基于螺旋錐齒輪多軸加工方法的研究

李昌寶

【摘要】在交軸間傳動中，螺旋錐齒輪是非常重要的零件，因?yàn)榫哂幸欢ǖ闹睾隙龋瑫r(shí)傳動比非常的穩(wěn)定、具有較好的承載力，噪聲也較低。目前已經(jīng)普遍被使用到汽車、煤礦等行業(yè)的工作當(dāng)中。由于螺旋齒輪的齒形繁瑣，各個(gè)尺間并沒有明顯的距離，因此很難進(jìn)行加工。那么下面我們就來針對這些問題來進(jìn)行一下具體的研究。

【關(guān)鍵詞】螺旋錐齒輪;刀軸;加工方法

和直齒錐齒輪進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，加工螺旋錐齒輪不會出現(xiàn)太大的噪音，承載力也較強(qiáng)。在諸多的齒輪里，螺旋錐齒輪嚙合起來比較繁瑣，因此一定要確保所使用的設(shè)備的合理性，這樣才可以確保加工的整體質(zhì)量。那么下面我們就來具體的討論一下螺旋錐齒輪多軸加工方法。

一、螺旋錐齒輪加工的優(yōu)勢

螺旋錐齒輪的齒輪比較彎曲，主要是一端往另一端進(jìn)行傳動，能夠一同嚙合大量的齒數(shù)。主要采用的是弧齒錐齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪等。而在使用前者的時(shí)候，相交軸的軸線會處在相同的平面當(dāng)中。不過在使用后者的時(shí)候，相交軸則會處在不同的平面中，它們之間會形成偏置距，在運(yùn)行參數(shù)以及零件幾乎相等的情況下，準(zhǔn)雙曲面齒輪里的小輪旋轉(zhuǎn)角會顯得大一些，而且它的節(jié)點(diǎn)半徑會超過弧齒錐齒輪，這樣一來就會加大螺旋錐齒輪的重疊度，承載力也會得到相應(yīng)的增長，更為重要的是可以增加使用的時(shí)間。在進(jìn)行加工的過程中，主要是選擇斷續(xù)加工的方式來加工圓弧齒錐齒，選擇連續(xù)加工的方式來加工擺線齒錐齒輪，這樣一來就可以獲取各種齒制，從而便得以符合實(shí)際要求。

二、螺旋錐齒輪多軸加工法的應(yīng)用

錐齒輪的輪間沒有明顯的距離，同時(shí)齒扭角大，因此采用數(shù)控技術(shù)并不現(xiàn)實(shí)。而且，齒輪面一定要表現(xiàn)出足夠的順光性。而在齒輪輪轂和齒根圓角表面中，通常情況下其粗糙度普遍不低于Ra3.2um。根據(jù)這些情況，在使用刀具的過程中最好用直徑不大的銑刀，在機(jī)床方面要采用五軸聯(lián)動機(jī)，這樣就能夠確保加工的質(zhì)量。此外，還要盡量降低換刀時(shí)所出現(xiàn)的失誤，所以最好通過一次裝夾來進(jìn)行加工。通常齒輪面需要較高的質(zhì)量，如果處理不當(dāng)，就會產(chǎn)生工藝問題，所以要確保錐齒輪的質(zhì)量達(dá)到要求。而這就要求不但要采用合理的刀具和機(jī)床，同時(shí)也要確保所使用工藝的完善性。

同時(shí)，在加工螺旋錐齒輪的時(shí)候，盡管認(rèn)為齒面和真實(shí)的齒面間沒有較大的區(qū)別，不過曲率卻具有明顯的區(qū)別，所以要合理處理齒面的曲率，這樣就可以獲取真實(shí)的齒面曲率。假設(shè)齒面和真實(shí)的曲面在其中一個(gè)點(diǎn)上形成相切，同時(shí)切平面和法有矢方向一致，在嚙合齒輪的過程中，要依照齒面間距，選擇紅丹粉來檢查觸碰面，這樣便能夠掌握接觸面的大小，從而便可以獲取齒面的相對法曲率，并最終得到曲率修正量。

此外， 還可以采用VERICUT 虛擬機(jī)床仿真。采用五軸聯(lián)動車床進(jìn)行加工的時(shí)候，所用的刀具很有可能出現(xiàn)相碰的情況，從而導(dǎo)致工件受到磨損，更為嚴(yán)重的話還會對機(jī)床造成破壞。所以在還沒有進(jìn)行加工的時(shí)候，一定要采取虛擬仿真加工，而在此期間普遍采用的是VERRCUT軟件，不過在此之前要創(chuàng)建出和加工機(jī)床相同的虛擬機(jī)床，同時(shí)還要和DMG機(jī)床進(jìn)行合理的銜接。采用DMG機(jī)床加工的過程中，采用這個(gè)軟件編程和虛擬仿真，不但能夠省去諸多加工環(huán)節(jié)，同時(shí)操作起來也非常的簡單。在采取虛擬仿真加工以后，可以確保虛擬仿真和實(shí)際的加工達(dá)到同樣的效果，從而很大程度的提升了加工的效果。

