一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法

申请号 CN201710050721.7 申请日 2017-01-23 公开(公告)号 CN106624190A 公开(公告)日 2017-05-10
申请人 合肥工业大学; 发明人 夏链; 韩江; 李大柱; 高婷; 田晓青;
摘要 本 发明 涉及一种非圆 齿轮 连续展成插齿的加工方法。该加工方法基于数控插齿机,所述数控插齿机包括 工作台 、齿坯回 转轴 、插刀回转轴、插刀前后移动轴、插刀上下移动轴和柔性 电子 齿轮箱;将非圆齿坯固定在数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速运动;当插刀回转轴的转速为恒定转速时,齿坯回转轴和插刀前后移动轴的实时速度通过 柔性电子 齿轮箱进行实时运算并作闭环控制,实现非圆齿坯插削;加工过程中,实时监测齿坯回转轴 位置 信息,实时计算齿坯回转轴、插刀前后移动轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间的速比系数,并对齿坯回转轴和插刀前后移动轴的速度进行实时控制。本发明大大缩短了 非圆齿轮 的制造周期,实现高效高 精度 插削加工。
权利要求

1.一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法,所述加工方法基于数控插齿机,所述数控插齿机包括工作台、齿坯回转轴、插刀回转轴、插刀前后移动轴、插刀上下移动轴和柔性电子齿轮箱,所述柔性电子齿轮箱是基于ARM、DSP和FPGA的硬件平台实现控制功能,其特征在于:
将非圆齿坯固定在数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速运动;当插刀回转轴的转速为恒定转速时,齿坯回转轴和插刀前后移动轴的实时速度通过柔性电子齿轮箱进行实时运算并作闭环控制,实现非圆齿坯插削;
加工过程中,实时监测齿坯回转轴位置信息;插削非圆直齿齿坯过程中,实时计算齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数;插削非圆斜齿齿坯过程中,实时计算齿坯回转轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间,以及插刀前后移动轴与齿坯回转轴之间在该插补周期内速比系数;并对齿坯回转轴和插刀前后移动轴的速度进行实时控制,从而实现非圆齿轮节曲线的连续展成插齿加工。
2.根据权利要求1所述一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法,其特征在于:具体操作步骤如下:
(1)工件运动:将非圆齿坯固定在所述数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速转动,期间实时采集齿坯回转轴位置信息;
(2)切削运动
(2.1)插刀上下移动轴带动插刀作上下往复运动为主运动;
(2.2)径向进给运动
当插刀开始接触齿坯,所述柔性电子齿轮箱控制插刀回转轴、齿坯回转轴和插刀相对于齿坯的前后移动轴同时联动,实现插刀节圆和非圆齿轮节曲线的纯插动;插刀向非圆齿坯作径向进给,一直进到齿全深;
(2.3)展成运动
插刀与非圆齿坯之间强制地保持着啮合关系,插刀将非圆齿坯上对其运动形成干涉的材料切除,从而加工出非圆齿轮的齿廓。
3.根据权利要求1所述一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法,其特征在于:
当插刀回转轴以恒定转速插削非圆直齿齿坯时,柔性电子齿轮箱在每个插补周期内接收一次齿坯回转轴的位置信息,据此计算出插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线的切点在非圆节曲线上所对应的极值,并据此极角值计算出齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数,然后对齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度进行实时控制,所述齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度由式(1)确定:

式(1)中,ωc为齿坯回转轴的角速度,ωb为插刀回转轴的角速度,vx为插刀前后移动轴的线速度,为插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线切点所对应的极角, 和 为
关于 的函数;设非圆直齿齿轮节曲线的极坐标方程为 插刀节圆半径为rc,d=r2±rcc,e=rc±rcr, g=a2r2/d2,
m=(ra+ab)/c,则 和 可表示如下:


