螺旋錐齒輪數控加工分析范文

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螺旋錐齒輪具有噪音小、重疊系數大、承載能力高等特點，在拖拉機、航海、航空、汽車、精密機床等領域的高速重載相交軸傳動當中，發揮了巨大的作用。在所有種類的齒輪當中，螺旋錐齒輪的嚙合理論具有最大的難度，在各類金屬切削機床當中，其相關設備也具有最高的復雜度。近年來，隨著我國科技的不斷發展，數控技術在齒輪設計和制造當中得到了越來越廣泛的應用，也使得螺旋錐齒輪的加工技術得到了極大的優化和提升，是未來齒輪制造技術的主要發展方向。

1螺旋錐齒輪的概述

應用于交錯軸回轉運動的齒輪，稱之為錐齒輪。常用的錐齒輪主要包括直齒錐齒輪和螺旋錐齒輪兩種類型。在直齒錐齒輪當中，輪齒在節錐母線方向上是直的。在傳動過程當中，直齒錐齒輪相比于螺旋錐齒輪，會同時嚙合較少的齒數，因此容易產生沖擊，造成噪聲較大、傳動不平穩的情況，進而降低承載能力。而在螺旋錐齒輪當中，由于輪齒是彎曲的，因此在傳動過程中，輪齒會從一端逐漸向另一端接觸，因而能夠同時嚙合更多的齒數。具體如圖1所示。在螺旋錐齒輪當中，又包括了弧齒錐齒輪、準雙曲面齒輪等類型。其中，弧齒錐齒輪的兩個相交軸的軸線，是處于同一個平面當中的。而在準雙曲面齒輪當中，兩個相交軸的軸線并不在同一個平面之內，二者之間存在著一定的偏置距。因此，在同等條件之下，準雙曲面齒輪的小輪螺旋角會更大，同時其節點的半徑也將會增加。因此，其小輪的重合系數、承載能力、力學強度等都會有所增強，從而使其使用壽命得到延長。在螺旋錐齒輪的加工過程當中，通常采用斷續加工方法對圓弧齒錐齒輪進行加工，而采用連續加工方法對延伸外擺線齒錐齒輪進行加工。由此也形成了兩種不同的齒制，分別為準雙曲面齒制、延伸外擺線齒制，這些齒制在平常的應用當中，就是人們常說的格里森齒輪、奧利康齒輪、克林貝格齒輪等。

2螺旋錐齒輪的數控加工

2.1局部共軛原理在螺旋錐齒輪數控加工當中，利用機床上的搖臺機構，進行齒輪的假想。在搖臺上安裝的刀盤切削面，作為一個假想齒輪的輪齒。通過數控系統控制假想齒輪和被加工齒輪的運動，使其根據設定的傳動比，各自繞軸旋轉，這樣，刀盤就會在輪坯上切出相應的齒槽。在這一過程中，齒面切削的過程相當于準雙曲面齒輪的嚙合過程。在被加工輪齒曲面和刀盤切削面之間，具有完全的共軛現象，如圖2所示。這種加工方法成為展成法，其中搖臺代表了假想齒輪，也就是產形輪。而局部共軛原理則是根據展成法加工的大輪齒面，利用齒輪嚙合原理，得到能夠完全與之共軛的小輪齒面。而在實際加工當中，通常將齒面修正為局部共軛，從而使其可調性得以提高。

2.2切齒修正原理在加工螺旋錐齒輪的過程中，對局部共軛的切齒加工原理進行了應用，在經過修正之后，在理論齒面和實際齒面之間，在某點的法矢是相同的，但是二者之間的曲率會存在著一定的差別。對理論齒面的曲率進行修正，從而得到實際齒面的曲率。兩個曲面在某個點上相切，因此在這一點上，二者之間的切平面和法矢相同。在兩個齒面嚙合接觸的過程中，根據齒面之間的距離，能夠用紅丹粉對齒面接觸痕跡進行檢查。在兩個齒面運轉的過程中，也能夠根據這一原則來確定其接觸區的大小。利用要求的接觸區長度，能夠得到接觸點上兩個齒面的相對法曲率，進而對單方向齒面的曲率修正量進行確定，具體如圖3所示。

2.3計算點與節錐參數在螺旋錐齒輪的數控加工當中，通常利用雙面法對大輪進行加工，在大輪齒槽上，利用雙面刀盤同時對其兩個側面進行切削。在加工與之相匹配的小輪的過程中，通常采用的是單面法，對于小輪齒兩個側面，分別在不同的數控機床調整下，利用不同的刀盤進行切削加工。通過這種方式，能夠更為有效地分別控制兩側齒面的接觸區[3]。一般來說，在兩側的齒面當中，計算點應當是不同的，因此需要對切齒進行分別計算。但是這樣會使過程更為復雜，并且難以確定加工調整參數。因此，采用了共軛曲面原理計算切齒，將大輪齒槽中點作為計算點，從而形成大齒輪槽兩側計算點相同的半徑。

3螺旋錐齒輪的誤差修正

3.1齒面接觸區修正對于螺旋錐齒輪來說，其接觸區的好壞，會對齒輪的傳動特性、傳動質量、使用壽命等產生極大的影響。通過接觸區的形狀、位置、大小，可以對齒輪的調整和加工進行修正，進而提高其傳動特性。而我國當前由于技術等方面的不足，在修正齒面的過程中，往往難以利用CMM進行修正測量。大多采用的是傳統的對滾方法。在計算切齒的過程中，只對曲率和法矢進行了考慮，因而難以確保整個接觸區的法矢符合要求。對此，在實際加工當中，可通過TCA方法繪制齒面接觸區，并利用紅丹粉對進行對滾，實現接觸區修正。

3.2運動誤差分析修正在同等制造的齒輪當中，對于傳動誤差來說，齒輪與齒輪副的接觸區、齒輪的使用壽命、承載能力、傳動質量等，都有著十分密切的聯系。在齒輪運動過程中，由于傳遞運動缺乏準確性，在兩齒的接觸和脫開過程中，運動缺乏連續性，因而造成了齒輪噪音增大和沖擊增大的現象。由于采用了局部共軛原理來加工準雙曲面齒輪，如果局部共軛的齒輪副安裝在正確的位置，會在輪齒中部發生齒輪副的接觸。而如果沒有正確安裝，在接觸區會在中點附近移動，輪齒邊緣也就不會集中荷載。

3.3實際齒面誤差修正在實際齒面誤差修正的過程中，按照處理齒面誤差數據，能夠得出螺旋錐齒輪數控加工機床的調整參數修正量。利用修正之后的調整參數進行重新的加工，通過幾次試切能夠得到合格的產品。然后對其進行齒面測量，得出實際齒面誤差。通過這種方法，能夠對齒輪熱處理變形誤差、安裝誤差、機床調整誤差等進行重復的修正。同時，還可以利用該方法根據標準樣件齒輪對數控加工機床進行調整。采用齒面測量方法，不但修正加工誤差，也能夠得出齒輪齒形其它方面的誤差參數，從而用于其它方面的分析修正。

4結論

隨著我國當前社會發展和建設速度的不斷加快，在各個相關領域當中，對于螺旋錐齒輪的需求量越來越大。在加工螺旋錐齒輪的過程中，為了更好地確保加工效率和加工精度，對數控加工技術進行了應用，從而實現了自動化、高精度、流程簡化的螺旋錐齒輪加工。此外，通過相應的技術手段，還有效地修正了加工誤差，從而確保了螺旋錐齒輪的質量。

作者：黃忠孟 蘇永華 單位：廣西機電工程學校