专利名称：一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮的加工方法。具体来说是一种采用面铣刀进行齿轮加工的大模数齿轮齿廓的范成加工方法。
背景技术：
目前，齿轮加工的常用方法主要是以下几种1，使用专用齿轮刀具在齿轮加工专用机床上范成法加工；2，精度要求不高的齿轮采用成形刀具成形法加工；3，淬火后齿面的加工在磨齿机上磨削。但是，对于大模数硬齿面齿轮，如模数为50以上的非标齿轮，采用上述方法加工，则存在如下问题1.目前国内的齿轮专用加工机床(滚齿机、磨齿机)的能力均不能满足加工要求，改造机床的费用很高。
2.大模数或特大模数非标齿轮刀具的制造难度大，成本很高，且淬硬齿面的加工无法解决。
3.采用成形刀具加工，刀具制造成本高，加工精度低且淬硬齿面的加工无法解决。
4.在数控机床上采用球刀成形法加工，不仅效率低而且接刀痕不容易抛光，质量不能有效保证。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种采用普通数控机床和通用刀具进行齿轮加工的大模数齿轮齿廓的范成加工方法。它加工成本低，精度和工效高。
本发明的技术解决方案是一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，包括以下步骤A.使用普通数控机床，将经过粗开齿的齿轮平置装夹在工作台上，使齿轮轴心与工作台的旋转中心同心，将面铣刀安装在主轴上；B.确定齿轮的转速，选定数控机床工作台的转速即为齿轮的转速；C.确定齿轮旋转时，面铣刀的运动速度，按照V＝π×d×n，Z1＝V×cos a，X1＝V×sin a的公式，计算确定面铣刀在X轴和Z轴上的运动速度；式中，V为面铣刀的直线运动速度，d为齿轮的分度圆直径，n为齿轮的转速，Z1为面铣刀相对Z轴的运动速度，X1为面铣刀在X轴上的运动速度，a为齿轮的压力角；D.选定面铣刀的转速和进刀量；E.按步骤B至步骤D中所确定的参数开启普通数控机床，工作台和面铣刀旋转，主轴沿X轴和Z轴运动，使面铣刀与齿轮上的一个齿面进入啮合状态，铣削该齿面，直至面铣刀与齿轮脱离接触。
本发明还可以进一步包括以下步骤F.面铣刀沿齿轮的宽度方向位移后，重复步骤E，并逐一加工齿轮上的各齿面。
本发明还可以当齿轮为硬齿面时，面铣刀上镶CBN刀片。
在本发明方法中，X轴是指沿机床立柱的方向，Z轴是指沿主轴方枕的方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是1，通过数控合成的方法，在通用数控机床采用范成法加工大模数的渐开线齿轮，精度较高。2，采用通用的面铣刀完成渐开线齿形的范成加工，刀具成本极低。3，采用镶CBN刀片的面铣刀可完成渐开线淬硬齿面(HV≥740)的范成加工，以铣代磨，加工方便，且齿面光洁，无接刀痕，加工质量好。4，刀具直接装夹在主轴上，工艺系统刚性好，切削效率高。5，本发明方法在通用数控机床上采用通用面铣刀加工大模数渐开线齿轮，且可以完成淬火后齿面的加工，减少了齿轮加工对专用刀具和专用齿轮加工机床的依赖性，节省了专用设备的购置或改造成本。特别适于非标大模数和特大模数渐开线齿轮的加工，也适于小批量或单件大模数渐开线齿轮的加工。
图1是采用本发明方法进行齿轮1加工的示意图
具体实施例方式
以下结合
和具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述参见图1，一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，包括以下步骤A.使用普通数控机床，将经过粗开齿的齿轮1平置装夹在工作台2上，使齿轮1轴心与工作台1的旋转中心同心，将面铣刀3安装在主轴上；B.确定齿轮1的转速n，选定数控机床工作台2的转速即为齿轮1的转速nC.确定齿轮1旋转时，面铣刀3的运动速度，按照V＝π×d×n，Z1＝V×cos a，X1＝V×sin a的公式，计算确定面铣刀3在X轴和Z轴上的运动速度；式中，V为面铣刀3的直线运动速度，d为齿轮1的分度圆直径，n为齿轮1的转速，Z1为面铣刀3相对Z轴的运动速度，X1为面铣刀3在X轴上的运动速度，a为齿轮1的压力角；D.选定面铣刀3的转速和进刀量；E，按步骤B至步骤D中所确定的参数开启普通数控机床，工作台2和面铣刀4旋转，主轴沿X轴和Z轴运动，使面铣刀3与齿轮1上的一个齿面进入啮合状态，铣削该齿面，直至面铣刀3与齿轮1脱离接触。
F.面铣刀3沿齿轮1的宽度方向进行位移后，重复步骤E，并逐一加工齿轮1上的各齿面。
当齿轮1为硬齿面时，面铣刀3上镶CBN刀片。
