CN113182618A - 线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法 - Google Patents

线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及弧齿圆柱齿轮技术领域，提供了一种线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，包括顺序进行的如下步骤：S1、将被加工齿轮安装在工件轴上；将外铣刀安装在刀轴上；S2、调整工件轴与刀轴的初始位置；S3、通过外铣刀加工出齿槽的凹齿面；S4、被加工齿轮进行分度，加工其余齿槽的凹齿面；S5、卸下外铣刀，将内铣刀安装在刀轴上；S6、控制刀轴沿Z向移动；S7、通过内铣刀加工出齿槽的凸齿面；S8、被加工齿轮进行分度，加工其余齿槽的凸齿面。本发明无需单独开发专用的加工刀具或机床，采用常规的弧齿铣刀和机床就可加工出周向齿厚相等的线接触弧齿圆柱齿轮，加工成本低、效率高，可满足市场化大批量生产与应用。

Description

线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法
技术领域
本发明涉及弧齿圆柱齿轮技术领域，尤其是一种线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法。
背景技术
弧齿圆柱齿轮是一种平行轴齿轮，其齿形结构为沿齿宽方向呈弯曲的弧形。这种齿轮副在啮合过程中，根据齿面的接触形式不同分为点接触弧齿圆柱齿轮和线接触弧齿圆柱齿轮两种。
点接触弧齿圆柱齿轮副在啮合过程中，两配对齿面上的接触形式为局部接触，接触位置主要集中在齿宽中间截面的位置，其接触应力分布如图1所示。线接触弧齿圆柱齿轮副在啮合过程中，两配对齿面上的接触形式为沿齿宽方向上呈现曲线接触，其接触应力分布如图2所示。图1、图2中，颜色越深则表明接触应力越大。
目前，有一种点接触弧齿圆柱齿轮的加工成型方法。例如，申请号为90105655.3，名称为弧齿圆柱齿轮及加工方法的专利申请，其加工齿轮时是由固定在旋转刀盘上的内外刃刀片同时对圆柱齿轮进行铣削，刀片的工作基面法向随旋转圆盘而不断变换，以该方法加工的弧齿圆柱齿轮，其在齿线圆弧的法向方向上的齿槽宽度是相等的，即齿轮的法向槽宽相等，而齿轮的周向槽宽不等，这样在齿轮的周向方向上的齿厚就不相等，齿轮边缘的周向齿厚小于齿轮中部的周向齿厚，且齿线圆弧包含的圆周角越大，这种不相等现象越明显，在进行展成法加工时，甚至会导致弧齿的两边缺失，影响齿轮强度。当采用这种方法加工线接触弧齿圆柱齿轮时，由于齿轮边缘的周向齿厚小于齿轮中部的周向齿厚，就造成线接触弧齿圆柱齿轮的弧齿在边缘位置的承载能力差，导致线接触弧齿圆柱齿轮在传动过程中容易断齿。
目前，有多种能够实现线接触弧齿圆柱齿轮的加工成型方法，可加工出周向齿厚相等的线接触弧齿圆柱齿轮，保证线接触弧齿圆柱齿轮副的平稳啮合，防止线接触弧齿圆柱齿轮出现断齿的现象。例如，授权公告号为CN103203647A，名称为一种圆弧齿线圆柱齿轮的平动加工装置；申请公布号为CN112170974A，名称为一种椭圆弧齿线圆柱齿轮及其加工方法；授权公告号为CN101890540B，名称为一种弧齿圆柱齿轮的加工方法；授权公告号为CN100335821C，名称为弧齿圆柱齿轮及其加工方法和加工装置。虽然上述几种加工方法确实能够得到满足强度要求的线接触弧齿圆柱齿轮，但是都需要单独开发专用的加工刀具或机床，这样的加工方法成本高、效率低，难以达到市场化大批量生产与应用的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，无需单独开发专用的加工刀具或机床，就可加工出周向齿厚相等的线接触弧齿圆柱齿轮。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，包括顺序进行的如下步骤：
