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摆线锥齿轮数控成形铣齿机开发及切齿验证

作者: 发布时间:2015-07-24 浏览次数:1023
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  聂少武 邓 静 邓效忠 张明柱

  ( 河南科技大学机电工程学院,河南 洛阳 471003)

  摘 要: 基于摆线齿锥齿轮连续分度加工原理,建立了成形法加工基本数学模型。依据刀具与工件的相对运动及位置关系,开发了摆线齿锥齿轮数控成形铣齿机,建立了机床数学模型,并依据位置等价关系推导出机床调整参数计算公式。基于西门子 828D 数控系统的电子齿轮箱和同步编程功能,编制了数控加工程序,实现了对切齿运动及位置的控制。最后进行了切齿加工实验、齿面检测及接触区滚检结果表明,开发机床的加工精度及加工性能均能满足工程需要。

  关键词: 摆线齿锥齿轮; 成形加工; 机床数学模型; 数控编程中图分类号: TG61文献标识码: A

  DOI: 10. 19287 /j. cnki. 1005 -2402. 2016. 12. 009

  CNC formate milling machine development and cutting experiment for cycloid bevel gears

  NIE Shaowu,DENG Jing,DENG Xiaozhong,ZHANG Mingzhu

  ( School of Mechatronics Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003,CHN)

  Abstract: Based on continuous index principle of cycloid bevel gears,the formate processing mathematical model was established. According to the relative motion and position relationship between cutter head and workpiece,the CNC formate milling machine was developed,and the machine structure model was established,and the machine adjustment parameters formula was derived by equivalent transformation. Based on the electronic gearbox and synchronous programming of Siemens 828D system,the NC program was written to control the processing motion and position. Finally the cutting experiment was carried out, and the result of tooth surface measurement and rolling test show that the developed machine precision and performance meet the needs of project.

  Keywords: cycloid bevel gears; formate processing; machine mathematical model; NC programming

  摆线齿锥齿轮采用连续分度双面法加工,具有切齿效率高,劳动强度小,噪声低、传动平稳等优点[1],因此该齿制近年来在国内得到了快速发展。

  目前,摆线齿锥齿轮加工技术及加工设备主要仍被德国克林根贝格公司和美国的格里森公司所垄断[2]。他们研发生产的六轴全数控铣齿机( 如 C50 铣齿机、凤凰 600HC 铣齿机) 可以实现对摆线齿锥齿轮的高速干式切削,既极大提高了生产效率和加工精度,又低碳环保,实现了绿色制造。然而,这些机床价格比较昂贵,国内大多数企业难以承受。此外,在汽车后桥传动中,广泛采用"SPIRAC"切齿方法加工摆线齿锥齿轮,即大轮采用成形法加工,小轮采用刀倾法加工。在大轮成形法加工过程中,国外的六轴数控机床功能并未得到充分利用,这在一定程度上造成了机床功能的浪费,导致机床的性价比降低。

  本文基于摆线齿锥齿轮成形法加工原理开发了二轴联动数控成形铣齿机,旨在为摆线齿锥齿轮大轮成形加工提供一种经济型机床,以此替代加工大轮的进口机床,从而降低企业的齿轮生产成本。

  1成形加工基本数学模型

  摆线锥齿轮采用假想平面齿轮加工原理,刀具与工件按一定速比同时转动,既实现了连续分度,又形成了延伸外摆线齿线[3],图1 为成形法加工原理示意图。

  * 国家自然科学基金资助项目( 51475141) ;河南科技大学博士科研启动基金资助

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  含有一定组数刀齿的铣刀盘顺时针转动,工件向相反方向转动,假定工件不动,刀盘相当于工件的运动等同于在工件展开节平面中与刀盘固连的动圆在与工件固连的基圆上做纯滚动,刀齿在工件节平面上所形成的轨迹即是延伸外摆线[4-5]。铣刀盘刀齿分组,每组都有一把内刀和外刀。刀盘转过一组刀齿,要求工件转过一个轮齿,内刀片和外刀片分别切出一个齿槽的凸面和凹面。

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  当传动比 i12≥3 或者大轮分锥角 δ2≥60°时,大轮齿廓接近直线,可用成形法加工,提高切齿效率[6]。在成形法加工过程中,仅需刀盘转速与工件转速保持固定的分齿速比,图 2 为大轮成形法加工基本数学模型。

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  图 2 中,β 为刀盘当前转动角度,转动后,刀盘坐标系 Se 相对初始坐标系 Se0转动角度 β。Sm 为摇台坐标系,Sn 和 Sa 为辅助坐标系,S2 为动坐标系,与轮坯固连,加工中,随轮坯转动,转动角度为

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