CN112620817A - 一种分段式齿轮加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分段式齿轮加工方法，划分整数个待加工区域，在待加工区域中确定基准齿槽；在基准齿槽角度范围内确定基准原点，以基准原点为相对坐标原点加工基准齿槽；在待加工的相对齿槽角度范围内确定相对原点，以工作台中心为圆心转动，使相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向平行；以相对原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工相对齿槽；刀头铣削时以相同的程序进行加工，只有相对坐标原点不同，不需要调节刀头的角度，确保每个齿槽的加工保持均匀一致；在每个待加工区域的整个过程不改变工件与工作台的相对位置，通过调节工作台的角度，使每个相对齿槽分别对正刀头，每次铣削过程都在相对坐标系下完成，保证了加工精度。

Description

一种分段式齿轮加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更进一步涉及一种分段式齿轮加工方法。

背景技术

加工超大直径齿轮时，由于齿轮直径远远大于工作台直径，零件无法完全由工作台支撑，零件中心无法与机床回转中心重合，常规加工方法有以下三种。

方法一：零件装夹找正，平放固定在工作台上不动，机床以零件中心为坐标原点，刀具轴向进给，刀架从上向下移动，通过框架编程实现主程序调用子程序循环加工的方法，此方法由于超大直径零件齿宽较宽，刀轴悬深较长，刚性较差，加工过程刀具发震等因素导致加工的齿轮有颤纹且齿向精度较差；方法二：由于零件外圆远远大于工作台直径，针对需要加工的齿轮，一次生成多个齿槽程序，采用径向进刀方式进行加工，此方法通过一段程度加工一段齿槽，一段中的每个齿槽分别独立编程，因此铣齿程序较长，跳齿和换刀不方便，容错性较小、风险较大；方法三：零件、工装上均设计与齿数相同且同相位的定位销孔，零件、工装通过定位销连接，在高精度数控机床上通过固定工装、旋转工件，定位销重复定位进行加工，此方法定位销孔间隙过大则精度不理想，销孔间隙过小，每加工完成一个齿槽后需要旋转到下一齿槽对应位置，然后重新夹装零件，每次旋转工件，定位销拆卸、安装困难，且操作繁琐。

对于本领域的技术人员来说，如何精准加工齿槽，并且减少拆卸夹装的次数，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种分段式齿轮加工方法，每个待加工区域的加工过程不需要改变工件与工作台的相对位置，并且每个齿槽的加工都采用相同原理获得的相对坐标系进行，能够实现精准加工齿槽，具体方案如下：

