技术领域
[0001] 本
发明属于齿轮制造领域，尤其是在工作半径变化的轮上制齿领域，涉及一种
非圆齿轮的齿坯等弧长插削方法。
背景技术
[0002] 非圆齿轮又叫异性齿轮，其分度曲面不是旋转曲面，在
工程机械、机床、
汽车、航空航天等领域都有应用，非圆
齿轮传动是指传动中至少有一个齿轮的节曲面不是旋转曲面的齿轮传动，应用优势明显，当前工业应用常采用线切割技术加工非圆齿轮，线切割不仅效率低下，且难以不经改造直接应用加工非圆
斜齿轮。
[0003] 插齿是一种高效加工非圆齿轮方法，中国
专利CN200810000133.3公开了一种加工有遮挡的非完整圆周齿轮的方法，采用插齿机和专用插齿刀进行加工，但由于装夹麻烦，且只能加工特定的非圆周齿轮，实用性不强；中国专利CN201220482831.3公开了一种齿轮加工夹具，但其只适用于薄形、大型齿轮的批量插削加工，对于非圆齿轮未做详细介绍，难以实现。
[0004] 解决上述问题的有效方法是采用高效高
精度的数控插削技术，本发明提供一种非圆齿轮的齿坯等弧长插削方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于：针对上述
现有技术存在的问题，提出一种非圆齿轮的齿坯等弧长插削方法。此方法中，采用插齿刀转速为基准
频率，其余轴相对其联动。
[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007] 本发明的齿坯等弧长插削非圆齿轮方法，包括
工作台、齿坯、
主轴、插齿刀，所述工作台带动所述齿坯旋转，所述主轴带动所述插齿刀旋转，所述插齿刀分度圆与所述齿坯节曲线相切并作纯滚动，所述插齿刀在平面内沿X轴向移动形成所述齿坯节曲线，所述插齿刀在竖直面内沿Z轴向移动形成所述齿坯全齿高，所述插齿刀或所述齿坯还有附加转动；所述齿坯端面内，所述工作台按照齿坯等弧长方法带动所述齿坯旋转，即所述齿坯相对于机床做等弧长运动，其余轴相对其联动。
[0008] 所述的齿坯等弧长方法插削非圆齿轮，可插制内
啮合非圆齿轮，包括内啮合非圆
直齿轮和内啮合非圆斜齿轮；所述插齿刀位于所述齿坯节曲线内部，平面内所述主轴带动所述插齿刀转速恒定，单位时间内插削所述齿坯节曲线弧长相等。
[0009] 所述的齿坯等弧长方法插削非圆齿轮，可插制外啮合非圆齿轮，包括外啮合非圆直齿轮和外啮合非圆斜齿轮；所述插齿刀位于所述齿坯节曲线外部，平面内所述主轴带动所述插齿刀转速恒定，单位时间内插削所述齿坯节曲线弧长相等。
[0010] 所述的齿坯等弧长方法插削非圆斜齿轮，所述插齿刀插削过程中还有附加转动。
[0011] 本发明的有益效果是：本发明的齿坯等弧长插削非圆齿轮方法，可实现高效高精度加工非圆齿轮的目标；由于单位时间内插削齿坯节曲线弧长相等，所得非圆齿轮不同极
角处齿廓上切痕分布均匀，各齿廓精度均衡一致，相对其他方法，相同精度要求下，加工效率最高。
附图说明
[0012] 图1为本发明变速比
电子齿轮箱传动方案图；
[0013] 图2为本发明齿坯等弧长插削内啮合非圆齿轮方法示意图；
[0014] 图3为本发明齿坯等弧长插削内啮合非圆齿轮方法齿坯端面示意图；
[0015] 图4为本发明齿坯等弧长插削内啮合卵形直齿轮刀位轨迹截面图；
[0016] 图5为本发明齿坯等弧长插削内啮合右旋卵形斜齿轮刀位轨迹立体图；
[0017] 图6为本发明齿坯等弧长插削内啮合左旋卵形斜齿轮刀位轨迹立体图；
[0018] 图7为本发明齿坯等弧长插削外啮合非圆齿轮方法齿坯端面示意图；
[0019] 图8为本发明齿坯等弧长插削外啮合三阶椭圆直齿轮刀位轨迹截面图；
[0020] 图9为本发明齿坯等弧长插削外啮合右旋三阶椭圆斜齿轮刀位轨迹立体图；
[0021] 图10为本发明齿坯等弧长插削外啮合左旋三阶椭圆斜齿轮刀位轨迹立体图。