其中,公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮加工取“+”,对非圆内齿轮加工取“-”。
4.根据权利要求1所述的一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法,其特征在于:
当插刀回转轴以恒定转速插削非圆斜齿齿坯中,数控系统在每个插补周期内接收一次齿坯回转轴的位置信息,据此计算出插刀节圆与非圆斜齿齿轮节曲线的切点在非圆节曲线上所对应的极角值,并据此极角值计算出齿坯回转轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间,以及插刀前后移动轴与齿坯回转轴之间在该插补周期内速比系数,然后对齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度进行实时控制,所述齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度由式(2)确定:

式(2)中,ωc为齿坯回转轴的回转角速度,ωb为插刀回转轴的回转角速度,vx为插刀前后移动轴的线速度,为插刀节圆与非圆斜齿齿轮节曲线切点所对应的极角,vz为插刀回转轴在Z轴方向的移动速度,βc为非圆斜齿齿轮螺旋角, 和 为关于 的函数;i为符号系数,当插齿刀螺旋线旋向与插齿刀转动方向一致时取“-”,反之取“+”;设非圆斜齿齿轮节曲线的极坐标方程为 插刀节圆半径为rc,
2 2 2 2
d=r±rcc,e=rc±rcr, g=ar/d , m=
(ra+ab)/c,则 和 可表示如下:


其中,公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮加工取“+”,对非圆内齿轮加工取“-”。

说明书全文

一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法

技术领域

[0001] 本发明属于齿轮制造领域,尤其是能实现变速比传动的非圆齿轮的制造领域,具体涉及一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法。

背景技术

[0002] 插齿加工方法是基于展成原理的齿轮加工方法,具有加工效率高、齿面质量好、能适应节曲线有内凹的非圆外齿轮和非圆内齿轮的加工等优点,是实现非圆齿轮加工的较为理想的方法。长期以来,非圆齿轮的插齿加工是基于插刀节圆和非圆齿轮节曲线逐步展成的加工思想,即事先在非圆齿轮节曲线上求得一系列离散点,并分别计算出插刀节圆与非圆齿轮节曲线的切点由一个离散点变到下一个离散点时,齿坯回转轴、插刀回转轴和插刀前后移动轴的位移量,然后让插齿机按照预计算出的各轴位移量逐步运动,实现非圆齿轮的展成加工。该方法首先存在加工原理误差,其次代码冗长,加工过程中机床各轴伴随着频繁的加减速,限制了机床各轴进给速度的提高。
[0003] 一种插齿加工非圆齿轮的方法提到了非圆齿轮加工过程中,当齿坯转速恒定时机床各数控轴的具体运动数学关联,但未涉及插刀转速恒定时的具体加工方案,以及具有一定数学关联的机床各数控轴伺服运动的具体实现技术。
[0004] 一种基于开放式数控系统的高速高精度柔性电子齿轮箱控制实现方法可高精度实现各数控轴之间的主从式电子齿轮比运动,其技术特点适合于实现非圆齿轮插齿加工中机床各轴的关联运动。