一种分段式齿轮加工方法，包括：

将工件划分为整数个待加工区域，把其中一个待加工区域固定到工作台上，并在此待加工区域中确定基准齿槽；

在所述基准齿槽角度范围内确定基准原点，获取所述基准原点的坐标，以所述基准原点为相对坐标原点，在初始位置通过刀头铣削加工所述基准齿槽；

在待加工的相对齿槽角度范围内确定相对原点；

转动工作台，以工作台中心为圆心转动，使所述相对齿槽的朝向与所述基准齿槽被加工时的朝向平行；

获取所述相对原点的坐标，以所述相对原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工所述相对齿槽；

判断待加工区域是否完成加工，

若否，则重复上述步骤完成当前待加工区域的全部齿槽加工；

若是，则拆除工件，并相对于工作台移动工件，将其他待加工区域固定到工作台上，重复上述步骤，逐个加工剩余的待加工区域。

可选地，所述相对原点在所述相对齿槽角度范围内的相对位置与所述基准原点在所述基准齿槽角度范围内的相对位置保持一致。

可选地，所述基准原点为所述基准齿槽的对称轴与内圈的交点；

所述相对原点为相对齿槽的对称轴与内圈的交点。

可选地，每次完成一个所述相对齿槽的加工后，反向转动工作台，使工作台回到初始位置；

所述以工作台中心为圆心转动，使所述相对齿槽的朝向与所述基准齿槽被加工时的朝向平行；具体包括：

以工作台中心为圆心转动360k/Z度；

其中，k为所述相对齿槽距离所述基准齿槽的齿数之差，Z为工件上的齿槽总数。

可选地，所述基准齿槽位于待加工区域的对称轴附近。

可选地，在一个待加工区域中，当所述基准齿槽一侧全部的所述相对齿槽加工完成后，反向加工所述基准齿槽另一侧的所述相对齿槽。

可选地，所述基准齿槽的对称轴与工作台的绝对坐标系的Z轴重合，工作台中心为绝对坐标系的原点。

可选地，所述把其中一个待加工区域固定到工作台上，包括：

将工作台上设置的至少两个定位销与工件上的减重孔定位插装，并通过螺栓将工件固定到工作台上。

本发明提供一种分段式齿轮加工方法，将工件划分为整数个待加工区域，每个待加工区域重复相同的过程完成加工，在对一个待加工区域加工时，先把其固定到工作台上，并在此待加工区域中确定基准齿槽；在基准齿槽角度范围内确定基准原点，获取基准原点的坐标，以基准原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工基准齿槽；在待加工的相对齿槽角度范围内确定相对原点，转动工作台，以工作台中心为圆心转动，使相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向平行；转动角度后获取相对原点的坐标，以相对原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工相对齿槽；刀头铣削时以相同的程序进行加工，只有相对坐标原点不同，并且齿槽的朝向一致，不需要调节刀头的角度，确保每个齿槽的加工保持均匀一致；当一个待加工区域中的全部齿槽加工完成后，改变工件的位置，重复上述步骤，逐个加工剩余的待加工区域；本发明提供的分段式齿轮加工方法在每个待加工区域的整个过程不改变工件与工作台的相对位置，通过调节工作台的角度，使每个相对齿槽分别对正刀头，并且每次铣削过程都在相对坐标系下完成，保证了加工精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的分段式齿轮加工方法的流程图；

图2A为工件加工基准齿槽的位置示意图；

图2B为工件转动到第一个相对齿槽的位置示意图；

图3A为工件加工基准齿槽的位置示意图；

图3B为工件转动到第k个相对齿槽的位置示意图；

图4为一个待加工区域的示意图。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种分段式齿轮加工方法，每个待加工区域的加工过程不需要改变工件与工作台的相对位置，并且每个齿槽的加工都采用相同原理获得的相对坐标系进行，能够实现精准加工齿槽。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的分段式齿轮加工方法进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的分段式齿轮加工方法的流程图，包括以下步骤：

S1、将工件划分为整数个待加工区域，把其中一个待加工区域固定到工作台上，并在此待加工区域中确定基准齿槽；待加工区域按周向划分，通常可将工件周向360度等分为12份，每份为约30度的扇形区域，每个待加工区域需要加工出若干个齿槽。基准齿槽为待加工区域内第一个被加工的齿槽，其后加工的齿槽均以基准齿槽为参考标准。

S2、在基准齿槽角度范围内确定基准原点，获取基准原点的坐标，以基准原点为相对坐标原点，在初始位置通过刀头铣削加工基准齿槽；铣刀的刀头铣削加工工件时采用相对坐标系，以被加工的基准齿槽角度范围内的基准原点作为相对坐标原点，按预设的程序加工，加工基准齿槽时工件和工作台处于初始位置。

S3、在待加工的相对齿槽角度范围内确定相对原点；每个相对齿槽角度范围内选定一个相对原点。

S4、转动工作台，以工作台中心为圆心转动，使相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向平行；基准齿槽加工完成后，转动工作台，以工作台中心为圆心转动一定角度，使下一待加工的相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向平行。

S5、获取相对原点的坐标，以相对原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工相对齿槽；加工相对齿槽时的程序与加工基准齿槽时的程序相同，区别在于加工基准齿槽时的相对坐标原点与加工相对齿槽时的相对坐标原点不同，通过采用相同的加工程序保证加工时具有较高的精度。

S7、判断待加工区域是否完成加工，根据判断结果进行以下步骤：

若否，则重复上述步骤完成当前待加工区域的全部齿槽加工；也即重复步骤S2以后的过程，每个相对齿槽分别确定其对应的相对原点，并以此相对原点为相对相对坐标系的原点，每个齿槽按相同的程序加工。

若是，则拆除工件，并相对于工作台移动工件，将其他待加工区域固定到工作台上，重复上述步骤，逐个加工剩余的待加工区域。也就是说，当移动工件到其他待加工区域后，重复上述步骤S1以后的过程，直到整个待加工区域中的齿槽全部加工完成，如此重复最终完成全部待加工区域的加工过程，使工件被加工成齿轮。

