[发明专利]一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮制造领域，尤其是能实现变速比传动的非圆齿轮的制造领域，具体涉及一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法。

背景技术

插齿加工方法是基于展成原理的齿轮加工方法，具有加工效率高、齿面质量好、能适应节曲线有内凹的非圆外齿轮和非圆内齿轮的加工等优点，是实现非圆齿轮加工的较为理想的方法。长期以来，非圆齿轮的插齿加工是基于插刀节圆和非圆齿轮节曲线逐步展成的加工思想，即事先在非圆齿轮节曲线上求得一系列离散点，并分别计算出插刀节圆与非圆齿轮节曲线的切点由一个离散点变到下一个离散点时，齿坯回转轴、插刀回转轴和插刀前后移动轴的位移量，然后让插齿机按照预计算出的各轴位移量逐步运动，实现非圆齿轮的展成加工。该方法首先存在加工原理误差，其次代码冗长，加工过程中机床各轴伴随着频繁的加减速，限制了机床各轴进给速度的提高。

一种插齿加工非圆齿轮的方法提到了非圆齿轮加工过程中，当齿坯转速恒定时机床各数控轴的具体运动数学关联，但未涉及插刀转速恒定时的具体加工方案，以及具有一定数学关联的机床各数控轴伺服运动的具体实现技术。

一种基于开放式数控系统的高速高精度柔性电子齿轮箱控制实现方法可高精度实现各数控轴之间的主从式电子齿轮比运动，其技术特点适合于实现非圆齿轮插齿加工中机床各轴的关联运动。

发明内容

为了实现非圆齿轮的高速、高精度加工，本发明提供一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法。

一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法基于数控插齿机，所述数控插齿机包括工作台、齿坯回转轴、插刀回转轴、插刀前后移动轴、插刀上下移动轴和柔性电子齿轮箱，所述柔性电子齿轮箱是基于ARM、DSP和FPGA的硬件平台实现控制功能，其特征在于：

将非圆齿坯固定在数控插齿机的工作台上，齿坯回转轴带动工作台以变转速运动；当插刀回转轴的转速为恒定转速时，齿坯回转轴和插刀前后移动轴的实时速度通过柔性电子齿轮箱进行实时运算并作闭环控制，实现非圆齿坯插削；

加工过程中，实时监测齿坯回转轴位置信息；插削非圆直齿齿坯过程中，实时计算齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数；插削非圆斜齿齿坯过程中，实时计算齿坯回转轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间，以及插刀前后移动轴与齿坯回转轴之间在该插补周期内速比系数；并对齿坯回转轴和插刀前后移动轴的速度进行实时控制，从而实现非圆齿轮节曲线的连续展成插齿加工。

一种非圆齿轮连续展成插齿的具体操作步骤如下：

(1)工件运动：将非圆齿坯固定在所述数控插齿机的工作台上，齿坯回转轴带动工作台以变转速转动，期间实时采集齿坯回转轴位置信息；

(2)切削运动

(2.1)插刀上下移动轴带动插刀作上下往复运动为主运动；

(2.2)径向进给运动

当插刀开始接触齿坯，所述柔性电子齿轮箱控制插刀回转轴、齿坯回转轴和插刀相对于齿坯的前后移动轴同时联动，实现插刀节圆和非圆齿轮节曲线的纯插动；插刀向非圆齿坯作径向进给，一直进到齿全深；

(2.3)展成运动

插刀与非圆齿坯之间强制地保持着啮合关系，插刀将非圆齿坯上对其运动形成干涉的材料切除，从而加工出非圆齿轮的齿廓。

进一步限定的技术方案如下：

当插刀回转轴以恒定转速插削非圆直齿齿坯时，柔性电子齿轮箱在每个插补周期内接收一次齿坯回转轴的位置信息，据此计算出插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线的切点在非圆节曲线上所对应的极角值，并据此极角值计算出齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数，然后对齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度进行实时控制，所述齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度由式(1)确定：

式(1)中，ω_c为齿坯回转轴的角速度，ω_b为插刀回转轴的角速度，v_x为插刀前后移动轴的线速度，为插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线切点所对应的极角，和为关于的函数；设非圆直齿齿轮节曲线的极坐标方程为插刀节圆半径为r_c，d＝r²±r_cc，e＝rc±r_cr，g＝a²r²/d²，m＝(ra+ab)/c，则和可表示如下：

其中，公式中出现的“±”号，对非圆外齿轮加工取上标“+”的数值，对非圆内齿轮加工取下标“－”的数值。