[发明专利]中等精度大模数圆柱齿轮硬齿面加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，尤其是涉及中等精度大模数圆柱齿轮淬硬齿面精加工的方法。

背景技术

中等精度大模数圆柱齿轮通常指模数大于12、精度在GB7级左右的齿轮，其现行加工工艺方法主要有：

滚齿(插齿)+热处理。此种工艺生产效率高、成本低、经济性好，但热处理过程导致齿轮变形，且难以掌握变形规律，刀具预修正量不易控制，使得齿轮精度可能产生大幅度下降，难以保证批量生产GB7级精度硬齿面齿轮，通常作为其它精加工方式的前道工序。

滚齿(插齿)+热处理+研齿。在“滚+热”基础上增加研齿过程，但研齿除了提高齿面粗糙度和改善接触斑点性能外，难以提高周节误差、齿形误差等齿轮自身精度，同样难以满足GB7机精度硬齿面的批量生产。

滚齿(插齿)+热处理+刮齿。在“滚+热”基础上增加齿面硬刮削工艺，能有效提高齿面光洁度和齿轮精度。刮削大模数齿轮通常采用大负前角(达到30°)硬质合金刀具，切削冲击力大，切削过程容易产生崩刃、颤振等不良现象，且要求机床本体、传动链等环节具有很高的刚性，目前国产机床性能通常难以满足刮削工艺要求；另外，刮齿工艺加工内齿困难。但刮齿工艺仍是一种加工大模数中等精度硬齿面的较有发展潜力的工艺方式。

滚齿(插齿)+热处理+磨齿。在“滚+热”基础上增加磨齿工艺，通过成形磨削法或展成磨削法可方便地获得GB5级甚至更高的齿轮磨削精度。目前普遍采用的数控成形磨齿机或数控蜗杆砂轮磨齿机属于磨齿专用装备，价格昂贵，磨削工艺费用很高，通常用于精度要求高的齿加工场合，但对于中等精度的硬齿面加工其综合经济性较差，难以推广应用。

本发明提出了一种通过高速硬铣干切方式加工淬硬齿面的工艺方法，加工过程绿色、效率高、设备投入低，可以较好地满足中等精度大模数圆柱齿轮的硬齿面精加工要求。

发明内容：

本发明为克服现有加工方法的不足，提出一种生产效率高、成本低、刀具通用性好、环保的中等精度大模数圆柱齿轮淬硬齿面精加工的方法，以满足中等精度大模数圆柱齿轮的硬齿面精加工。

一种中等精度大模数圆柱齿轮淬硬齿面精加工的方法，采用双参数无瞬心包络法进行齿面展成包络硬铣削，即刀具沿齿轮圆周廓形方向进行纬线包络，再沿齿轮齿面螺旋线方向进行经线包络；

包络加工步骤如下：

第一步，调整盘铣刀姿态，使盘铣刀轴线与齿轮轴线成交错角放置，交错角度为齿轮螺旋角的余角；

第二步，由齿轮螺旋面方程获取待加工端截形，按刀具周向加工残高差要求离散齿轮端截形曲线，该离散曲线的各点即为待加工刀触点。进一步优化盘铣刀姿态，使刀具回转曲面与待加工齿面在待加工刀触点附近达到二阶切触，记录各离散刀触点处刀路优化结果(x_i,z_i,A_i,C_i)；

第三步，完成齿轮一个端截形刀路规划后，按齿轮齿向加工残高差要求沿齿轮螺旋线方向获取相邻待加工端截形，重复第二步刀路规划过程，求得相邻端截形各离散刀触点处的刀路规划结果；

第四步，重复第三步，直到完成整个齿轮齿面离散，并获得各离散刀触点刀路轨迹规划数据；

第五步，将上述刀路规划数据导入CAM后置处理程序中，按照数控机床的数控系统型号及机床轴配置形式、加工工艺参数等信息完成代码后置处理工作，生成相应加工的G代码，并在数控机床上完成齿面加工。

所述盘铣刀采用大直径盘形铣刀，铣刀盘沿外缘周向均布开槽，槽内设置有刀片安装座及大容屑槽，镶片硬质合金刀片可通过高强螺钉固定在刀片安装座上。进一步，刀片安装座设计角度满足刀片工作前角要求；

铣刀盘中间设置直孔与圆柱刀杆配合，铣刀盘两侧面设置端面键槽与机床主轴端面键配合，机床主传动系统通过端面键驱动盘铣刀旋转。

所述盘铣刀采用涂层硬质合金圆形刀片，干式切削；刀片具有30°大前角，刃口设置负倒棱；刀片刃口圆周方向开有断屑槽，可实现转位，刀片中间设置有螺钉安装孔。

所述盘铣刀的直径在不发生齿面局部曲率干涉及齿槽全局几何干涉的基础上取极大值。

本发明的有益之处在于：

本发明利用大直径盘铣刀，具有大空间容屑槽、良好的切削刚性、方便可靠的刀片固定方式，使刀盘具有良好的高速硬铣综合性能。

本发明采用涂层硬质合金刀片，实现淬硬钢的高速硬铣；刀片几何结构形式有效增强动刚度、热刚度，减小力、热对工件和刀片的影响，提高刀片耐用度。