发明内容

[0005] 为了实现非圆齿轮的高速、高精度加工,本发明提供一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法。
[0006] 一种非圆齿轮连续展成插齿的加工方法基于数控插齿机,所述数控插齿机包括工作台、齿坯回转轴、插刀回转轴、插刀前后移动轴、插刀上下移动轴和柔性电子齿轮箱,所述柔性电子齿轮箱是基于ARM、DSP和FPGA的硬件平台实现控制功能,其特征在于:
[0007] 将非圆齿坯固定在数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速运动;当插刀回转轴的转速为恒定转速时,齿坯回转轴和插刀前后移动轴的实时速度通过柔性电子齿轮箱进行实时运算并作闭环控制,实现非圆齿坯插削;
[0008] 加工过程中,实时监测齿坯回转轴位置信息;插削非圆直齿齿坯过程中,实时计算齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数;插削非圆斜齿齿坯过程中,实时计算齿坯回转轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间,以及插刀前后移动轴与齿坯回转轴之间在该插补周期内速比系数;并对齿坯回转轴和插刀前后移动轴的速度进行实时控制,从而实现非圆齿轮节曲线的连续展成插齿加工。
[0009] 一种非圆齿轮连续展成插齿的具体操作步骤如下:
[0010] (1)工件运动:将非圆齿坯固定在所述数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速转动,期间实时采集齿坯回转轴位置信息;
[0011] (2)切削运动
[0012] (2.1)插刀上下移动轴带动插刀作上下往复运动为主运动;
[0013] (2.2)径向进给运动
[0014] 当插刀开始接触齿坯,所述柔性电子齿轮箱控制插刀回转轴、齿坯回转轴和插刀相对于齿坯的前后移动轴同时联动,实现插刀节圆和非圆齿轮节曲线的纯插动;插刀向非圆齿坯作径向进给,一直进到齿全深;
[0015] (2.3)展成运动
[0016] 插刀与非圆齿坯之间强制地保持着啮合关系,插刀将非圆齿坯上对其运动形成干涉的材料切除,从而加工出非圆齿轮的齿廓。
[0017] 进一步限定的技术方案如下:
[0018] 当插刀回转轴以恒定转速插削非圆直齿齿坯时,柔性电子齿轮箱在每个插补周期内接收一次齿坯回转轴的位置信息,据此计算出插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线的切点在非圆节曲线上所对应的极值,并据此极角值计算出齿坯回转轴、插刀前后移动轴在该插补周期内与插刀回转轴之间的速比系数,然后对齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度进行实时控制,所述齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度由式(1)确定:
[0019]
[0020] 式(1)中,ωc为齿坯回转轴的角速度,ωb为插刀回转轴的角速度,vx为插刀前后移动轴的线速度,为插刀节圆与非圆直齿齿轮节曲线切点所对应的极角, 和为关于 的函数;设非圆直齿齿轮节曲线的极坐标方程为 插刀节圆半径为rc,d=r2±rcc,e=rc±rcr, g=a2r2/d2,
m=(ra+ab)/c,则 和 可表示如下:
[0021]
[0022]
[0023] 其中,公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮加工取“+”,对非圆内齿轮加工取“-”。