S1、将被加工齿轮安装在加工机床的工件轴上；将外铣刀安装在加工机床的刀轴上；其中，工件轴平行于X向设置，刀轴平行于Y向设置，且X向垂直于Y向；所述外铣刀包括第一刀盘，以及圆周均布安装在第一刀盘端面上的若干个外刃刀齿；所述外刃刀齿的齿面上、且与被加工齿轮的节圆相对应的位置到第一刀盘中心线的距离为Rob；
S2、根据被加工齿轮的设计参数调整工件轴与刀轴的初始位置；其中，工件轴的中心线与刀轴的中心线在Z向的距离为Z1；Z向分别与X向和Y向垂直；
S3、控制刀轴绕自身轴线转动，控制工件轴沿Y向进给，通过外铣刀加工出一个齿槽的凹齿面；
S4、当加工出一个齿槽的凹齿面后，被加工齿轮进行分度，重复步骤S3直至所有齿槽的凹齿面加工完成为止；
S5、卸下外铣刀，将内铣刀安装在加工机床的刀轴上；所述内铣刀包括第二刀盘，以及圆周均布安装在第二刀盘端面上的若干个内刃刀齿；所述内刃刀齿的齿面上、且与被加工齿轮的节圆相对应的位置到第二刀盘中心线的距离为Rib；其中，Rob＝Rib；
S6、控制刀轴沿Z向移动，使工件轴的中心线与刀轴的中心线在Z向的距离为Z2；其中，Z2＝Z1+πm/2；m为被加工齿轮的模数；
S7、控制刀轴绕自身轴线转动，控制工件轴沿Y向进给，通过内铣刀加工出一个齿槽的凸齿面；
S8、当加工出一个齿槽的凸齿面后，被加工齿轮进行分度，重复步骤S7直至所有齿槽的凸齿面加工完成为止。
进一步的，步骤S2中，所述外铣刀的中心线与被加工齿轮的齿宽中间截面共面。
进一步的，所述加工机床为六轴数控铣齿机。
进一步的，所述外铣刀通过同轴固定在第一刀盘上的第一固定轴安装在加工机床的刀轴上。
进一步的，所述内铣刀通过同轴固定在第二刀盘上的第二固定轴安装在加工机床的刀轴上。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，无需单独开发专用的加工刀具或机床，采用常规的弧齿铣刀和机床就可加工出周向齿厚相等的线接触弧齿圆柱齿轮，加工成本低、效率高，可满足市场化大批量生产与应用。
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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是点接触弧齿圆柱齿轮副在啮合时的接触应力图；
图2是线接触弧齿圆柱齿轮副在啮合时的接触应力图；
图3是本发明实施例中通过外铣刀加工齿槽的凹齿面的结构示意图；
图4是图3中A-A剖视图；
图5是本发明实施例中通过内铣刀加工齿槽的凸齿面的结构示意图；
图6是图5中B-B剖视图；
图7是本发明实施例中加工机床的结构示意图。
图中附图标记为：1-被加工齿轮，2-加工机床，3-外铣刀，4-内铣刀，11-齿槽，21-工件轴，22-刀轴，31-第一刀盘，32-外刃刀齿，33-第一固定轴，41-第二刀盘，42-内刃刀齿，43-第二固定轴，111-凹齿面，112-凸齿面。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
参见图3至图7，本发明实施例提供的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，包括顺序进行的如下步骤：
