非圆齿轮的滚齿加工数控技术研究

　　非圆齿轮理论自提出至今已有几十年，由于设计与制造过程复杂，切齿问题得不到满意的解决，一直未能得到广泛应用。非圆齿轮相当于在凸轮上切出轮齿，因此兼具凸轮机构和齿轮传动的优点，但是在数控技术发展以前，其设计、制造一直比较困难。近年来随着数控技术的发展，出现了用数控插齿机、铣齿机等等先进的加工非圆齿轮的方法。在现代航空、仪表、机械等领域，非圆齿轮得到了越来越广泛的应用。

1 非圆齿轮常用加工方法

　　目前各种非圆齿轮加工可归纳为如下诸法:

　　(1)靠模加工法。根据啮合原理，通过采用靠模的方法，使刀具的节圆与其共扼的非圆齿轮节曲线实现无滑动的纯滚动，展成加工出非圆齿轮，此法适合于加工形状最为简单的非圆齿轮〔‘口。

　　(2)近似切齿法。采用分度加工即是一种典型的近似切齿法。此法的分度中有两个角位移和一个线位移。加工出来的非圆齿轮不能良好地啮合，须做后期的配研及跑合才能使用。

　　(3)断续展成法。即采用与擂削一般圆形齿轮原理相同的展成法加工非圆齿轮。只是在断续展成法中，刀具与非圆齿轮的相对运动是间断实现的，此法加工的非圆齿轮的齿廓由几条包络线形成，得到的齿廓为棱形，但其齿形误差比近似切齿法小。

　　(4)数控铣齿法。在数控铣齿机上加工非圆齿轮，为了实现刀具节曲线与工件节曲线共扼，必须有3种控制运动:固定在机床回转工作台上的毛坯绕自身轴心线的回转运动;环状铣刀在其轴线方向的移动;环状铣刀轴心与齿坯中心之间的中心距移动。此外还有铣刀绕自身轴心转动及沿毛坯轴向的走刀运动。

　　(5)数控插齿法。在数控插齿机上加工非圆齿轮应有3种控制运动:固定在机床转工作台上的非圆齿轮毛坯绕自身轴心线的回转运动，即分齿运动插齿刀绕回转中心转动，即圆周进给运动;非圆齿坯在其与插齿刀中心连线方向上的移动。此外还有机床主轴的往复运动和齿坯与主轴相配合的让刀运动。此法对内外齿形的非圆齿轮加工均适合。

　　(6)数控滚齿法。在数控滚齿机上加工非圆齿轮，必须有4种控制运动:滚刀绕其自身轴线旋转运动;固定在机床回转工作台上的齿坯随工作台的回转运动;滚刀轴线与齿坯中心的中心距移动;滚刀沿齿坯切向的进给运动。此外还在齿坯轴向有走刀运动。此法适合于加工节曲线凸出的外齿非圆齿轮。

　　而插齿机、铣齿机加工非圆齿轮的加工精度低，生产效率不高，且不能加工斜齿非圆齿轮。因此利用数控滚齿机实现非圆齿轮的滚切加工势在必行。下面着重讨论采用新型数控技术来构建模块化的滚齿加工数控系统。

2 数控滚齿加工工作原理

　　由于螺旋滚刀在其法向截面内相当于一个齿条，故在滚齿机上加工非圆齿轮的过程就相当于一齿条和非圆齿轮相啮合的过程，齿条的节曲线与齿轮的节曲线作纯滚动。因此，数控滚齿机加工非圆齿轮时主要有以下3种运动。

　　范成运动:滚刀与毛坯以恒定规律所作的相对运动;进给运动:为了切出轮齿高度，刀具向毛坯中心的径向运动，直至达到规定的轮齿高度;切削运动:刀具沿毛坯轴向的往复运动。以上3种运动中尤以范成运动最为重要。范成运动应该包括3种控制运动:(1)非圆齿轮毛坯绕自身回转中心的回转运动，即分齿运动;(2)滚刀的等速回转运动;(3)非圆齿轮毛坯沿毛坯与滚刀中心连线方向上的直线运动。

　　滚切过程得以实现的基本要求是滚刀节曲线与非圆齿轮节曲线无相对滑动的纯滚动，即二者沿非圆齿轮节曲线的切向速度值始终相等。滚刀回转时，除了形成切削速度，还相当于齿条在平移，如图1所示，(a)所示为加工起始位置，(b)所示为加工过程中任一位置。

图1滚刀加工非圆齿轮示意图