[发明专利]一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法

摘要

本发明涉及一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法。该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；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，实时计算齿坯回转轴、插刀前后移动轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间的速比系数，并对齿坯回转轴和插刀前后移动轴的速度进行实时控制。本发明大大缩短了非圆齿轮的制造周期，实现高效高精度插削加工。

主权项

一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法，所述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；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；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；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，ωc为齿坯回转轴的角速度，ωb为插刀回转轴的角速度，vx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rc，d＝r2±rcc，e＝rc±rcr，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；当插刀回转轴以恒定转速插削非圆斜齿齿坯中，数控系统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斜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，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(2)确定：式(2)中，ωc为齿坯回转轴的回转角速度，ωb为插刀回转轴的回转角速度，vx为插刀前后移动轴的线速度，为插刀节圆与非圆斜齿齿轮节曲线切点所对应的极角，vz为插刀回转轴在Z轴方向的移动速度，βc为非圆斜齿齿轮螺旋角，和为关于的函数；i为符号系数，当插齿刀螺旋线旋向与插齿刀转动方向一致时取“‑”，反之取“+”；设非圆斜齿齿轮节曲线的极坐标方程为插刀节圆半径为rc，d＝r2±rcc，e＝rc±rcr，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。