S1、将被加工齿轮1安装在加工机床2的工件轴21上；将外铣刀3安装在加工机床2的刀轴22上；其中，工件轴21平行于X向设置，刀轴22平行于Y向设置，且X向垂直于Y向；所述外铣刀3包括第一刀盘31，以及圆周均布安装在第一刀盘31端面上的若干个外刃刀齿32；所述外刃刀齿32的齿面上、且与被加工齿轮1的节圆相对应的位置到第一刀盘31中心线的距离为Rob；
S2、根据被加工齿轮1的设计参数调整工件轴21与刀轴22的初始位置；其中，工件轴21的中心线与刀轴22的中心线在Z向的距离为Z1；Z向分别与X向和Y向垂直；
S3、控制刀轴22绕自身轴线转动，控制工件轴21沿Y向进给，通过外铣刀3加工出一个齿槽11的凹齿面111；
S4、当加工出一个齿槽11的凹齿面111后，被加工齿轮1进行分度，重复步骤S3直至所有齿槽11的凹齿面111加工完成为止；
S5、卸下外铣刀3，将内铣刀4安装在加工机床2的刀轴22上；所述内铣刀4包括第二刀盘41，以及圆周均布安装在第二刀盘41端面上的若干个内刃刀齿42；所述内刃刀齿42的齿面上、且与被加工齿轮1的节圆相对应的位置到第二刀盘41中心线的距离为Rib；其中，Rob＝Rib；
S6、控制刀轴22沿Z向移动，使工件轴21的中心线与刀轴22的中心线在Z向的距离为Z2；其中，Z2＝Z1+πm/2；m为被加工齿轮1的模数；
S7、控制刀轴22绕自身轴线转动，控制工件轴21沿Y向进给，通过内铣刀4加工出一个齿槽11的凸齿面112；
S8、当加工出一个齿槽11的凸齿面112后，被加工齿轮1进行分度，重复步骤S7直至所有齿槽11的凸齿面112加工完成为止。
所述加工机床2是一种用于对弧齿圆柱齿轮进行加工的设备。本发明实施例中，所述加工机床2优选为六轴数控铣齿机。当然，所述加工机床2还可以为其他常用的机床，在此不做具体的限定。
图7中示出了一种加工机床2的具体结构。
参见图7，图中的X向、Y向和Z向为三个相互垂直的方向，其中，X向和Y向为两个水平方向，Z向为竖直方向。所述加工机床2上具有水平设置的工件轴21和刀轴22。其中，所述工件轴21可绕自身轴线转动，且工件轴21还可在水平面内绕一竖向中心线转动，且工件轴21还可沿Y向往复运动。所述刀轴22可绕自身轴线转动，且刀轴22平行于Y向设置，刀轴22可分别沿X向和Z向往复运动。所述工件轴21用于安装被加工齿轮1；所述刀轴22用于安装弧齿铣刀。
下面结合图3至图6，以及图7中示出的加工机床2的结构对本发明实施例提供的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法进行说明。
步骤S1中，将被加工齿轮1安装在加工机床2的工件轴21上，可保证被加工齿轮1与工件轴21同轴，这样就可通过工件轴21带动被加工齿轮1绕自身轴线转动。调整工件轴21的位置，使工件轴21的轴线与X向平行。
所述外铣刀3用于对被加工齿轮1的齿槽11的凹齿面111进行加工。参见图3，所述外铣刀3包括呈圆盘形的第一刀盘31，以第一刀盘31的轴线为中心、且圆周均布安装在第一刀盘31右端面上的若干个外刃刀齿32，同轴固定在第一刀盘31左端面的第一固定轴33。所述外刃刀齿32朝向第一刀盘31边缘的那一侧具有用于与齿槽11的凹齿面111相适配的弧形凸齿面。所述外刃刀齿32的弧形凸齿面上、且与被加工齿轮1的节圆相对应的位置到第一刀盘31中心线的距离为Rob。
将外铣刀3安装在加工机床2的刀轴22上，具体的，将第一固定轴33安装在加工机床2的刀轴22，可保证外铣刀3与刀轴22同轴，这样就通过刀轴22带动外铣刀3绕自身轴线转动。所述刀轴22平行于Y向，因此当调整工件轴21使其与X向平行后，就可保证所述被加工齿轮1的轴线与外铣刀3的轴线呈相互垂直的状态。
