是一般插齿机的基本配置，但是下止停点却是作为备选部件，可与机床厂联系进行选购。部件选购好后需要对机床PLC进行编程，通过相应的寄存器，以禁止读写的方式编程相应的上止停点到位和下止停点到位的M代码，供数控程序调用。

要正确的加工非圆齿轮，需要对刀具和夹具进行特殊的设计：

1、插齿刀的齿形、压力角等参数和普通插齿刀一样，但是插齿刀上必须要有一个能够找正插齿刀周向齿形位置的基础，如在刀柄上加工一个基准平面等。

2、夹具按照加工的轮胚的要求进行设计，但是由于非圆齿轮的轮胚上有周向定位基础，如键槽，平面等，要使工件能够正确的在机床上找正，相应的夹具上必须也有与轮胚具有一定位置关系的基准，如平面，台阶面等。

有了上述硬件条件的准备，使可进行非圆齿轮加工代码的编程，具体步骤如下：

一、根据齿轮的模数，机床的特点，参考圆柱齿轮的加工工艺确定加工循环次数为N，则每个循环i的径向进给量为Δh_i(i＝1,2…N)。定义循环i中周向进给率为fθ_i，径向进给率为fh_i，

由于随着径向插齿的深入，其瞬时接触区域会增大，机床和刀具所受到的力会增大，故径向进给一般采用递减的进给方式，即进给量随着循环次数的增加不断的减小。

故在每个循环中的进给率满足递减的规律，即：

另一方面，随着径向切入的加深，其周向切削的面积分增大。故每个循环中的径向进给量减小。