[0024] 当插刀回转轴以恒定转速插削非圆斜齿齿坯中,数控系统在每个插补周期内接收一次齿坯回转轴的位置信息,据此计算出插刀节圆与非圆斜齿齿轮节曲线的切点在非圆节曲线上所对应的极角值,并据此极角值计算出齿坯回转轴与插刀回转轴、插刀上下移动轴之间,以及插刀前后移动轴与齿坯回转轴之间在该插补周期内速比系数,然后对齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度进行实时控制,所述齿坯回转轴、插刀前后移动轴的速度由式(2)确定:
[0025]
[0026] 式(2)中,ωc为齿坯回转轴的回转角速度,ωb为插刀回转轴的回转角速度,vx为插刀前后移动轴的线速度,为插刀节圆与非圆斜齿齿轮节曲线切点所对应的极角,vz为插刀回转轴在Z轴方向的移动速度,βc为非圆斜齿齿轮螺旋角, 和 为关于 的函数;i为符号系数,当插齿刀螺旋线旋向与插齿刀转动方向一致时取“-”,反之取“+”;设非圆斜齿齿轮节曲线的极坐标方程为 插刀节圆半径为rc,d=r2±rcc,e=rc±rcr, g=a2r2/d2, m=
(ra+ab)/c,则 和 可表示如下:
[0027]
[0028]
[0029] 其中,公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮加工取“+”,对非圆内齿轮加工取“-”。
[0030] 发明的有益技术效果体现在以下方面:
[0031] 1.本发明方法对于不同形状的非圆齿轮,只需将非圆齿轮节曲线的极坐标方程参数导入数控系统,即可实现加工,大大缩短了非圆齿轮的制造周期;而传统的逐步展成插削加工方法,在获取非圆齿轮设计参数后,需编制计算程序来计算加工过程中几百乃至上千步的机床各轴运动数据,为验证所计算数据的正确性,往往还需进行试制过程来进行验证。
[0032] 2.本发明采用具有柔性电子齿轮箱功能的数控系统,解决了非圆齿轮传统加工方法中,需要事先将非圆齿轮节曲线进行离散并求解机床各轴每步的运动量,然后进行非圆齿轮节曲线逐步展成加工的效率低、精度差的缺点,逐步展成加工方法对非圆节曲线的加工实现,可以理解为以直代曲的思想,所实现的非圆节曲线在理论上即存在弓高误差,该误差也会映射到齿廓误差上;而基于连续展成法的插削加工方法,对机床各轴位置和速度的实时控制周期可以做到一个插补周期,这样仍然用以直代曲思想来理解连续展成加工过程的话,连续展成加工方法对非圆节曲线的离散份数将达到105数量级,这是逐步展成法加工采用几百步乃至上千步的离散精度所无法比拟的。
[0033] 3.本发明可以实现插刀在非圆齿坯端面投影齿条中线和非圆齿轮节曲线的连续展成运动,避免了频繁的加减速控制,可实现高效高精度插削加工非圆齿轮的目标。从机床各轴的运动方式来理解逐步展成法加工过程,机床各轴可以理解为通过执行几百乃至上千步的直线点位插补运动,这样从一段运动过渡到下一段运动时,机床各轴的速度将经历伴随频繁加减速的起停控制,这将限制加工效率的提高;而连续展成法加工过程中,机床各轴的速度为实时连续变化,机床各轴运动平稳,可实现高效率的插削加工。附图说明
[0034] 图1为本发明非圆齿轮插齿加工各轴运动数学关系求解示意图;
[0035] 图2为本发明非圆齿轮进行连续展成插齿加工的原理架构图;
[0036] 图3为本发明插刀回转轴恒速时插削非圆直齿轮的电子齿轮箱传动示意图;
[0037] 图4为本发明插削外啮合五阶椭圆直齿轮刀位轨迹图;
[0038] 图5为本发明插削内啮合五阶椭圆直齿轮刀位轨迹图;
[0039] 图6为本发明插削外啮合六阶椭圆斜齿轮刀位轨迹图;
[0040] 图7为本发明插削内啮合六阶椭圆斜齿轮刀位轨迹图;
[0041] 图1、图4-7中序号:1-非圆齿轮节曲线,2-插齿刀节圆,3-非圆齿轮,4-刀具轨迹。