步骤S2中，根据被加工齿轮1的设计参数调整工件轴21与刀轴22的初始位置。具体的，根据被加工齿轮1的设计参数调整刀轴22在X向和Z向的位置。例如，参见图3，可通过调整刀轴22在X向和Z向的位置，使外铣刀3的中心线位于被加工齿轮1的中心线的下方，且外铣刀3的外刃刀齿32正对被加工齿轮1左侧180°的位置，此时，所述被加工齿轮1的中心线与外铣刀3的中心线在Z向的距离为Z1。当然，当工件轴21与刀轴22的初始位置调整后，所述外铣刀3的中心线也可以位于被加工齿轮1的中心线的上方，在此不做具体的限定。
优选的，所述外铣刀3的中心线与被加工齿轮1的齿宽中间截面共面。参加图4，这样就可加工出关于齿宽中间截面对称的弧形齿槽。
步骤S3中，启动加工机床2，对被加工齿轮1进行加工。具体的，参见图3，控制刀轴22绕自身轴线转动，进而带动外铣刀3转动，控制工件轴21沿Y向进给，进而通过外铣刀3在被加工齿轮1左侧的180°位置加工出一个齿槽11的凹齿面111，如图4所示，该齿槽11的凹齿面111在齿轮的节圆位置处的半径为Rob。
步骤S4中，当在被加工齿轮1上加工出一个齿槽11的凹齿面111后，然后被加工齿轮1进行分度，并重复步骤S3，依次加工出被加工齿轮1上其余齿槽11的凹齿面111。
步骤S5中，所述内铣刀4用于对被加工齿轮1的齿槽11的凸齿面112进行加工。参见图5，所述内铣刀4包括呈圆盘形的第二刀盘41，以第二刀盘41的轴线为中心、且圆周均布安装在第二刀盘41右端面上的若干个内刃刀齿42，同轴固定在第二刀盘41左端面的第二固定轴43。所述内刃刀齿42朝向第二刀盘41中心的那一侧具有用于与齿槽11的凸齿面112相适配的弧形凹齿面。所述内刃刀齿42的弧形凹齿面上、且与被加工齿轮1的节圆相对应的位置到第二刀盘41中心线的距离为Rib；其中，Rob＝Rib。
当被加工齿轮1上所有齿槽11的凹齿面111都加工完成后，卸下外铣刀3，此时应保证工件轴21在Y向和Z向的位置不变，保证刀轴22在X向和Z向的位置不变，然后将内铣刀4安装在加工机床2的刀轴22上。具体的，将第二固定轴43安装在加工机床2的刀轴22上，可保证内铣刀4与刀轴22同轴，这样就通过刀轴22带动内铣刀4绕自身轴线转动。
步骤S6中，控制刀轴22沿Z向移动，使工件轴21的中心线与刀轴22的中心线在Z向的距离为Z2；其中，Z2＝Z1+πm/2；m为被加工齿轮1的模数。具体的，参见图5，由于内铣刀4的中心线位于被加工齿轮1的中心线的下方，因此，控制刀轴22沿Z向向下移动πm/2即可，此时所述内铣刀4的内刃刀齿42正对被加工齿轮1左侧180°的位置，且所述被加工齿轮1的中心线与内铣刀4的中心线在Z向的距离为Z2。
当然，当步骤S2中所述外铣刀3的中心线位于被加工齿轮1的中心线的上方时，那么在步骤S6中，就应控制刀轴22沿Z向向上移动πm/2即可。
步骤S7中，启动加工机床2，对被加工齿轮1进行加工。具体的，参见图5，控制刀轴22绕自身轴线转动，进而带动内铣刀4转动，控制工件轴21沿Y向进给，进而通过内铣刀4在被加工齿轮1左侧的180°位置加工出一个齿槽11的凸齿面112，如图6所述，该齿槽11的凸齿面112在齿轮的节圆位置处的半径为Rib，这样就完成一个齿槽11的加工。
步骤S8中，当在被加工齿轮1上加工出一个齿槽11的凸齿面112后，然后被加工齿轮1进行分度，并重复步骤S7，依次加工出被加工齿轮1上其余齿槽11的凸齿面112。
当被加工齿轮1的所有齿槽11的凹齿面111和凸齿面112均加工完成后，就可卸下被加工齿轮1和内铣刀4。本发明实施例提供的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，由于齿槽11的凹齿面111和凸齿面112的半径相等，那么齿槽11在沿齿轮周向的宽度就相等，亦即，齿轮的周向齿厚相等。
