[发明专利]面齿轮刮齿加工方法

说明书

本发明涉及面齿轮刮齿加工方法，采用刀具切削工件的方法加工面齿轮，刀具和工件为空间交错轴面蜗杆传动，即刀具和工件形成空间圆柱面蜗杆副，实现面齿轮的刮齿加工。本发明加工方法继承了圆柱齿轮刮齿的技术优势，具有较高生产效率和加工精度；本发明方法运用空间面蜗杆传动原理实现齿面的包络，通过调整加工过程中刀具和工件的偏置实现材料去除。

技术领域

本发明涉及面齿轮的加工工艺，更具体地说，涉及一种面齿轮刮齿加工方法。

背景技术

面齿轮用于传递相交和交错轴间的力和运动，广泛应用于汽车、工程机械以及航空航天装备中，具有承载能力强、对安装误差不敏感、接触区可调等优点。

当前面齿轮的工艺主要集中在插齿、滚-磨(蜗杆刀具)、铣-磨(碟形刀具)：插齿是面齿轮最常用的加工方法，基于模拟大小齿轮的啮合实现切削，通过使插齿刀齿数比小轮多实现局部接触，能加工所有类型的面齿轮，工艺柔性好；蜗杆刀具滚-磨工艺基于面齿轮与假想齿条传动的原理，通过调整径向进给实现接触区的调整，具有极高的加工的效率，加工齿数和锥角较小的面齿轮会产生根切，且对机床和刀具的要求较高；碟形刀具铣-磨工艺基于面齿轮与单齿齿条啮合传动的原理，刀具几何简单，能通过多轴联动实现齿面修形。

以上分析表明，目前面齿轮插齿工艺柔性最好，能制造内、外锥面齿轮，但效率低、无法实现齿面自由修形；蜗杆刀具滚-磨工艺效率高，但对机床和刀具的要求较高，且不能加工内锥面齿轮；碟形刀具铣-磨工艺能实现齿面修形，但加工效率较低。

刮齿是一种针对圆柱齿轮和齿圈的高效、高精制造工艺，刮齿工艺只能应用于圆柱齿类零件(包括内、外齿轮、花键、联轴器等)，未见除此之外的加工理论和产品对象，一定程度上限制了该技术的推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种面齿轮刮齿加工方法，具有较高生产效率和加工精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种面齿轮刮齿加工方法，其特征在于，采用刀具切削工件的方法加工面齿轮，刀具和工件为空间交错轴面蜗杆传动，即刀具和工件形成空间圆柱面蜗杆副，实现面齿轮的刮齿加工。

上述方案中，面齿轮和刀具的参数满足如下关系：

式中，Σ为加工的夹角，β_g为齿轮的螺旋角，β_c为刀具的螺旋角，r_c为刀具的分度圆半径，r_g为齿轮的分度圆半径，z_g为齿轮齿数，z_g为刀具齿数，m_nc为刀具的法面模数，m_ng为齿轮法面模数。

上述方案中，刀具进给沿着水平方向，进给速度为v_f，进给距离设为s_f；当加工的齿面为斜齿时，由于进给方向与齿面的螺旋线方向不一致，刀具必须要随着进给转动一个附加的角度；刀具处于起始位置时，刀具与齿轮的接触点为P₁，刀具处于进给的终止位置时，刀具和齿轮的接触点为P₂；从中可以分析出P₁和P₁之间相差位移为s_a，满足如下关系：

从而刀具的转角为：

进一步得到附加转动速度为：ω_c'＝v_f tanβ_c/r_c

最终刀具的转速为式中k_f和i_cg分别定义为加工过程中的附加滚比和传动滚比；同时，刀具的转角为：

实施本发明的面齿轮刮齿加工方法，具有以下有益效果：