[0022] 其中：1-齿坯，2-插齿刀
具体实施方式
[0023] 非圆齿轮插削与圆柱齿轮插削很大的不同点在于，插刀和
工件间没有固定的展成关系，且插刀中心和工件中心的距离也在不停变化，但插刀转速、工件转速和插刀在插刀中心和工件中心连线上的移动速度，这三者间有确定的数学关系。本发明的重点是确立了插刀转速恒定时，机床其余各轴速度与插刀转速的联动关系，采用配备有变速比电子齿轮箱功能的专用齿轮加工数控系统实现该联动关系，图1为采用的变速比电子齿轮箱传动方案图。
[0024] 为了插削出一个完整的非圆齿轮，插齿刀与工件齿坯必须具备以下运动：
[0025] 1)切削运动：插齿刀沿齿坯的轴线方向作快速的上下往复运动，这是插齿刀的主运动。
[0026] 2)节曲线进给运动：插齿刀刀轴绕其本身轴线作慢速回转运动。其快慢影响切齿的快慢。节曲线进给量大小，以插齿刀每一往复行程在其节曲线上转过的弧长计算。
[0027] 3)径向进给运动：插齿刀开始
接触齿坯以后，在节曲线进给的同时，插齿刀向齿坯作径向进给(或齿坯向插齿刀作径向进给)，一直进到齿全深(指一次切削)为止。径向进给量的大小，以插齿刀每一往复行程径向移动毫米数表示。
[0028] 4)展成运动：将圆形插齿刀视作一个齿轮，其与工件齿坯之间强制地保持着一对齿轮的啮合关系；啮合过程中，插齿刀将齿坯上对其运动形成干涉的材料
切除，从而加工出非圆齿
轮齿廓。
[0029] 5)让刀运动：插齿刀的上下往复运动，向下是工作行程，向上是返回行程。为了保证插齿刀在返回时不和
齿面接触，以免擦伤己加工齿面和减少刀具磨损，齿坯应相对于插齿刀离开一个距离。
[0030] 6)附加转动：插削非圆斜齿轮时，插齿刀作上下往复运动的同时，还必须有一个同步的附加转动，以使切削刃运动时产生的表面相当于斜齿轮的齿侧面。
[0031] 下面结合图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0032] 实施例一
[0033] 参见图2，示意了本发明齿坯等弧长插削内啮合非圆齿轮方法各轴联动关系。在齿坯1端面内，插齿刀2以ωb旋转，齿坯1以ωc旋转，为保证插削过程中插齿刀2
节圆与齿坯1节曲线同向纯滚动，在齿坯1端面内ωb与ωc按展成运动要求保持严格
传动比。在齿坯1轴面内，为保持插齿刀2节圆与齿坯1节曲线内切接触，插齿刀2作vx运动，轴向有往复运动插削vz，从而插削全齿，为保证齿面沿轴线精度均匀，vz与ωb线性联动；对非圆斜齿轮，根据齿面Z轴
位置，插齿刀2附加回转运动Δωb。
[0034] 参见图3，插齿刀2位于齿坯1节曲线内部，两者旋转方向相同；插齿刀2逆
时针公转且顺时针自转，插削一段时间，插齿刀2刀位点从ob移动到o′ b，
坐标系Sb(ob-xbybzb)公转角度为λ，随插齿刀2自转角度为β，总转角为 成为S′b(o′b-x′by′bz′b)。本发明齿坯等弧长方法要求插削所述齿坯节线弧长AT按
时间线性增加，
滚刀转速ωb恒定，其余轴相对其联动。TT′为插齿刀2与齿坯1的节曲线在T点的公切线，TT′正方向与极径正向的夹角为μ。基于上述方法，根据微分几何原理，建立内啮合插削非圆直齿轮或斜齿轮联动方程为：
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 式中，r为齿坯1节曲线极径；θ为齿坯1极角；rbj为插齿刀2节圆半径；βc为斜齿轮
螺旋角，对直齿轮，βc＝0； 为插齿刀2合成转速，插齿刀2螺旋线旋向与插齿刀2转动方向一致时取“-”，反之取“+”；μ＝arctan[r/(dr/dθ)](0≤μ＜π)；
