专利汇可以提供直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了直刃刀具制造各类面 齿轮 的加工设备及加工方法,所述设备包括直刃刀具、现有的 锥齿轮 机床以及能实现各类面齿轮加工的专用夹具,所加工的面齿轮的空间关系包括 正交 、斜交、正偏置和斜偏置,可加工的面齿 轮齿 形包括直齿、斜齿、人字齿,所述专用夹具分别用于夹持直刃刀具和各类面齿轮,以实现所述空间关系和齿形加工所需的 角 度调整配置。用所述加工设备制造各类面齿轮的加工方法包括双参数和单参数包络法,直刃刀具产形平面与被加工的各类面齿轮 齿面 在所述双参数包络法中是点 接触 的,加工 精度 高,在所述单参数包络法中是线接触的,加工效率高,利用所述加工设备和加工方法能够大幅降低各类面齿轮的制造成本。,下面是直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法专利的具体信息内容。
1.直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备,其特征在于加工设备包括直刃刀具、锥齿轮数控机床、刀具专用夹具、工件专用夹具;
所述直刃刀具包括铣齿刀和砂轮:所述铣齿刀包括盘形刀体、刀柄和直线切削刃,盘形刀体上有两个端面,盘形刀体与刀柄固联为一体且同轴线,与刀柄固联的端面为后端面,另一端面为前端面,前端面、后端面垂直于盘形刀体轴线,直线切削刃绕盘形刀体轴线均匀分布于前端面上,直线切削刃的方向是前端面的径向,相邻切削刃之间、前端面与后端面之间,切削刃根部至盘形刀体外缘之间预留有排屑槽;所述砂轮包括盘形刀体、刀柄和磨削平面,盘形刀体上有两个端面,盘形刀体与刀柄固联为一体且同轴线,与刀柄固联的端面为后端面,另一端面为前端面,前端面、后端面垂直于盘形刀体轴线,在前端面上覆盖立方氮化硼形成砂轮的磨削平面;所述铣齿刀的前端面和所述砂轮的前端面统称为产形平面∑p;
所述锥齿轮数控机床是格林森凤凰系列直齿锥齿轮数控机床或秦川生产的同类直齿锥齿轮数控机床,该机床包括5个数控轴和1个自由旋转轴,其中5个数控轴分别是三个相互垂直的数控平移运动轴X、Y、Z,数控旋转工件主轴B,数控旋转轴C,1个自由旋转轴是高速自由旋转的刀具主轴A;
所述刀具专用夹具与工件专用夹具相同,包括输入轴、输出轴、中间轴、壳体一、壳体二、三个相同的锥齿轮;所述输入轴通过轴承、卡圈固定于壳体一内部,输入轴与壳体一同轴线,壳体一上的法兰盘上均匀分布若干螺栓孔;所述输出轴通过轴承、卡圈固定于壳体二内部,输出轴与壳体二同轴线,壳体二与所述中间轴固联,所述中间轴安装于壳体一上的中间轴轴孔内;所述输入轴、输出轴轴线相交于一点O并确定一个平面∏,中间轴轴线垂直于平面∏且过点O,转动中间轴带动壳体二和输出轴在平面∏上绕点O转动;所述三个相同的锥齿轮其中的两个分别与输入轴、输出轴固联,另一锥齿轮空套于中间轴上,输入轴和输出轴上的锥齿轮分别与中间轴上的锥齿轮啮合,输入轴、输出轴夹角调整范围为-90°~90°;
所述直刃刀具的刀柄与所述刀具专用夹具的输出轴固联,用螺栓将刀具专用夹具的壳体一的法兰固定于锥齿轮数控机床的刀具主轴箱上,刀具专用夹具的输入轴与刀具主轴A固联;
所述各类面齿轮与所述工件专用夹具的输出轴固联,用螺栓将工件专用夹具的壳体一的法兰固定于锥齿轮数控机床的工件主轴箱上,工件专用夹具的输入轴与数控旋转工件主轴B固联。
2.利用如权利要求1所述的直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备制造各类面齿轮的双参数包络加工方法,其特征在于该加工方法包括以下步骤:
S201根据空间关系建立具有假想标准渐开线齿面∑s的假想产形轮与具有理论齿面∑2的各类面齿轮啮合的假想模型;
所述的空间关系包括:各类面齿轮与假想产形轮轴线之间的夹角γ、各类面齿轮与假想产形轮轴线之间的偏置距离q、假想产形轮中性面到各类面齿轮坐标原点之间的距离L0,所述中性面垂直于假想产形轮轴线,并且到假想产形轮两端面的距离相等;
