准双曲面齿轮副具有复杂的齿面形状，其齿形质量和动态性能对其传动性能有着重大影响。成形法准双曲面齿轮大轮法向齿廓为直线，并且齿数较多；传统格里森制准双曲面齿轮加工机床加工大轮时，依旧采用复杂的刀盘、摇台及专用夹具、量具等技术，导致加工准备调整时间较长，加工效率不高；并且加工过程中机床刚性不足，刀盘受力不能过大。本文所涉及的准双曲面齿轮为格里森制。

 

　　数控技术在准双曲面齿轮加工领域的广泛应用，使得加工效率大大提高，加工齿面的精度和质量也愈加精密和优异，从而延长了使用寿命，*终改善了传动性能。因此，可以考虑在立式数控加工中心上，采用指形铣刀、分度头对大轮齿面进行成形铣削加工，以期获得较为优良的齿面质量和较高的加工效率。

 

　　本文主要从成形法准双曲面齿轮成形铣削的可行性，成形铣削大轮数学模型的建立及调整参数的确定、数控加工代码的生成和铣削仿真及试验等三方面进行了探讨。

 

　　1准双曲面齿轮成形铣削可行性分析1. 1实现准双曲面齿轮成形铣削运动的可行性准双曲面齿轮的假想平面齿轮的齿面节线为圆弧的一部分，准双曲面齿轮大轮成形法加工时，齿面形状仅取决于刀盘和轮坯的相对位置，切齿时工件和摇台均不转动，让刀盘直接切入轮坯，齿槽两侧的凸、凹齿面按双面刀盘的内、外刀齿切成，所以成形法大轮的齿面同刀盘刃锥截面形状一样，其法向齿廓为直线。

 

　　因此，在数控加工时就可以利用和法向齿廓截形相似的指形立铣刀，控制模拟刀盘的内、外刀刃锥的运动，实现成形法准双曲面齿轮大轮成形铣削加工。

 

　　1. 2实施试验方案的可行性铣削刀具的选择由于目前准双曲面齿轮的材料通常为合金钢，选用硬质合金刀具就可以得到较好的加工效果。指形铣刀的几何尺寸可根据被加工齿槽的形状确定，刀具轴向尺寸宜小，以提高夹持和加工刚性。

 

　　切削加工机床的选择拟采用Cincinnati公司的Arrow 750立式加工中心，由于加工过程中刀具、机床、夹具受力不大，因此机床的刚性，热稳定性均可以满足要求，具体的工艺参数（切削速度、进给量等）可以根据加工试验情况进一步调整。

 

　　夹具的选择根据数控加工中心上指形铣刀成形铣削准双曲面大轮的加工原理，中心面与水平面倾斜合适的角度，保证大轮的根锥平面水平，定位、装夹要良好，数控分度头垂直方向尺寸尽量小为宜，以增强加工过程中的刚性。

 

　　2铣削大轮调整参数的确定及数控代码的编制2. 1加工数学模型的建立，利用指形立铣刀成形铣削准双曲面齿轮大轮的加工示意。根据1. 1理论，加工时，大轮与数控分度头及加工中心的工作台固连，工作台轴和轴的圆弧插补运动使铣刀相对工件的运动轨迹模拟刀盘运动，从而铣削出圆弧齿槽，轴进退刀铣削出齿深，大轮齿面靠刀具齿廓保证。加工完一个齿形后，数控分度头的轴转动分度以便加工下一个齿。

 

　　建立如所示铣齿加工坐标系示意，确立了刀具、工件、夹具及机床间的相对位置和运动关系，沿A A向的剖视图，建立机床加工坐标系Oxyz， Ox 2 y 2 z 2是与大轮固连的坐标系，其中O m为根锥顶点， M为计算点， O 2 O m为大轮坐标系原点O 2（大轮安装面和C轴的交点）到根锥顶点O m的距离，加工坐标系原点O为大轮坐标系原点O 2在水平根锥平面的投影，O C为插补圆弧的圆心（x Oc、y Oc为其在加工坐标系中的坐标），m2为大轮的安装根锥角，可以根据齿宽确定圆弧插补的起始点A、B.

 

　　2. 2大轮安装及切齿调整参数的确定根据成形法加工准双曲面齿轮的原理，确定基本加工调整参数的难点在于刀齿压力角和大轮设计根锥压力角不等时，所要进行的旋转压力角修正。很好地予以了解决，这里不再拗述。

 

　　所得水平刀位H m和垂位V m如下H m = R 02 cos f 2 cos m - rsin m - h tan m2（1）V m = R 02 cos f 2 sin m + rcos m（2）式中， R 02为产形轮的节锥距； r、h为修正量；f 2、m为计算点修正前后的螺旋角。

 

　　由式（1）、式（2）及m2、O 2 O m，即可以确定大轮安装位置及切齿调整参数。在加工坐标系Oxyz可以得到圆心O c的坐标为x Oc = V m（3）y Oc = H m - OO m（4）式中， OO m = O 2 O m cos m2； O 2 O= O 2 O m sin m2。这里是针对大轮旋向而言。由圆心坐标及刀盘半径r、计算点M的坐标、大轮齿面宽度b 2就可以确定A、B点的坐标。这样就可以求得在数控加工中心上成形铣削准双曲面齿轮的调整参数。

 

　　2. 3数控加工代码的编制基于具体的轮坯参数、夹具几何参数、刀具参数，结合数控铣削工艺策略、编程技术等，用程序生成数控加工代码。当前*的数控加工技术已可以满足成形铣削加工的要求，由于在四轴加工中心上成形铣削准双曲面齿轮()，其*终精加工方式为圆周侧铣削；在保证加工质量的同时如何延长刀具寿命，缩短加工时间，优化工艺策略和程序处理速度*佳化，是需要考虑的问题。具体策略就是，控制进给量和径向、轴向铣削深度，优化主轴转速，采用合适的走刀方式，优化铣削参数等，以得到*佳的齿面精度和质量及*高的加工效率。

 

　　3实例计算及仿真、加工试验采用基本参数如的准双曲面齿轮的大轮，进行成形铣削CAD仿真试验和加工中心上铣削加工试验，计算所得到的主要切齿调整参数为：水平刀位H m = 28. 4956，垂位V m = 86. 6184，安装根锥角m2 = 68. 8306 ，轴向轮位O 2 O m = 54. 6028，计算点M在Oxy平面内的坐标为x m = 12. 0406、y m = 68. 0283，圆心Oc的坐标为x Oc = 86. 6184、y Oc = 8. 7704，圆弧起始点A的坐标为x A = - 2. 229、y A = 43. 1093，点B的坐标为x B = 42. 0322、y B = 92. 9473.至此所需的调整参数均已得到。

 

　　为了验证上节所建立的加工模型和编制的数控加工代码的正确性，按照以上计算所得，利用CAD技术仿真了准双曲面齿轮大轮实体模型，然后在数控加工中心上，采用指形铣刀对大轮轮坯进行精铣削加工，以验证数控加工的可行性。

 

　　4结论在数控加工技术和成形铣削技术迅猛发展的前提下，在立式数控加工中心上，选择合适的刀具、夹具，采用合适的工艺方案，可以实现成形法准双曲面齿轮大轮的成形铣削加工。其主要优点有：（1）可以拓展加工中心的应用范围，降低对齿轮加工专用机床和刀具的依赖。（2）可以加工较大尺寸、较宽齿面的大轮，摒弃专用机床的加工局限性。（3）提高成形法准双曲面齿轮的加工效率，提高齿面质量，改善传动性能。