具体实施方式

[0042] 下面结合图,通过实施例对本发明作进一步说明。
[0043] 以下实施例采用天津第一机床厂生产的YK5132B型数控插齿机进行操作。数控插齿机包括工作台、齿坯回转轴、插刀回转轴、插刀前后移动轴、插刀上下移动轴和柔性电子齿轮箱。柔性电子齿轮箱是基于ARM、DSP和FPGA的硬件平台实现控制功能。柔性电子齿轮箱的具体实现原理已在发明专利201310180873.0中公开,柔性电子齿轮箱控制实现方法的三大步骤:数控加工指令解析处理、插补计算处理和伺服位置控制,并对每步的具体实现方案作出了详细的说明。柔性电子齿轮箱不仅可以实现多轴之间的定比传动控制,还可以实现由确定函数关系式所约束的多轴之间变速比传动控制,非圆齿轮插削的实现正是依靠柔性电子齿轮箱的变速比传动控制。
[0044] 具体加工操作步骤如下:
[0045] (1)工件运动
[0046] 将非圆齿坯固定在所述数控插齿机的工作台上,齿坯回转轴带动工作台以变转速转动,期间实时采集齿坯回转轴位置信息。
[0047] (2)切削运动
[0048] (2.1)插刀上下移动轴带动插刀作上下往复运动为主运动。
[0049] (2.2)径向进给运动
[0050] 当插刀开始接触齿坯,所述柔性电子齿轮箱控制插刀回转轴、齿坯回转轴和插刀相对于齿坯的前后移动轴同时联动,实现插刀节圆和非圆齿轮节曲线的纯插动;插刀向非圆齿坯作径向进给,一直进到齿全深。
[0051] (2.3)展成运动
[0052] 插刀与非圆齿坯之间强制地保持着啮合关系,插刀将非圆齿坯上对其运动形成干涉的材料切除,从而加工出非圆齿轮的齿廓。
[0053] 参见图1,示意了非圆齿轮插齿加工过程中,插刀回转轴(b轴)、齿坯回转轴(c轴)和插刀前后移动轴(x轴)之间运动数学的求解示意图。在非圆齿轮插齿加工过程中,b轴、c轴和x轴同时联动可以保证插刀节圆和非圆节曲线纯插动的进行。非圆齿轮节曲线的极坐标方程设为 插齿加工从节曲线上的A点开始,初始加工极角为 图1中的 加工中的某一位置,插刀节圆与非圆节曲线相切于点P,P点的极径与该点的切线正方向的夹角为μ,μ∈(0,π),μ的求解如下:
[0054]
[0055] μ的正余弦值为:
[0056]
[0057] 点P与工件回转中心Oc的连线OcP与插刀和工件中心连线ObOc的夹角为α为:
[0058]
[0059] 点P与插刀回转中心Ob的连线ObP与插刀和工件中心连线ObOc的夹角为β:
[0060]
[0061] 非圆节曲线上A点到P点的弧长S为:
[0062]
[0063] 上式为积分上限函数,可以进行关于极角 的求导。
[0064] 由式(6)和(7)可计算插刀转角ψ1为:
[0065]
[0066] 上式中的β0为加工开始时的β初始值。
[0067] 由式(5)结合图1,得工件转角ψc为:
[0068]
[0069] 上式中的 和α0为加工开始时 与α的初始值。
[0070] 插刀回转中心与工件回转中心的距离l为:
[0071] l=rcosα±rc cosβ                (10)
[0072] 以上公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮取上标,对内齿轮取下标。
[0073] 式(8)、(9)和(10)的两边同时对时间t求导得:
[0074]
[0075] 式中,ωb为插刀回转轴(b轴)的回转角速度,ωc为齿坯回转轴(c轴)的回转角速度,vx为插刀前后移动轴(x轴)的移动线速度, 和 为关于 的函数;这里设2 2 2 2
d=r ±rcc,e=rc±rcr, g=a r /d ,
m=(ra+ab)/c,则 和 可表示如下:
[0076]
[0077]
[0078] 其中,公式中出现的“±”号,对非圆外齿轮取上标,对非圆内齿轮取下标。