所述的各类面齿轮包括:γ=90°、q=0、β=0的正交直齿面齿轮,β为各类面齿轮的螺旋角、γ=90°、q≠0、β=0的正偏置直齿面齿轮、γ≠90°、q=0、β=0的斜交直齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、β=0的斜偏置直齿面齿轮、γ=90°、q=0、β≠0的正交斜齿面齿轮、γ=90°、q≠0、β≠0的正偏置斜齿面齿轮、γ≠90°、q=0、β≠0的斜交斜齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、β≠
0的斜偏置斜齿面齿轮、γ=90°、q=0、±β≠0的正交人字齿面齿轮、γ=90°、q≠0、±β≠0的正偏置人字齿面齿轮、γ≠90°、q=0、±β≠0的斜交人字齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、±β≠
0的斜偏置人字齿面齿轮;
所述假想产形轮是圆柱齿轮,其齿形包括直齿、斜齿和人字齿,分别与各类面齿轮的直齿、斜齿和人字齿齿形啮合;
S202在假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2之间插入产形平面∑p,使产形平面∑p同时相切于假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2,以建立产形平面∑p、假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2三者同时啮合的假想模型;
S203第一次包络,令产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆,摆角为 并令产形平面∑p沿假想产形轮的假想标准渐开线齿面∑s的切向平行移动距离 rps是假想产形轮的分度圆半径,包络出假想产形轮的假想标准渐开线齿面∑s上的一条直线Lsp,Lp、 满足啮合方程:
S204第二次包络,令产形平面∑p继续绕假想产形轮轴线悬摆,摆角为 并令各类面齿轮绕自身轴线旋转,转角为 Ns、N2分别是假想产形轮和各类面齿轮的齿数,包络出各类面齿轮的理论齿面∑2上的一个二次包络点F, 满足啮合方程:
重复所述步骤S203、S204,直至二次包络点F的数量足够多可构成各类面齿轮的理论齿面∑2时结束,产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆的综合摆角为
S205根据所述步骤S201~S204,建立直刃刀具、假想产形轮、和各类面齿轮的坐标系Sp、Ss、S2,并建立自Sp到S2的包括摆角 摆角 的坐标变换矩阵
S206根据所述加工设备和各类面齿轮的连接方式分别建立直刃刀具、各数控轴、各类C
面齿轮的坐标系 S (B,C,X,Y,Z)、 并建立自 到 的包括各数控轴运动参数B,C,X,Y,Z的坐标变换矩阵
S207基于 确定各数控轴运动参数与摆角 摆角
的函数关系,并在 处展开为 的二元泰勒级数,表示为:
K=B,C,X,Y,Z;
S208利用上述各数控轴的泰勒级数编写数控程序、调试数控系统,安装直刃刀具和各类面齿轮,完成各类面齿轮的双参数包络法的铣齿、或磨齿加工步骤。
3.利用如权利要求1所述的直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备制造各类面齿轮的单参数包络加工方法,其特征在于该加工方法包括以下步骤:
S301根据空间关系建立具有假想标准渐开线齿面∑s的假想产形轮与具有理论齿面∑2的各类面齿轮啮合的假想模型;
所述的空间关系包括:各类面齿轮与假想产形轮轴线之间的夹角γ、各类面齿轮与假想产形轮轴线之间的偏置距离q、假想产形轮中性面到各类面齿轮坐标原点之间的距离L0,所述中性面垂直于假想产形轮轴线,并且到假想产形轮两端面的距离相等;
所述的各类面齿轮包括:γ=90°、q=0、β=0的正交直齿面齿轮,β为各类面齿轮的螺旋角、γ=90°、q≠0、β=0的正偏置直齿面齿轮、γ≠90°、q=0、β=0的斜交直齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、β=0的斜偏置直齿面齿轮、γ=90°、q=0、β≠0的正交斜齿面齿轮、γ=90°、q≠0、β≠0的正偏置斜齿面齿轮、γ≠90°、q=0、β≠0的斜交斜齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、β≠
