[发明专利]平面二次包络环面蜗杆五轴侧铣加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及平面二次包络环面蜗杆铣削加工领域，尤其是一种平面二次包络环面蜗杆的五轴数控侧铣加工方法，具体地，涉及适用于平面包络环面蜗杆类零件的五轴精密数控加工。

背景技术

以平面为母面，通过空间包络运动形成平面包络环面蜗杆，再以蜗杆齿面为母面，经过第二次包络就可以形成蜗轮，把这两次包络形成的蜗杆和蜗轮相配，就形成了平面二次包络环面蜗杆传动。

平面二次包络蜗杆传动与圆柱蜗杆传动相比较，具有以下优点：传动时接触齿数多，使每一接触点的载荷较小；传动时润滑条件好；齿面接触应力小 。所以环面蜗杆传动的承载能力大，传动效率高。

由于平面二次包络蜗杆传动具有上述优点,因此,自该传动型式诞生以来,很快在全国各行各业中被推广,现已大量应用于冶金设备,并在造船、采矿、机械、建筑、军工、化工等各行业中采用,受到普遍欢迎。

传统的平面二次包络环面蜗杆的加工工艺通常采用：首先采用车削粗加工，然后淬火热处理，最后采用磨削精加工。

粗加工的车削是让车刀刀刃与基圆相切于一条直线，而精加工的磨削砂轮平面则是一个有倾斜角而与基圆相切的母平面，两者的成型原理不同，前者属于不变齿形等齿厚蜗杆，后者属于变齿形变齿厚蜗杆，因此造成了磨削余量不均匀的问题。

精加工时由于圆形的砂轮平面与平面四边形的蜗轮齿面不相符，只能凭经验使砂轮平面覆盖理论蜗轮齿面的一部分，因而造成加工出的蜗杆齿面存在误差，并且在磨削加工两侧齿面时需要翻转磨头，降低了加工效率。而且由于是采用仿形法加工，需要蜗杆专用磨头和蜗杆螺旋面切削刀盘等专用设备。

国内目前为止解决余量均化问题的方法主要是平面铣刀包络法(周良墉.环面蜗杆修型原理及制造技术.长沙:国防科技大学出版社，2005)，即用一个与母平面形状一致的铣刀去加工蜗杆齿面，这种方法粗加工后的齿面与磨削后的齿面最接近，但是需要制作专门的铣刀和铣刀头，对机床的刚度要求较高，增加了工序和成本。

经对现有技术的文献检索发现，有一种用双锥面砂轮替代现有的平面砂轮和锥面砂轮磨削包络环面蜗杆以提高蜗杆磨削效率的方法（万芳美，包络环面蜗杆的高效磨削方法研究，重庆工学院学报 1006-401X(2000)03-0027-04），提出用一较大直径的双面锥形砂轮作为工具母面,它可分别或同时磨削蜗杆的两侧齿面，不用翻转磨头，但是这种方法是用锥形砂轮近似平面砂轮，是一种近似的方法，加工出的蜗杆也是对平面二包蜗杆的近似。

 

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提出一套用于平面二次包络环面蜗杆的五轴侧铣加工方法，消除粗加工余量的不均匀性，实现平面二次包络环面蜗杆齿面的精确加工，提高加工效率。

本发明的技术方案是：一种平面二次包络环面蜗杆五轴侧铣加工方法，所述平面二次包络环面蜗杆可分为甲侧齿面、乙侧齿面、齿底面、齿顶面四部分，其包括如下步骤：

（1）根据零件材料和结构选择合适的侧铣刀具；

（2）根据选择的侧铣刀具确定侧铣加工工艺参数：

（3）五轴联动粗加工蜗杆齿根底面；

（4）五轴联动侧铣粗加工蜗杆甲侧齿面；

（5）五轴联动侧铣粗加工蜗杆乙侧齿面：

（6）对粗加工后的蜗杆进行淬火热处理；

（7）五轴联动精加工齿根底面；

（8）五轴联动侧铣精加工蜗杆甲侧齿面；

（9）五轴联动侧铣精加工蜗杆乙侧齿面。

本发明的工作原理是：通过对平面二次包络环面蜗杆成型原理的分析，得出平面二次包络环面蜗杆的两侧齿面均是可展直纹面；根据空间啮合原理，得到平面二次包络环面蜗杆的啮合方程，进而得到平面二次包络环面蜗杆齿面上啮合接触线方程；这些接触线均是直线，在工作角范围内，由这些接触线产生出蜗杆两侧齿面；因此，使侧铣刀具的侧刃与接触线重合，完全按照蜗杆齿面接触线的轨迹进行侧铣加工，便可以得到准确的平面二次包络环面蜗杆齿面；粗加工时，使刀具侧刃沿着齿面接触线的法向偏置相同的距离作为余量，便可以达到余量均化的目的。

所述的侧铣刀具是：指具有侧刃可以进行侧铣加工的平底立铣刀、环形铣刀、锥形铣刀。

所述的啮合接触线是：蜗轮蜗杆在啮合过程中每一时刻的接触线。

所述的平面二次包络环面蜗杆成型原理是：以一个平面斜齿轮为产形轮绕其轴线旋转，同时令环面蜗杆坯件绕另一轴线按一定的转动比旋转，所展成的蜗杆就是平面包络环面蜗杆。