[0039] 参见图4，为采用本发明方法插削内啮合卵形直齿轮刀位轨迹截面图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝117.600mm、阶数n＝2、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.1、法向模数mn＝3.75mm、齿轮齿数Z＝63、插齿刀齿数z＝22。卵形直齿轮是一种典型的非圆直齿轮，其他非圆直齿轮与之不同点仅在于节曲线方程不同，可见，本发明所述方法可以正确插制内啮合非圆直齿轮。
[0040] 参见图5，为采用本发明方法插削内啮合右旋卵形斜齿轮刀位轨迹立体图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝120mm、阶数n＝2、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.1、法向模数mn＝3.75mm、螺旋角βc＝11.617°、齿轮齿数Z＝63、插齿刀齿数z＝22；参见图6，为采用本发明方法插削内啮合左旋卵形斜齿轮刀位轨迹立体图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝120mm、阶数n＝2、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.1、法向模数mn＝3.75mm、螺旋角βc＝-11.617°、齿轮齿数Z＝63、插齿刀齿数z＝22。同理可见，本发明所述方法可以正确插制内啮合非圆斜齿轮。
[0041] 实施例二
[0042] 参见图7，示意了本发明齿坯等弧长插削外啮合非圆齿轮方法齿坯端面各轴联动关系。其余与所述实施例一相同，不同之处在于，插齿刀2位于齿坯1节曲线外部，两者旋转方向相反。基于上述方法，根据微分几何原理，建立外啮合插削非圆直齿轮或斜齿轮联动方程为：
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 式中参数定义如前所述。
[0047] 参见图8，为采用本发明方法插削外啮合三阶椭圆直齿轮刀位轨迹截面图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝98.560mm、阶数n＝3、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.2、法向模数mn＝5mm、齿轮齿数Z＝42、插齿刀齿数z＝22。三阶椭圆直齿轮是一种典型的非圆直齿轮，其他非圆直齿轮与之不同点仅在于节曲线方程不同，可见，本发明所述方法可以正确插制外啮合非圆直齿轮。
[0048] 参见图9，为采用本发明方法插削外啮合右旋三阶椭圆斜齿轮刀位轨迹立体图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝100mm、阶数n＝3、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.2、法向模数mn＝5mm、螺旋角βc＝9.54°、齿轮齿数Z＝42、插齿刀齿数z＝22；参见图10，为采用本发明方法插削外啮合左旋三阶椭圆斜齿轮刀位轨迹立体图，所述齿轮参数如下：半长轴a＝100mm、阶数n＝3、齿宽b＝50mm、偏心率e＝0.2、法向模数mn＝5mm、螺旋角βc＝-9.54°、齿轮齿数Z＝42、插齿刀齿数z＝22。同理可见，本发明所述方法可以正确插制外啮合非圆斜齿轮。
[0049] 以上结合图对本发明的具体实施方式做了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的应用范围，本发明的保护范围由所附的
权利要求书限定，任何在本发明要求
基础上的改动都是本发明的保护范围。