实施例1某驱动机构的非标小齿轮，模数m＝62.33，齿数z＝16，齿宽b＝600毫米，压力角a＝20°，变位系数x＝0.5，齿面渗碳淬火HRC≥60，淬硬层厚度为6毫米，制造精度要求DIN 3961，DIN3967的9级，由于该齿轮的模数已超过国标序列，市场上无标准加工刀具出售，也超出现有齿轮加工机床的能力。故采用本发明方法对其进行齿面精加工，其具体方案如下采用镶CBN(立方氮化硼)刀片的Φ400毫米面铣刀，将其安装在普通四轴联动数控机床的主轴上，这样面铣刀的切削面可认为是齿条的一个啮合侧面，其面铣刀沿X轴(机床立柱)和Z轴(主轴方枕)的运动由数控合成为模拟齿条的直线运动(该直线运动与主轴的夹角为齿轮的压力角a＝20°)；齿轮安装在数控机床的回转工作台上，齿轮的中心与工作台的回转中心同心，工作台的转动相当于模拟齿轮的回转运动；工作台的回转运动(B轴)和面铣刀的直线运动(X轴、Z轴的合成运动)即模拟齿轮与齿条的啮合运动。按照V＝π×d×n，Z1＝V×cos a，X1＝V×sin a的公式，向数控机床输入工作台与面铣刀范成运动的数据及其他加工数据，工作台转速为0.05转/分，主轴转速100转/分，面铣刀啮合进刀量0.3毫米(若加工软齿面其进刀量可达1.5毫米以上)。开启数控机床，工作台和面铣刀旋转，主轴沿X轴和Z轴运动，使面铣刀与齿轮上的一个齿面进入模拟啮合状态，在模拟啮合过程中面铣刀铣削该齿面，以形成与理论值极为吻合的渐开线齿面，直至面铣刀与齿轮脱离接触。由于该齿轮在前序加工中质量控制较好，且淬火变形小，一次啮合进刀即可满足加工要求。在第一次铣削加工完成后，使面铣刀沿齿轮的宽度方向位移5毫米，重复进行第二次铣削加工，直至该齿面加工完成。重复前述方法可逐一加工出齿轮上的各齿面，实现对齿轮的精加工。
在第一次铣削加工完成后，也可以在齿宽方向的同一位置继续加工完齿轮上的各齿，然后再使面铣刀沿齿轮的宽度方向移动，继续加工齿轮上的各齿，直至铣削出齿轮上的各齿面，实现对齿轮的精加工。
前述齿轮采用本发明方法铣削精加工后经检测，齿面精度可达DIN 3961，DIN3967的8级，齿面光洁度为Ra3.2，无接刀痕，齿面硬度HRC≥60。以普通数控机床和面铣刀加工，满足了大模数齿轮齿廊加工的各项技术要求，节省了购置或制造专用加工刀具和专用齿轮加工机床的费用。本方法对于加工模数50以上的大模数非标齿轮、小批量或单件大模数及特大模数齿轮具有明显的成本、技术优势和显著的社会经济效益。
权利要求
1.一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，其特征在于包括以下步骤A.使用普通数控机床，将经过粗开齿的齿轮(1)平置装夹在工作台(2)上，使齿轮(1)轴心与工作台(1)的旋转中心同心，将面铣刀(3)安装在主轴上；B.确定齿轮(1)的转速(n)，选定数控机床工作台(2)的转速即为齿轮(1)的转速(n)；C.确定齿轮(1)旋转时，面铣刀(3)的运动速度，按照V＝π×d×n，Z1＝V×cosa，X1＝V×sina的公式，计算确定面铣刀(3)在X轴和Z轴上的运动速度；式中，V为面铣刀(3)的直线运动速度，d为齿轮(1)的分度圆直径，n为齿轮(1)的转速，Z1为面铣刀(3)在Z轴上的运动速度，X1为面铣刀(3)在X轴上的运动速度，a为齿轮(1)的压力角；D.选定面铣刀(3)的转速和进刀量；E.按步骤B至步骤D中所确定的参数开启普通数控机床，工作台(2)和面铣刀(4)旋转，主轴沿X轴和Z轴运动，使面铣刀(3)与齿轮(1)上的一个齿面进入啮合状态，铣削该齿面，直至面铣刀(3)与齿轮(1)脱离接触。
2.根据权利要求1所述的一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，其特征在于进一步包括以下步骤F.面铣刀(3)沿齿轮(1)的宽度方向位移后，重复步骤E，并逐一加工齿轮(1)上的各齿面。
3.根据权利要求1或2所述的一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，其特征在于当齿轮(1)为硬齿面时，面铣刀(3)上镶CBN刀片。
全文摘要
一种大模数齿轮齿廓的范成加工方法，通过数控合成的方法，在通用数控机床上，模拟齿轮齿条的啮合运动，采用面铣刀范成法加工大模数齿轮齿廓，而且采用镶CBN刀片的面铣刀可以完成硬齿面的铣削加工，以铣代磨。本方法对于加工模数50以上的大模数非标齿轮、小批量或单件大模数及特大模数齿轮具有明显的成本、技术优势和显著的社会经济效益。
文档编号B23F21/00GK101069935SQ200710052530
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者董洪林, 王益知, 吴红琼, 汤敏 申请人:武汉船用机械有限责任公司