本发明实施例提供的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，与现有技术相比，无需单独开发专用的加工刀具或机床，采用常规的弧齿铣刀和机床就可加工出周向齿厚相等的线接触弧齿圆柱齿轮，加工成本低、效率高，可满足市场化大批量生产与应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，其特征在于，包括顺序进行的如下步骤：
S1、将被加工齿轮(1)安装在加工机床(2)的工件轴(21)上；将外铣刀(3)安装在加工机床(2)的刀轴(22)上；其中，工件轴(21)平行于X向设置，刀轴(22)平行于Y向设置，且X向垂直于Y向；所述外铣刀(3)包括第一刀盘(31)，以及圆周均布安装在第一刀盘(31)端面上的若干个外刃刀齿(32)；所述外刃刀齿(32)的齿面上、且与被加工齿轮(1)的节圆相对应的位置到第一刀盘(31)中心线的距离为Rob；
S2、根据被加工齿轮(1)的设计参数调整工件轴(21)与刀轴(22)的初始位置；其中，工件轴(21)的中心线与刀轴(22)的中心线在Z向的距离为Z1；Z向分别与X向和Y向垂直；
S3、控制刀轴(22)绕自身轴线转动，控制工件轴(21)沿Y向进给，通过外铣刀(3)加工出一个齿槽(11)的凹齿面(111)；
S4、当加工出一个齿槽(11)的凹齿面(111)后，被加工齿轮(1)进行分度，重复步骤S3直至所有齿槽(11)的凹齿面(111)加工完成为止；
S5、卸下外铣刀(3)，将内铣刀(4)安装在加工机床(2)的刀轴(22)上；所述内铣刀(4)包括第二刀盘(41)，以及圆周均布安装在第二刀盘(41)端面上的若干个内刃刀齿(42)；所述内刃刀齿(42)的齿面上、且与被加工齿轮(1)的节圆相对应的位置到第二刀盘(41)中心线的距离为Rib；其中，Rob＝Rib；
S6、控制刀轴(22)沿Z向移动，使工件轴(21)的中心线与刀轴(22)的中心线在Z向的距离为Z2；其中，Z2＝Z1+πm/2；m为被加工齿轮(1)的模数；
S7、控制刀轴(22)绕自身轴线转动，控制工件轴(21)沿Y向进给，通过内铣刀(4)加工出一个齿槽(11)的凸齿面(112)；
S8、当加工出一个齿槽(11)的凸齿面(112)后，被加工齿轮(1)进行分度，重复步骤S7直至所有齿槽(11)的凸齿面(112)加工完成为止。
2.根据权利要求1所述的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，其特征在于，步骤S2中，所述外铣刀(3)的中心线与被加工齿轮(1)的齿宽中间截面共面。
3.根据权利要求1所述的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，其特征在于，所述加工机床(2)为六轴数控铣齿机。
4.根据权利要求1所述的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，其特征在于，所述外铣刀(3)通过同轴固定在第一刀盘(31)上的第一固定轴(33)安装在加工机床(2)的刀轴(22)上。
5.根据权利要求1所述的线接触弧齿圆柱齿轮的加工方法，其特征在于，所述内铣刀(4)通过同轴固定在第二刀盘(41)上的第二固定轴(43)安装在加工机床(2)的刀轴(22)上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113681088A (zh) * 2021-09-26 2021-11-23 重庆齿轮箱有限责任公司 一种高精度圆柱齿轮铣齿加工方法

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