0的斜偏置斜齿面齿轮、γ=90°、q=0、±β≠0的正交人字齿面齿轮、γ=90°、q≠0、±β≠0的正偏置人字齿面齿轮、γ≠90°、q=0、±β≠0的斜交人字齿面齿轮、γ≠90°、q≠0、±β≠
0的斜偏置人字齿面齿轮;
所述假想产形轮是圆柱齿轮,其齿形包括直齿、斜齿和人字齿,分别与各类面齿轮的直齿、斜齿和人字齿齿形啮合;
S302在假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2之间插入产形平面∑p,使产形平面∑p同时相切于假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2,以建立产形平面∑p、假想标准渐开线齿面∑s、理论齿面∑2三者同时啮合的假想模型;
S303令产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆,摆角为 并令产形平面∑p沿假想产形轮假想标准渐开线齿面∑s的切向平行移动距离 与此同时令各类面齿轮绕自身轴
线旋转,转角为 包络出各类面齿轮近似齿面∑2p上的一条一次包络曲线,重复本步骤,直至一次包络曲线的数量足够多可构成各类面齿轮的近似齿面∑2p时结束,Lp、满足啮合方程:
S304构造产形平面∑p切向平行移动距离Lp、各类面齿轮转角 与产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆角度 的高阶多项式:
a0,a1,a2,…,aτ、b0,b1,b2,…,bτ是待确定的上述高阶多项式的各阶系数,τ是高阶多项式的阶数,取1到8之间的正整数;
S305利用步骤S301~S302和重复以下第一次包络、第二次包络,直至二次包络点F的数量足够多可构成各类面齿轮的理论齿面∑2时结束,产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆的综合摆角为 建立直刃刀具双参数包络的各类面齿轮理论齿面∑2的数学模型,并预设各类面齿轮理论齿面∑2与近似齿面∑2p的公切线,该公切线由二次包络点F的集合的子集确定,表示为Fi,i=1,2,…,u,…,n,n为≥3的奇数,u=(n+1)/2;该公切线在各类面齿轮旋转投影面上的位置由点Fu的坐标Ru、Lu确定,方向由θ确定,预选参数Ru、Lu、θ的取值范围是:rps-m≤|Ru|≤rps+m,Lin≤|Lu|≤Lout,0°≤θ<89°,m为齿轮副的法向模数,Lout是各类面齿轮的外径,Lin是各类面齿轮的内径,点Fi的坐标为:
S为步长,S=2m/(n-1);
第一次包络:令产形平面∑p绕假想产形轮轴线悬摆,摆角为 并令产形平面∑p沿假想产形轮的假想标准渐开线齿面∑s的切向平行移动距离 rps是假想产形轮的分度圆半径,包络出假想产形轮的假想标准渐开线齿面∑s上的一条直线Lsp,Lp、 满足啮合方程:
第二次包络:令产形平面∑p继续绕假想产形轮轴线悬摆,摆角为 并令各类面齿轮绕自身轴线旋转,转角为 Ns、N2分别是假想产形轮和各类面齿轮的齿数,包络出各类面齿轮的理论齿面∑2上的一个二次包络点F, 满足啮合方程:
S306首先利用直刃刀具双参数包络的各类面齿轮理论齿面∑2的数学模型,求解点Fi的参数、 其次将上述参数代入高阶多项式
中,建立矩阵方程,最后求解所述矩阵方程,得高阶多项式的各阶系数为:
[b0 b1 … bτ]T=[ΩT·Ω]-1·ΩT[Lp1 Lp2 … Lpn]T,
S307根据所述步骤S301~S303,建立直刃刀具、假想产形轮、和各类面齿轮的坐标系Sp、Ss、S2,并建立自Sp到S2的包括唯一独立运动参数 的坐标变换矩阵
S308根据所述加工设备和各类面齿轮的连接方式分别建立直刃刀具、各数控轴、各类面齿轮的坐标系 SC(B,C,X,Y,Z)、 并建立自 到 的包括各数控轴运动参数B,C,X,Y,Z的坐标变换矩阵
S309基于 确定各数控轴运动参数与 的函数关系,并
在 处展开为 的一元泰勒级数,表示为:
K=B,C,X,Y,Z;
S310利用上述各数控轴的泰勒级数编写数控程序、调试数控系统,安装直刃刀具和各类面齿轮,完成各类面齿轮的单参数包络法的铣齿、或磨齿加工步骤。
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