傳統(tǒng)的齒輪加工主要以插齒和滾齒為主。結(jié)合實(shí)際加工生產(chǎn)和零件的加工要求，提出了車銑復(fù)合機(jī)床用硬質(zhì)合金立銑刀銑削齒輪的加工新工藝。銑齒工藝更適用于輪齒對(duì)零件位置有要求的大模數(shù)齒輪和零件，可有效減小夾具定位誤差，降低插齒刀制造成本。同時(shí)，該方法能很好地保證零件的加工質(zhì)量，也為齒輪加工提供了新的思路。

這種情況下模數(shù)大，齒輪要求零件基準(zhǔn)的位置，生產(chǎn)周期緊，沒(méi)有專用插齒刀。采用通用機(jī)床車銑復(fù)合和通用硬質(zhì)合金端銑刀的銑齒工藝，并通過(guò)實(shí)際加工生產(chǎn)驗(yàn)證了該銑齒工藝的可行性。

01

傳統(tǒng)齒輪加工模式的原理

傳統(tǒng)的齒輪加工原理有兩種，范成法和成形法。展成法是通過(guò)齒輪刀具與切齒坯的嚙合運(yùn)動(dòng)來(lái)切削齒廓的一種方法。最常用于齒輪成形和滾齒。這兩種機(jī)床都不需要事先準(zhǔn)備好齒輪的齒形，只需要將零件齒輪的基本參數(shù)和插齒刀或滾刀的基本參數(shù)輸入機(jī)床，機(jī)床通過(guò)運(yùn)算就可以完成一個(gè)固定傳動(dòng)比的嚙合運(yùn)動(dòng)。另外，齒輪的切削深度是在機(jī)床中設(shè)定齒頂圓和齒根圓的直徑，在加工時(shí)通過(guò)檢查零件的齒厚(間接測(cè)量M值或保證公法線)來(lái)判斷零件是否加工到尺寸。滾齒機(jī)和插齒機(jī)在齒輪加工中應(yīng)用廣泛。

成形法主要用于成形砂輪磨齒機(jī)。加工原理是將齒輪加工刀具(或砂輪)做成齒槽的形狀，刀具的輪廓線具有特定加工零件參數(shù)形成的漸開(kāi)線輪廓。這種加工方式，定制的砂輪都是一對(duì)一的專用砂輪，成本高。但近年來(lái)，修整砂輪磨床有效地解決了小批量成型砂輪的磨削問(wèn)題。

02

銑齒齒輪模型的建立

本文介紹的基于車銑組合的銑齒方法是基于數(shù)控加工輪廓銑削，是一種不同于成形法和展成法的新方法。銑削方法主要需要建立正確的齒輪模型。用CATIA建立齒輪模型的步驟如下。

漸開(kāi)線參數(shù)方程的建立

齒輪模型的關(guān)鍵在于齒輪漸開(kāi)線的繪制方法，齒輪漸開(kāi)線是一條復(fù)合函數(shù)曲線:

其中:rbt為基圓半徑，θ為滾動(dòng)角度，單位為弧度。

將其轉(zhuǎn)換為CATIA標(biāo)準(zhǔn)形式，通過(guò)函數(shù)建立漸開(kāi)線輪廓。首先要添加齒輪的基本參數(shù)，然后建立輪廓線與各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系。

03

工件加工

零件夾緊和工具準(zhǔn)備

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和車銑復(fù)合機(jī)床的裝夾特點(diǎn)，制定了用反三爪支撐零件內(nèi)孔的裝夾方案，并在零件右端面建立了加工坐標(biāo)系，避免了零度加工時(shí)刀具軸與卡盤(pán)發(fā)生碰撞干涉的可能。同時(shí)考慮到齒輪一端的形狀需要沿圓周銑削，會(huì)影響零件的圓周方向，所以機(jī)床夾緊力提高到25bar。

根據(jù)被加工齒輪的槽型，齒根圓弧的最小半徑為R1.52，所以齒輪的最大直徑只能是球頭銑刀d3，這樣才能保證齒根可以銑削。

編程方案和程序設(shè)計(jì)

外齒的齒槽為外開(kāi)內(nèi)合型，可以先用“降輪廓粗銑”命令進(jìn)行粗加工，再用“導(dǎo)向切削”命令進(jìn)行精加工。根據(jù)齒輪齒廓的特點(diǎn)，齒輪齒在齒深方向上是漸開(kāi)線，精度等級(jí)上要求齒輪齒廓，所以加工時(shí)特別要在齒廓上做仿形銑削。

左右齒面可以用一層輪廓驅(qū)動(dòng)命令完成，然后通過(guò)編制宏程序在齒向分層加工。加工完一個(gè)齒槽后，按照C=360/Z(Z為齒數(shù))旋轉(zhuǎn)機(jī)床C軸加工下一個(gè)齒。這部分需要15個(gè)齒。CATIA只需要編譯中間齒槽的程序，然后編譯C軸旋轉(zhuǎn)的宏程序就可以加工左右七個(gè)齒槽。

檢測(cè)和測(cè)量

齒輪檢測(cè)是先檢測(cè)齒輪的齒厚(通過(guò)檢測(cè)M值或公法線W)。對(duì)于模數(shù)較大的零件，用公法線W控制齒厚，用公法線千分尺測(cè)量。如果該值未加工到尺寸，刀具長(zhǎng)度可以調(diào)整以補(bǔ)償連續(xù)進(jìn)給。直到公法線w的值合格。其次，檢查齒的齒形、齒向、齒距和跳齒參數(shù)。這些參數(shù)在齒輪檢測(cè)器上測(cè)量，并檢測(cè)測(cè)量報(bào)告以確定其是否在要求的范圍內(nèi)和達(dá)到的公差水平。

最后目測(cè)齒面光度，用萬(wàn)能表測(cè)量齒根圓直徑。如果粗糙度差，可以通過(guò)在宏程序中調(diào)整齒廓間距來(lái)調(diào)整。

04

結(jié)論

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，齒輪方向、節(jié)距和跳動(dòng)的加工精度等級(jí)優(yōu)于插齒和滾齒。因此，當(dāng)齒輪模數(shù)較大，一般銑刀容易進(jìn)入齒根時(shí)，可以銑削加工齒輪。同時(shí)，如果齒輪的基準(zhǔn)齒與其他基準(zhǔn)面或孔有位置要求，車銑復(fù)合機(jī)床一次加工齒輪毛坯和齒輪時(shí)將獲得穩(wěn)定的質(zhì)量保證。