[0079] 将式(11)经变换消去 把ωc和vx转化为关于ωb的函数,可得当插刀回转轴(b轴)恒转速时,插齿加工非圆直齿轮的联动数学模型为:
[0080]
[0081] 当插削非圆斜齿轮时,由于齿坯回转轴(c轴)要有附加转动,附加的转动量与插刀回转轴(b轴)在Z向的运动速度vz和非圆齿轮螺旋角βc有关。为了依旧保证插刀节圆与非圆齿轮节曲线之间的纯插动关系,这里让插刀前后移动轴(x轴)的运动速度跟随齿坯回转轴的速度,即ωc是关于ωb和vz的函数,vx是关于ωc的函数,可得当插刀回转轴(b轴)转速恒定时,插齿加工非圆斜齿轮的联动模型如下:
[0082]
[0083] 式(2)中,i为符号系数,当插齿刀螺旋线旋向与插齿刀转动方向一致时取“-”,反之取“+”。
[0084] 非圆齿轮插削与圆柱齿轮插削的不同点在于:插齿刀回转轴(b轴)和工件回转轴(c轴)之间的速比不是恒定的,且插齿刀回转中心和工件回转中心的距离也在不停变化,但工件的回转速度、插齿刀的回转速度及插齿刀在插齿刀和工件回转中心连线上的移动速度,这三者间有确定的数学关系。当选定插齿刀回转轴的转速作为恒定转速时,其余两轴的实时速度可通过柔性电子齿轮箱进行实时运算并作闭环控制,使插刀回转轴(b轴)、齿坯回转轴(c轴)和插刀前后移动轴(x轴)的速度保持一定的数学关系,实现插刀节圆与非圆齿轮节曲线的连续展成运动,从而实现非圆齿轮的连续展成插削加工。
[0085] 参见图2,示意了非圆齿轮进行连续展成插齿加工的原理架构图,即将非圆齿轮节曲线导入柔性电子齿轮箱,电子齿轮箱根据节曲线形式及齿坯回转轴电机的实时位置反馈信息,对插刀回转轴(b轴)、齿坯回转轴(c轴)和插刀前后移动轴(x轴)的速度进行实时运算及控制。
[0086] 参见图3,示意了当插刀回转轴(b轴)速度恒定时,插削非圆直齿轮的电子齿轮箱传动原理。在一个插补周期中,柔性电子齿轮箱接收齿坯回转轴电机编码器反馈回的位置信息,据此求解此时插刀节圆与非圆节曲线切点所对应的极角,从而计算齿坯回转轴(c轴)、插刀前后移动轴(x轴)和插刀回转轴(b轴)的速比系数,对该插补周期中齿坯回转轴(c轴)、插刀前后移动轴(x轴)的速度进行实时控制。
[0087] 实施例1
[0088] 参见图4,为采用本发明方法,以插刀回转轴恒定转速插削外啮合五阶椭圆直齿轮刀位轨迹截面图,外啮合五阶椭圆直齿齿轮节曲线方程为,
[0089]
[0090] 被加工件为外啮合五阶椭圆直齿齿轮,与加工相关的齿轮参数:半长轴A=108.201mm、阶数n=5、齿宽b=50mm、偏心率k=0.04、法向模数mn=4mm、齿轮齿数Z=55、极角 加工工艺参数的确定可参照圆柱齿轮加工进行选取,这里取为:插刀齿数z=
18,插刀上下移动轴冲程数200次/min,径向速度1mm/min,插刀回转速度30°/min。
[0091] 基于以上参数,可进行五阶椭圆直齿齿轮的数控加工代码编写,数控系统对加工代码进行编译、执行,控制柔性电子齿轮的适时开启和关闭。齿坯回转轴、插刀前后移动轴由柔性电子齿轮箱进行实时速度和位置控制,插刀回转轴和插刀上下移动轴为独立伺服运动轴。当柔性电子齿轮箱功能开启时,齿坯回转轴、插刀前后移动轴开始按照式(1)所述联动数学模型和插刀回转轴之间开启联动模式,进行非圆直齿齿轮连续展成插齿加工。
[0092] 插齿加工从五阶椭圆直齿齿轮的0度极角开始,下面以柔性电子齿轮箱在前两个插补周期的计算和控制功能为例,说明非圆直齿齿轮的连续展成插齿加工过程:
[0093] 1)当柔性电子齿轮箱启动后,首先接收到齿坯回转轴的位置信息为0度,即ψ=0,根据式(9)计算得 将 代入式(1)计算出的 和 分别为3.9149975、1.2524759和0.结合数控系统的插补周期为1ms,可计算出插刀前后移动轴和齿坯回转轴,在第一个插补周期的位移量分别为0mm和0.00015996°,数控系统控制插刀前后移动轴和齿坯回转轴完成位置控制;