本发明的分段式齿轮加工方法将整个大齿轮划分为若干个待加工区域，每个待加工区域独立完成加工，在每个待加工区域进行加工时，工件与工作台的相对位置保持固定不变，在加工相对齿槽时，工作台带动工件相对于工作台的中心旋转同步运动；本发明的加工方法仅在更换不同的待加工区域时将工件相对于工作台移动，因而减少了频繁安装拆卸工件的繁琐过程。

并且本发明的分段式齿轮加工方法在对同一个待加工区域进行铣削时，先加工出基准齿槽，以后每次加工相对齿槽时相对转动特定的角度，使待加工的相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向方向平行，也即与Z轴方向平行，因而刀头仅需做二维移动即可对正相对齿槽，不需要改变刀头的角度；对某一个相对齿槽加工完成后，反向转动回到初始位置；铣削过程中均以相对原点作为相对坐标系，采用相同的程序加工，因此能够保证对每个齿槽加工具有相同的效果，减小误差。

在上述方案的基础上，上述过程所确定的相对原点应满足以下要求：相对原点在相对齿槽角度范围内的相对位置与基准原点在基准齿槽角度范围内的相对位置保持一致；也即假如将相对齿槽角度范围与基准齿槽角度范围相互重叠时，相对原点和基准原点的位置相互重合，保证在加工不同的齿槽时的相对原点位置一致，加工不同的齿槽时具有相同的参考点。

更进一步，本发明中的基准原点为基准齿槽的对称轴与内圈的交点；相对原点为相对齿槽的对称轴与内圈的交点；通常基准原点和相对原点均在齿槽的对称轴上选定。

更进一步，还包括步骤S6、每次完成相对齿槽的加工后，反向转动工作台，使工作台回到初始位置；步骤S6在步骤S7之前，每个相对齿槽的加工均从初始位置转动，参考标准都是加工基准齿槽所在的初始位置，能够减少累积误差，在一定程度上确保加工的精准度。

由于每次加工相对齿槽后都反向转动到基准齿槽位置，因此上述步骤S4中所涉及的“以工作台中心为圆心转动，使相对齿槽的朝向与基准齿槽被加工时的朝向平行”具体包括：

以工作台中心为圆心转动360k/Z度；

其中，k为所述相对齿槽距离所述基准齿槽的齿数之差，Z为工件上的齿槽总数。

如图2A所示，为工件加工基准齿槽的位置示意图；图2B为工件转动到第一个相对齿槽的位置示意图；图中A表示基准齿槽，B表示与基准齿槽相邻的第一个相对齿槽；O(Z0，X0)为基准原点，O〞(0，0)为工作台中心，O＇为工件中心，O1(Z1，X1)为转动360/Z度时相对原点的坐标值。

如图2A所示，当工件位于初始位置时，基准齿槽A的对称轴与X轴重合；如图2B所示，当工件相对于工作台中心转动360/Z度后，第一个相对齿槽的对称轴与Z轴平行，此时相对齿槽B的朝向与Z轴平行，刀头加工基准齿槽A和相对齿槽B时朝向相同，不需要改变刀头的角度。

如图3A所示，为工件加工基准齿槽的位置示意图；图3B为工件转动到第k个相对齿槽的位置示意图；与图2B相类似，当加工第k个相对齿槽时，将工件从基准齿槽位置转动360k/Z度，转动后第k个相对齿槽的对称轴与Z轴平行，第k个相对齿槽正对刀头。

结合图3A和图3B，以下介绍相对原点Ok(Zk，Xk)计算方法：

首先明确，O′O″为工件中心到工作台中心距离，即偏心距离，用e表示，O′O″＝e。O′O、O′Ok都是工件内孔半径，用R表示，O′O＝O′Ok＝R。O″O为工作台中心O″到基准原点O的距离，O″O＝R-e。k表示第k个齿槽，k＝1，2，3......(k为正整数)。Z表示外圈需要加工的齿槽总数。

相对原点坐标为Ok(-|M Ok|，|O″M|)，

根据几何关系可知，在Rt△O′O″M中：

O′M＝O′O″×cos(360°k/Z)＝e×cos(360°k/Z)

