[发明专利]一种基于通用四轴数控机床与球头铣刀的螺旋锥齿轮加工方法

说明书

本发明涉及一种螺旋锥齿轮加工方法，具体涉及一种基于通用四轴数控机床与球头铣刀的螺旋锥齿轮加工方法。本发明通过齿面离散点计算、齿轮实体建模、球头铣刀直径确定、刀具路径创建、齿面加工参数计算和齿面加工过程步骤，可在通用四轴数控铣床上完成各类螺旋锥齿轮加工，无需购置昂贵的专用机床和铣刀盘，相比于铣刀盘加工出的齿轮过渡曲面，具有更大的曲率半径，可提高齿轮的弯曲疲劳强度。相比铣刀盘加工齿轮时的单侧悬臂布置方式，本发明采用的卡盘和尾座顶尖的两端支撑方式具有更好的刚性，可减少切削力导致的变形，从而提高了齿面的加工精度。

技术领域

本发明涉及一种螺旋锥齿轮加工方法，具体涉及一种基于通用四轴数控机床与球头铣刀的螺旋锥齿轮加工方法。

背景技术

螺旋锥齿轮是用于传递相交轴或相错轴之间运动的传动部件，具有重合度大、传动平稳、承载能力强等优点。螺旋锥齿轮一般采用铣刀盘在专用机床上进行加工，该方法在大批量生产时具有较高的生产效率，但在加工大直径和单件小批量螺旋锥齿轮时，由于专用机床的购置成本较高和铣刀盘制备困难，导致加工成本较高。

发明内容

本发明的目的在于：根据空间曲面的铣削方法，提供一种相比于专用机床和铣刀盘，通用数控铣床和球头铣刀价格低廉，具有较好的加工经济性的基于通用四轴数控机床与球头铣刀的螺旋锥齿轮加工方法。

本发明的技术方案是：

一种基于通用四轴数控机床与球头铣刀的螺旋锥齿轮加工方法，其特征在于：它包括以下步骤：

一、齿面离散点计算

1）、为了使齿面离散点均匀分布在齿面上，在轴截面上进行离散点规划；

2）、将齿顶线和齿根线等分为个点，将这些等分点相连得到多条齿高线；齿高线上共轭齿面和过渡曲面的分界点由直线刀刃上靠近齿根的边缘切出，

3）、确定分界点后，将齿高线上共轭齿面部分和过渡曲面部分分别均分为和个点，

4）、完成轴截面离散点规划后，以旋转投影的方法，求解得到共轭齿面和过渡曲面上的离散点坐标；

二、齿轮实体建模

在ABAQUS软件中，依据离散点创建沿齿长方向均匀分布的多个单齿截面，经放样操作得到单齿实体模型，再经旋转阵列得到齿轮实体模型；

三、球头铣刀直径确定

球头铣刀直径可通过螺旋锥齿轮的共轭齿面或过渡曲面进行确定；在螺旋锥齿轮单个齿槽范围内，过渡曲面的曲率半径最小，采用过渡曲面对球头铣刀直径进行确定，若要保证球头铣刀加工出的螺旋锥齿轮过渡曲面形状与铣刀盘加工出的形状相同，因此，必须选择直径偏小的球头铣刀刀具，而球头铣刀刀具直径偏小后，势必会导致刀具的刚性较差；

铣刀盘加工螺旋锥齿轮时共轭齿面和过渡曲面同时切出，不可分割，而球头铣刀加工螺旋锥齿轮时共轭齿面和过渡曲面分别切出，由于过渡曲面不参与啮合，因此可采用共轭齿面确定刀具直径，从而切出新的过渡曲面形状；以共轭齿面确定刀具直径时，可选择直径偏大的球头铣刀刀具，刀具直径的偏大其刚性则相对较好；选择直径偏大的球头铣刀刀具时，约束条件为加工一侧共轭齿面靠近齿根的边缘时不刮伤对侧齿面为准，；亦可在所建的齿轮实体模型上将共轭齿面凸面和凹面沿法向向外延伸一个粗切余量的距离，形成的等距曲面为凸面和凹面粗切余量面，以使粗加工时球头铣刀与粗切余量面相切。球头铣刀加工螺旋锥齿轮时，加工出的过渡曲面相比于铣刀盘加工出的过渡曲面，具有更大的曲率半径，可提高齿轮的弯曲疲劳强度。

四、刀具路径创建