采用VERICUT軟件來給錐齒輪采取虛擬仿真，要在保證不會受到干擾之后，來在DMU50五軸聯(lián)動機(jī)床上進(jìn)行加工。通過實(shí)際的加工情況能夠了解到，使用上面所提到的方式可以全面完善加工程序，防止刀具互碰，從而得以加強(qiáng)加工的質(zhì)量，而且還能夠確保零件的加工效果達(dá)到理想的要求。

三 螺旋錐齒輪加工的過程

（一）機(jī)床選擇

因?yàn)槁菪X輪扭角大，所以不適合采用銑床，并且四軸機(jī)床也無法滿足。而經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，采用五軸聯(lián)動機(jī)床才是最適合的。其所加工的螺旋齒輪能夠達(dá)到理想的精度。而優(yōu)勢在于只要進(jìn)行一次裝夾定位便可以順利加工出繁瑣的零件，從而能夠節(jié)約非常多的時(shí)間。通常情況下機(jī)床部分的加工參數(shù)是：X/Y/Z軸行程為500mm/450mm/400;轉(zhuǎn)速范圍為20r/min-14000r/min;快速移動速度為30mm;定位精度為0.008mm;重復(fù)定位精度為0.005mm;加工工件的最大重量為300kg;C軸為-360°/+360°;B軸為-5°/+110°。

（二）夾具的選擇

在對零件進(jìn)行加工的時(shí)候，如想實(shí)現(xiàn)工序集中，無需對工件進(jìn)行叫多次的裝夾，那么最好選擇三爪自定心卡盤來裝夾，從而便可以一次完成對錐齒輪的加工，這樣一來不但可以提升錐齒輪精度，而且齒輪間的間距度也可以達(dá)到理想的要求。

在進(jìn)行加工的過程中，通常會采用五軸聯(lián)動機(jī)床，同時(shí)B軸轉(zhuǎn)動幅度要大于90°，而且還要保持好工件和工作面之間的最短距離，以防止因?yàn)橹鬏S刀具不夠長而產(chǎn)生和工作臺互碰的情況。與此同時(shí)，還要將工具夾抬高，也可以使用更長一些的刀具。不過刀具要是過長的話，就會影響刀具的剛性，并最終導(dǎo)致加工的質(zhì)量達(dá)不到理想的要求。因?yàn)槲遢S聯(lián)動機(jī)床里的主軸箱能夠達(dá)到300mm的寬度，若想防止其和C軸相碰，所以有必要在對零件進(jìn)行安裝時(shí)候，要超過150mm的高度。

（三）刀具的選擇

因?yàn)殄F齒輪是繁瑣的曲面所組成的，所以在進(jìn)行粗加工的過程中最好采用球頭銑刀。由于錐齒輪齒面彎曲度明顯，這就要求在采用球頭銑刀的過程中，最好選擇錐形球頭銑刀，這樣便可以加強(qiáng)刀具的剛性;采用UG軟件來研究幾何模型，了解到錐齒輪在最窄處只有2mm，但是圓角只有R1mm，所以在進(jìn)行精加工的過程中，要采用棒棒糖球頭銑刀來加工齒輪的側(cè)方，然后依照所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)來確定所需要采用的加工刀具。而若想避免刀具、主軸等和工作臺發(fā)生碰撞，和減輕加工中所產(chǎn)生的振感、達(dá)到加工要求，則最好采用具有足夠夾緊力、抗振效果不錯且精度達(dá)到要求的刀柄，而若想防止刀具在切削的時(shí)候發(fā)生相撞的情況，那么就要在對其進(jìn)行裝夾的時(shí)候，伸出的長度要超過30mm。

（四）刀路的創(chuàng)建

采用數(shù)控技術(shù)加工錐齒輪，因?yàn)辇X輪面及其繁瑣，依靠手動編程并不現(xiàn)實(shí)。所以最好采用CAD/CAM軟件來編程。通常情況下主要使用的是UG NX12.0編程軟件。此軟件具有很多的編程方式，而且還具備仿真功能。

對工螺旋錐齒輪進(jìn)行粗加工的過程中，普遍會使用多葉片粗銑的方式;而在對螺旋錐齒輪采取精加工的時(shí)候，在還沒有進(jìn)行加工時(shí)，要以輔助面為基準(zhǔn)，使用“等參數(shù)曲線”把輔助面設(shè)置成曲線，在進(jìn)行加工的過程中要以處于中間的曲線作為參照，如此一來便不太可能出現(xiàn)刀切的情況。

【結(jié)束語】

本文主要是重點(diǎn)研究了螺旋錐齒輪加工的具體應(yīng)用和加工的過程，通過研究能夠了解到，由于國內(nèi)工業(yè)水平的提升，對螺旋錐齒輪的質(zhì)量也提出了全新的要求。在進(jìn)行加工的時(shí)候，若想保證加工的效果，那么就要盡可能的采用數(shù)控技術(shù)，以進(jìn)行自動化加工。此外還要合理的選擇刀具、夾具和機(jī)床，以確保達(dá)到最為理想的加工質(zhì)量。

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