O″M＝O′O″×sin(360°k/Z)＝e×sin(360°k/Z)

M Ok＝O′Ok-O′M＝R-e×cos(360°k/Z)

从而得出相对原点Ok坐标：

Ok(e×cos(360°k/Z)-R，e×sin(360°k/Z))。

具体地，如图4所示，为一个待加工区域的示意图；本发明中的基准齿槽位于待加工区域的对称轴附近，两侧基本对称分布相对齿槽，以待加工区域的对称轴附近，距离两侧最边缘的转动角度相等，且最边缘的相对齿槽转动的角度相对较小，能够减小误差。

具体地，本发明在一个待加工区域中，当基准齿槽一侧全部的相对齿槽加工完成后，反向加工基准齿槽另一侧的相对齿槽，也即先沿顺时针转动加工各个相对齿槽，基准齿槽一侧的相对齿槽全部加工完成后，再反向逆时针加工各个相对齿槽。

当然，除了上述加工顺序之外，也可对称加工，即顺时针转动加工一个相对齿槽，再逆时针转动加工一个对称的齿槽，如此反复也可达到相同的作用。

基准齿槽的对称轴与工作台的绝对坐标系的Z轴重合，工作台中心为绝对坐标系的原点。保证工件对称轴、工作台中心、机床Z轴在一条直线上。

在上述任一技术方案及其相互组合的基础上，上述步骤S1中，把其中一个待加工区域固定到工作台上，包括：

将工作台上设置的至少两个定位销与工件上的减重孔定位插装，并通过螺栓将工件固定到工作台上；工件上沿周向设置多个减重孔，工作台的上表面凸出设置至少两根定位销，能够保证工件与工作台之间的相对位置准确固定，并通过螺栓穿过其他的减重孔，与工作台上的螺纹孔相互配合拧装固定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种分段式齿轮加工方法，其特征在于，包括：

将工件划分为整数个待加工区域，把其中一个待加工区域固定到工作台上，并在此待加工区域中确定基准齿槽；

在所述基准齿槽角度范围内确定基准原点，获取所述基准原点的坐标，以所述基准原点为相对坐标原点，在初始位置通过刀头铣削加工所述基准齿槽；

在待加工的相对齿槽角度范围内确定相对原点；

转动工作台，以工作台中心为圆心转动，使所述相对齿槽的朝向与所述基准齿槽被加工时的朝向平行；

获取所述相对原点的坐标，以所述相对原点为相对坐标原点，通过刀头铣削加工所述相对齿槽；

判断待加工区域是否完成加工，

若否，则重复上述步骤完成当前待加工区域的全部齿槽加工；

若是，则拆除工件，并相对于工作台移动工件，将其他待加工区域固定到工作台上，重复上述步骤，逐个加工剩余的待加工区域。

2.根据权利要求1所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，所述相对原点在所述相对齿槽角度范围内的相对位置与所述基准原点在所述基准齿槽角度范围内的相对位置保持一致。

3.根据权利要求2所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，

所述基准原点为所述基准齿槽的对称轴与内圈的交点；

所述相对原点为相对齿槽的对称轴与内圈的交点。

4.根据权利要求3所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，每次完成一个所述相对齿槽的加工后，反向转动工作台，使工作台回到初始位置；

所述以工作台中心为圆心转动，使所述相对齿槽的朝向与所述基准齿槽被加工时的朝向平行；具体包括：

以工作台中心为圆心转动360k/Z度；

其中，k为所述相对齿槽距离所述基准齿槽的齿数之差，Z为工件上的齿槽总数。

5.根据权利要求3所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，所述基准齿槽位于待加工区域的对称轴附近。

6.根据权利要求5所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，在一个待加工区域中，当所述基准齿槽一侧全部的所述相对齿槽加工完成后，反向加工所述基准齿槽另一侧的所述相对齿槽。

7.根据权利要求1所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，所述基准齿槽的对称轴与工作台的绝对坐标系的Z轴重合，工作台中心为绝对坐标系的原点。

8.根据权利要求1至7任一项所述的分段式齿轮加工方法，其特征在于，所述把其中一个待加工区域固定到工作台上，包括：

将工作台上设置的至少两个定位销与工件上的减重孔定位插装，并通过螺栓将工件固定到工作台上。

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