[0094] 2)在第二个插补周期,实时采集上一个插补周期中齿坯回转轴的实际位移量,由ψ=0.00015996°代入式(9)计算得 将 代入式(1)计算出的和 分别为3.9149973、1.2524758和-0.018750149.结合数控系统的插补周期为1ms,可计算出插刀前后移动轴和齿坯回转轴,在第二个插补周期的位移量分别为-0.000002394mm和0.000159958°,数控系统控制插刀前后移动轴和齿坯回转轴完成位置控制;
[0095] 以此类推,直至加工完成。
[0096] 参见图5,为采用本发明方法插削内啮合五阶椭圆直齿轮的刀位轨迹截面图,插削过程中插刀回转轴转速恒定,被加工件相关参数同外啮合五阶椭圆直齿轮,不同的是轮齿分布于节曲线内侧。
[0097] 五阶椭圆直齿齿轮是一种典型的非圆直齿齿轮,其他非圆直齿齿轮与之不同点仅在于节曲线方程不同,可见,本发明所述非圆直齿齿轮插削方法可以正确插削非圆直齿齿轮。
[0098] 实施例2
[0099] 参见图6,为采用本发明方法,以插刀回转轴恒定转速插削外啮合六阶椭圆斜齿齿轮刀位轨迹截面图,外啮合六阶椭圆斜齿齿轮节曲线方程同式(12),与加工相关的齿轮参数:半长轴A=131.830mm、阶数n=6、齿宽b=50mm、偏心率k=0.05、法向模数mn=4mm、齿轮齿数Z=65、极角 齿轮旋向为右旋、螺旋角为15o。加工工艺参数的确定可参照圆柱齿轮加工进行选取,这里取为:插刀齿数z=18,插刀上下移动轴冲程数200次/min,径向速度1mm/min,插刀回转速度30°/min。
[0100] 基于以上参数,可进行外啮合六阶椭圆斜齿齿轮的数控加工代码编写,数控系统对加工代码进行编译、执行,控制柔性电子齿轮的适时开启和关闭。齿坯回转轴、插刀前后移动轴由柔性电子齿轮箱进行实时速度和位置控制,插刀回转轴和插刀上下移动轴为独立伺服运动轴。当柔性电子齿轮箱功能开启时,齿坯回转轴、插刀前后移动轴开始按照式(2)所述联动数学模型和插刀回转轴、插刀上下移动轴之间开启联动模式,进行非圆斜齿齿轮连续展成插齿加工。
[0101] 插削加工从外啮合六阶椭圆斜齿齿轮的0度极角开始,下面以柔性电子齿轮箱在前两个插补周期的计算和控制功能为例,说明非圆斜齿齿轮的连续展成插齿加工过程:
[0102] 1)当柔性电子齿轮箱启动后,首先接收到齿坯回转轴的位置信息为0度,即ψ=0,根据式(9)计算得 将 代入式(2)计算出的 和 分别为5.3487113、1.3910672和0.结合数控系统的插补周期为1ms,可计算出插刀前后移动轴和齿坯回转轴,在第一个插补周期的位移量分别为0mm和0.00013003°,数控系统控制插刀前后移动轴和齿坯回转轴完成位置控制;
[0103] 2)在第二个插补周期,实时采集上一个插补周期中齿坯回转轴的实际位移量,由ψ=0.00013003°代入式(9)计算得 将 代入式(2)计算出的 和分别为5.348711、1.3910671和-0.034103265.结合数控系统的插补周期为1ms,可计算出插刀前后移动轴和齿坯回转轴,在第一个插补周期的位移量分别为-0.000003187mm和
0.00013003°,数控系统控制插刀前后移动轴和齿坯回转轴完成位置控制;
[0104] 以此类推,直至加工完成。
[0105] 参见图7,为采用本发明方法插削内啮合六阶椭圆斜齿轮的刀位轨迹截面图,插削过程中齿坯回转轴转速恒定,被加工件相关参数同外啮合六阶椭圆斜齿轮,不同的是轮齿分布于节曲线内侧。
[0106] 六阶椭圆斜齿齿轮是一种典型的非圆斜齿齿轮,其他非圆斜齿齿轮与之不同点仅在于节曲线方程不同,可见,本发明所述非圆斜齿齿轮插切方法可以正确插削非圆斜齿轮。
[0107] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
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