曲线齿锥齿轮的数控加工工艺研究

0 引言

　　曲线齿锥齿轮具有重叠系数大、承载能力高及寿命长等特点，广泛应用于高精密设备的高速重载相交轴传动中，如航空、航海、汽车、拖拉机等行业，是一个国家机械制造业发展水平的重要衡量标准。而数控技术提高了机械制造业的加工效率和精度，同时也为国家带来了巨大的经济效益。

　　目前国内外曲线齿锥齿轮的加工方法主要采用铣齿机进行加工，适合大批量的生产，对于不同规格的曲线齿锥齿轮需要的模具不相同，因此对于单件、小批量以及损坏的未知参数曲线齿锥齿轮的生产制造来说成本相对较高，使得该加工方法在国内很难普及。利用通用数控机床结合相应的软件来加工曲线齿锥齿轮，对于满足一定加工精度要求的曲线齿锥齿轮来说具有重要的现实意义。针对此问题本文对曲线齿锥齿轮进行数控加工工艺、数控仿真及实体加工研究，首先确定加工工艺，然后基于Cima-tronE8．5软件计算曲线齿锥齿轮的刀路轨迹并进行仿真加工，再进行刀具轨迹的模拟检验及程序后置处理，最后采用四轴三联动的数控铣床完成曲线齿锥齿轮的实体加工。曲线齿锥齿轮的数控加工编程流程如图1所示。

图1数控加工编程流程图

1 加工工艺选择

　　根据曲线齿锥齿轮的特点，本文采用四轴三联动的数控铣床加工曲线齿锥齿轮的齿形，加工成本低、效率高、控制灵活，并可进行模拟检验，检验加工时是否会产生干涉、碰撞。本文中的曲线齿锥齿轮三维模型通过逆向造型获得，如图2所示。经粗略测得齿槽最小宽度为4mm，在此选用直径为2mm的球头刀来完成齿形的精加工。曲线齿锥齿轮加工采用的是友佳数控铣床FV－800A，数控系统为FNAUC－0imB，主轴可无级调速，可以满足齿形加工的要求。

　　在数控铣削加工中，工艺路线的确定主要是在保证曲线齿锥齿轮的加工精度和表面粗糙度要求的前提下，提高生产效率。曲线齿锥齿轮的加工可以分为以下5个工步来进行。第1工步:车小齿的端面、键槽，钻孔;第2工步:齿形粗加工;第3工步:齿形半精加工;第4工步:齿形精加工;第5工步:将小齿装卡部分车掉。将曲线齿锥齿轮的三维模型导入软件中，基于CimatronE8．5软件进行数控加工编程，通过后置处理生成加工程序。由于在实验中采用PVC材料进行数控加工，考虑到实际毛坯材料，采用圆柱毛坯来进行仿真加工，以便更接近于实际加工情况。

图2曲线齿锥齿轮模型

　　1.1 铣齿前加工工艺

　　为了方便数控铣床铣削，提高加工效率，采用普通机床加工毛坯，夹持部分车成直径50mm，长度80mm的圆柱，齿轮加工部分车成直径90mm，长度41mm的圆柱。齿轮加工部分，分别车齿轮小端面、大端面、孔、键槽等;须对齿轮外形进行精加工，机床转速300～1000r/min，进给速度为50～100mm/min，齿形部分表面留有0．5mm的加工余量，保证齿形的加工精度。

　　1.2 齿形粗加工加工工艺

　　根据曲线齿锥齿轮的轮齿大小选择球铣刀作为粗加工的刀具，直径4mm。球头大直径铣刀能有效的去除大部分毛坯余量，也能保证曲线齿锥齿轮粗加工后的基本曲面特性。粗加工对齿面精度影响不大，为了提高加工效率，在此采用粗加工平行铣的走刀方式进行粗加工。根据曲线齿锥齿轮轮齿的大小和形状，粗加工阶段设置切削深度为1.6mm，切削宽度为1.6mm。

　　齿轮的加工工序:轮齿加工选择4mm、长40mm球头刀，采用平行铣削的走刀方式进行粗加工，主轴转速1000r/min，进给速度100mm/min。在Z轴方向每次进刀量为1.6mm，避免进给量过大，为了保护刀具，垂直于齿槽方向进刀。

　　1.3 齿形半精加工加工工艺

　　为了保证曲线齿锥齿轮的加工精度，在加工时，要减小切削量，选择直径较小的刀具。半精加工选3mm，R0.2mm、长40mm的球头刀为加工刀具。在齿面进行半精加工时，使用四轴三联动的数控铣床进行加工，采用曲面精铣所有曲面的走刀方式，加工余量为0.15mm。主轴转速1500r/min，进给速度80mm/min。

　　1.4 齿形精加工加工工艺

　　本文在精加工阶段采用变速加工方法来保证齿面的加工精度。精加工阶段的刀具选用直径为2mm，R0.4mm、长40mm球头刀。精加工阶段的走刀方式也为精铣所有曲面，选择X轴为第四个旋转轴。在进行齿面的精加工时，选择在四轴三联动的数控铣床上加工，采用精铣所有曲面的走刀方式。主轴转速1800r/min，进给速度50mm/min。

　　1.5 装卡车削加工工艺

　　为了方便数控铣床铣削，提高加工效率，采用普通机床加工毛坯，完成齿形加工后，将齿轮的装卡部分车掉，获得完整的曲线齿锥齿轮实体模型。机床转速1000r/min，进给速度为200mm/min。