基于四轴加工中心的斜齿轮多轴数控加工工艺

　　传统的齿轮加工主要采用滚齿、插齿和磨齿等。采用传统方法加工大模数齿轮，特别是斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮等，加工效率低下、产品质量与加工成本之间矛盾突出、工艺方案适应性差。对于模数大、齿数少的齿轮，采用小规格的滚齿机滚不动，而采用大规格的滚齿机又够不着，难以实现经济高效的加工。随着多轴数控技术在加工中心上的广泛应用，这些问题就会迎刃而解，其加工效率比传统的加工方法可提高2～3倍，精度可达5级以上，可以进行多品种、全工序的齿轮加工。

1 斜齿轮的齿面形成及加工工艺

　　1.1 斜齿轮的齿面形成

　　斜齿轮是齿形与齿轮轴成一定角度的齿轮，斜齿轮的齿面形成原理如图1所示。发生面S沿基圆柱作纯滚动时，其上面的一条与基圆柱母线成夹角βb的斜线KK展成斜齿轮的齿面，为渐开螺旋面。渐开螺旋面与齿轮端面（垂直于齿轮轴线的截面）的交线仍是渐开线；但它与基圆柱面以及和基圆柱同轴的任一圆柱面的交线均为螺旋线。基圆柱螺旋线AA的切线与齿轮轴线所夹的锐角β_b为基圆螺旋角。β _b愈大，轮齿的齿向愈偏斜；但若β＝0时，斜齿轮就变成直齿轮。

图1斜齿轮的齿面形成 

　　1.2 斜齿轮的加工工艺

　　斜齿轮的基本加工工艺如图2所示，其中工序6铣齿形工序有以下3种方案：方案一，在螺旋铣床上加工，属于传统加工；方案二，在电火花线切割机床上加工，效率特别低，机床一天24h运转，需要4天多的时间；方案三，在多轴立式加工中心上加工，程序控制，自动走刀加工，效率高，可以满足加工精度的要求。

图2 斜齿轮的基本加工工艺 

2 斜齿轮多轴加工工艺

　　根据斜齿轮的几何结构特征和使用要求，在多轴加工中心上的加工工艺流程为： （1）三轴铣削粗加工齿形；（2）四轴或五轴半精加工齿形； （3）四轴或五轴精加工齿形；（4）清根加工。

　　在加工斜齿轮时，应根据加工对象和要求选择适合的机床。如适合的机床规格、轴数、较高的刚性、良好的热稳定性、高可靠性等。斜齿轮的加工精度和效率还与刀具的材料、参数、涂层工艺、精度等级及刚性，夹具的定位方式、精度和刚性，齿坯的材料、硬度、精度和刚性，切削用量的选用，切削液的选用有关。

　　2.1 加工机床的选择

　　斜齿轮多轴加工过程中，需要有一个旋转运动，因此至少需要四轴加工中心才能完成。加工时，齿坯装夹在机床转台上，实现第四轴旋转运动，其余三轴用来实现刀具的铣齿运动。

　　从原理上来讲，五轴加工中心完全可以实现斜齿轮的多轴加工，但是存在以下不足： （1）成本高，特别是带转台的五轴加工中心价格更高； （2）操作困难，出错率较高； （3）安装调整困难。若利用双转台的五轴加工中心加工直径较大的斜齿轮齿形时，齿坯会与下转台发生干涉。

　　四轴加工中心能够克服五轴加工中心的以上不足，具备加工斜齿轮的必要条件。

　　2.2 刀具的选择

　　斜齿轮齿形多轴加工可采用指状铣刀或圆柱铣刀加工。对于圆柱铣刀，刀具直径易受轮齿间距的限制，刀具直径若太小，会使刀具的强度不够，加工效率较低，因此选择适当大小的指状铣刀比较合适。但采用指状铣刀加工时，由于刀具尺寸相对轮齿较小，容易损坏，加工效率较低。故在可能的情况下，应尽量选择直径较大的盘状铣刀。

　　盘状铣刀的强度比指状铣刀要高得多，并且可以大幅度提高加工效率。但是盘状铣刀在加工时，刀具的直径大小难以确定。如果刀具直径太大，加工时容易发生加工不完整；若直径太小，则刀柄容易与轮齿发生干涉，当刀具切入时，刀柄容易与齿顶发生碰撞。

　　由此可知，当加工小模数、小直径斜齿轮时可以考虑采用指状铣刀；而当加工大模数、大直径斜齿轮时可以考虑选择盘状铣刀。