[发明专利]一种高精度螺旋锥齿轮铣齿机及加工方法

说明书

本发明公开了一种高精度螺旋锥齿轮铣齿机及加工方法，包括铣齿机操作面板、铣齿机刀具主轴、工件跳动在线检测装置、工件主轴夹具、铣齿机测头和自动上下料机器人，所述铣齿机刀具主轴设置在工件主轴夹具的一侧，所述工件主轴夹具的下方设置工件跳动在线检测装置，工件主轴夹具的上方设置自动下料机器人，在工件主轴夹具和自动下料机器人之间设置铣齿机测头，所述铣齿机操作面板分别与铣齿机刀具主轴、工件跳动在线检测装置、铣齿机测头和自动上下料机器人通讯连接。本发明能实现了工件安装在铣齿机上后相对于铣齿机主轴回转中心的偏心误差最小化。

技术领域

本发明涉及齿轮加工设备技术领域，具体是一种高精度螺旋锥齿轮铣齿机及加工方法。

背景技术

螺旋锥齿轮主齿铣齿加工精度的主要影响因素有：铣齿机设备精度、刀具精度、夹具精度、工件齿坯精度、人工装夹误差等。铣齿加工时刀盘、工件齿坯、夹具相对的安装位置见附图1。

铣齿机设备精度介绍，以格里森凤凰275HC系列机型为例，该机型刀具轴和工件轴径向跳动可达到＜0.001，设备X、Y、Z、A、B、C等各轴重复定位精度＜0.002。设备精度已较高，且在工件和刀具安装在设备上后，可运行自动调谐功能，设备自动适应工件、刀具的重量、重心变化等因素，达到最佳动平衡状态。

刀具精度：目前等高齿铣齿用硬质合金刀条经磨刀、涂层后在螺旋锥齿轮专用的装刀机上安装，装刀机配备高精度角度编码器，在标准系列内的刀盘如刀条组数为11组、13组、17组刀盘在装刀完成后，内刀齿、外刀齿的径向跳动可达到＜0.002。对螺旋锥齿轮铣齿加工可提供稳定的精度保障。刀具结构示意图见图2。

铣齿前的工件精度：现有主齿铣齿上线前需对毛坯进行精车、螺纹、花键加工，精车工序通常采用两端中心孔定位端面顶尖驱动防止工件与精车夹具间出现相对运动，主齿工件通常采用一次装夹即精车完成主齿除左右两端面的所有加工表面。加工精度较高，但加工后的主齿轴承位跳动可控制在0.01左右(以下所说的铣齿前工件精度均为工件轴承位跳动精度)，批量精车时主齿轴承位跳动在0.005-0.015范围内波动。

铣齿夹具精度：现有铣齿夹具通常以主齿安装端面定位，采用双锥度结构收缩弹簧夹头同时涨紧主齿对应的两个轴承安装位置，夹具结构示意图见图3。夹具在制造过程中，同样存在一定的制造误差，通过使用标准芯棒(杆部尺寸与被加工的主齿杆部尺寸一致，芯棒精磨后跳动可控制在0.001以下)，装上夹具夹紧芯棒后检测芯棒的径向跳动就是对应的铣齿夹具精度。通常该精度的控制范围也在0.005与0.01之间波动。尤其当夹具使用一段时间后，随着装夹工件带来的轻微磨损，以及弹簧夹头松开、涨紧过程中产生的微量变形，夹具径向跳动会逐渐变大，夹具精度变差。但此过程不会突变，或出现随机性变化。夹具跳动的最高点和最低点在一定周期内是稳定不变的。

人工装夹误差：主齿工件在前工序的加工过程中以及在各工序间的流转过程中，工件定位面会粘有铁屑或工件装具上的杂质。如果装夹时不将定位面表面的铁屑和杂质清理干净，会导致工件装夹不正，加工出的产品精度等级远高于正常加工的产品，可达到9级以上(国标GB11365-89中，齿轮精度等级越高表示齿轮精度越差)，导致工件报废。

齿轮在加工过程中受设备、刀具、工件齿坯、夹具精度等影响，会对最终铣齿加工完成的主齿精度产生不同的结果。在批量生产过程中，通常会产生如下现象，如在人、机、料、法、环等多种因素均为发生变化时，最终铣齿加工出的主齿精度可能会有较大差别，差别介于1-3个精度等级之间。当工件齿坯定位夹紧处的轴承位径向跳动越大、铣齿夹具用标准芯棒检测的径向跳动越大时，对应的铣齿加工后的主齿精度则波动越大。