弧齿锥齿轮螺旋半滚切数控加工方法研究

摘要

针对弧齿锥齿轮副接触区呈现对角线接触现象以及加工参数调整复杂、加工效率较低的问题，本文采用螺旋半滚切法加工弧齿锥齿轮，即大齿轮采用成形法，小齿轮则采用螺旋变性展成法，开展了切齿原理及数控加工研究： 首先，开展了螺旋半滚切法的成形理论及切齿计算研究。阐述了在传统加工方法中齿轮副对角线接触现象的成因以及螺旋半滚切法消除对角线接触的原理。以大齿轮节锥面上且位于齿槽中心的一点为切齿计算点，以局部共轭原理为基础，建立了大齿轮的切齿数学模型，得到大齿轮机床调整参数以及大齿轮齿面计算点的曲率和法矢。根据齿轮啮合原理和微分几何学，确定了小齿轮齿面计算点处的曲率和法矢，进而建立了小齿轮的切齿数学模型，确定出小齿轮机床调整参数。 其次，建立了五轴数控加工中心加工数学模型。分别建立了传统机床和五轴数控加工中心的大齿轮、小齿轮的切齿坐标系，通过空间齐次坐标转换，得到在传统机床坐标系与五轴数控加工中心坐标系下的工件与刀盘的相对姿态矩阵及位置矢量，进一步求解获得各数控轴的运动表达式，实现了把传统机床调整参数转换为五轴数控加工中心的加工输入参数。 再次，开展了弧齿锥齿轮加工仿真研究。分别建立刀盘、大齿轮轮坯、小齿轮轮坯的三维模型，导入VERICUT仿真加工软件中。然后将大齿轮、小齿轮的数控坐标轴表达式通过C++编程，生成并运行数控代码，最终得到大齿轮、小齿轮的仿真加工模型，验证了数控程序编写以及螺旋半滚切法加工数学模型的正确性和可行性。 最后，完成了五轴数控加工中心切齿试验研究。依据螺旋半滚切法切齿原理，对一弧齿锥齿轮副在双转台五轴数控加工中心上开展加工试验研究，并对加工得到的弧齿锥齿轮副进行滚检试验。结果表明螺旋半滚切加工方法能改善齿面接触性能，简化加工调整，提高加工效率。

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