[发明专利]一种面齿轮加工方法

说明书

技术领域

本发明属于齿轮制造方法中的面齿轮数控铣齿、磨齿加工这一领域。

背景技术

面齿轮传动是指圆柱齿轮与锥齿轮相啮合实现空间相交或交错轴之间的传动。与锥齿轮相比较，面齿轮传动具有重合度大、承载能力强、稳定性强、振动小、占空间小等优点。随着航空航天事业的发展，面齿轮传动在飞行器的动力装置中得到了广泛应用，占有很重要的地位。

面齿轮加工方法是面齿轮制造的主要任务之一，近年来国内外学者对其做了很多研究，但目前在国内对面齿轮的加工方法大多为插齿加工，加工出的面齿轮精度较低，承载能力较差，使得面齿轮的应用只能停留在低速、轻载的场合，并不能满足航空器械的传动要求，为了提高面齿轮的综合传动性能，必须实现面齿轮的高精度制造。要使面齿轮的传动性能进一步提高，一般需对面齿轮进行热处理，而热处理将对面齿轮齿面产生热胀变形，影响面齿轮的精度和传动性能，由于热处理后齿面硬度很高，采用一般的加工方法不易加工，必须研究磨齿加工方法才能解决。

对于面齿轮铣齿与磨齿加工，国内尚无制造方法及制造装备可以实现。在美国专利号US6390894(B1)中，设计了一种面齿轮磨齿机床，该机床将面齿轮毛坯安装台设计为垂直方向，降低了机床的刚度，降低了加工精度，同时该机床结构复杂，机床运动轴有十个之多，增加了数控控制的难度，也增加了成本。总体来说，近几年对面齿轮加工的研究取得了一定进展，但所设计的机床结构复杂，加工精度和生产效率并不能完全满足市场需要。

本专利发明了一种面齿轮加工方法，该方法在现有数控机床上，利用盘形刀具实现面齿轮铣齿和高精度磨齿加工，可以达到面齿轮高精度加工的效果，无需另行设计制造面齿轮专用加工机床，大大降低了生产成本，缩短了开发周期。

发明内容

本专利解决的技术问题是：针对市场上面齿轮加工精度低、传动性能差等缺陷，发明了在现有数控机床上，利用盘形刀具实现面齿轮铣齿和高精度磨齿的加工方法。该方法可以同时对面齿轮进行铣齿和热处理后的面齿轮进行磨齿加工，实现对面齿轮的粗精加工于一体，降低成本。

本专利发明的面齿轮加工方法，其特征是：面齿轮1安装于机床的工作台上，加长砂轮座4安装于机床主轴顶端，盘形刀具2安装于加长砂轮座4顶端。在加工过程中，面齿轮1随机床A旋转轴绕自身轴线旋转，同时面齿轮1随机床B旋转轴摆动。盘形刀具2随主轴绕自身轴线高速旋转，同时盘形刀具2在面齿轮的径向进行往返进给运动。加工完一个完整的齿面后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿面，直到加工完整个面齿轮齿面。

在加工过程中，为了避免面齿轮1与机床Y轴碰撞，设计了加长砂轮座4安装于机床主轴顶端,再将盘形刀具2安装于加长砂轮座4顶端，并且加长砂轮座4的长度应大于面齿轮1的外圆半径。

由面齿轮1、盘形刀具2及直齿轮3之间的啮合规律可知，要达到精确创成面齿轮齿廓，所利用的盘形刀具2的轴向横截面轮廓应与直齿轮3的轴向轮廓完全相同。在加工过程中，面齿轮1随机床A旋转轴绕自身轴线旋转和随机床B旋转轴摆动的转速比是恒定的，并且

      （1）

其中N_c与N_f分别为直齿轮3与面齿轮1的齿数。

盘形刀具2在加工过程中，为了达到切削齿坯余量、提高切削表面微观形貌的目的，盘形刀具2随机床主轴绕其自身轴线作高速旋转，其转速一般情况下是恒定的。

在加工过程中，面齿轮1每绕B旋转轴摆动一个微小的角度，盘形刀具2就在面齿轮1的径向进行一次往返进给运动，以达到切削整个齿面的效果。

在加工过程中，由于受机床B旋转轴行程限制，采用单面加工方式，先在工位1加工面齿轮的右齿面，加工完一个完整的右齿面后，面齿轮进行分度运动，以加工下一个齿的右齿面，直到加工完整个面齿轮右齿面，然后再换至工位2加工面齿轮1的左齿面，直到加工完整个面齿轮的所有齿面。

所述加工方法，可同时实现对面齿轮1进行铣齿和高精度磨齿加工，刀具和工件的相对运动关系不变。铣齿加工时，盘形刀具2为铣刀，磨齿加工时，盘形刀具2为砂轮。

所述直齿轮3是虚拟的，在现实的加工过程中，直齿轮3是不存在的，在图中将其画出只是为了更好的说明加工原理。同时在现实加工面齿轮1的齿面在磨齿加工前一般都需先进行热处理，以提高材料的综合性能。

附图说明

图1为利用盘形刀具加工面齿轮的加工原理示意图。

图2为利用盘形刀具加工面齿轮的加工原理示意图俯视图。