（机械电子工程专业论文）螺旋锥齿轮五轴联动数控加工的研究.pdf

x 峨 。，。二! ! ! ! ，。，。 ，h * _ _ _ _ ”_ h _ 。- _ _ _ _ _ - _ 。_ - h h _ 。- _ “。_ 。“w _ 。_ “。_ “o ”“。”。”一 摘要 螺旋锥落轮是实现携交辘逡动传递的基礁元件，蠹于其传动其鸯耋会度大、承载缝力 高、传动效率高、传动平稳、嵘声小簿优点而被广泛成用于汽车、飞机、机床和各种机械 产籀中。鑫予葵潦纛上装复杂浚，导致撬床缩褥酾翔工灞整程所有愈满切潮税床中最为复 杂且加工周期长。因此，研究商速、离精、商效和柔性自动化的螺旋锥巍轮加王机床屡褥 茏为重爱。 隧羲谤舞橇技术程数字控裁技本瓣发震、裹耱液恕予传动靛实瑗，为囊精、毫效鞠黍 性化的齿轮加工开辟了新的途径。垦藤国步 齿轮厂家纷绘采用先进的五铀联动数控热工方 法泉加工螺旋锥齿轮戬提高其加工精度。五艇标轴联动数控加工广泛应用于模具、涡轮叶 片、般嗣螺旋装秘舷空部传等复杂零传的粕i 。爨手弱传统三坐标麴工掇魄增热了两个辩 加的自由度，五嫩标加工能够获平睁更高的生产效率和更好的加正质量，尤熬在加工复杂的空 闺篷疆辩 传统的数控其鸯嚣麓黪热王精凄。 疆懿强爨疑工螺旋锥落轮熬凝寒妻要是传统 ；k 臻，数控纯戆狡臻主癸菝靠遴霜，不毯 价格非常昂贵，而且技术上受制予人。尽管国内生产数控螺旋锥齿轮机床的厂商已有几家， 毽楚链稻麴鼗按系统仍戳雩| 避国辨f a n u c 、s i e m e m 和p h i l i p s 公司为主，由于锻齿轮加工 自翁的特点，这些通用的数控系统不自充分发挥冀j | 生能，c a d 与c a m 寒2 实现一钵纯， 价格也鞍资。如果依靠进口，机床价格更贵，并且国外公司也癌觋技术封锁，遮对于我国 塞轮捉袋熬疫惩较为不琴| l 。因魏，蔽攒镶齿轮嘉l 工特点霈要鸯鑫己弱一套数控系统，剿蹭 我豚在数控方灏的成翡开发经验，我稍便提鹋了嚣发螺旋锥援耱五燮梅辘焱魂数控热王系 统的构想。作者承担了此任务，本课题来源予河南省自然科学糖金项目“仿形数字化加工 技零疆炎”，磺爨绽号：0 0 4 0 5 3 1 0 0 。 围绕该课题本文童要进行了以下几个方灏的研究工作： 1 辩五辅联动数控枫床滋行简要鹩分析，主骚包攒机床豹结构形式、配黉种类、坐 撂变羧方法及刀褰舞控豢l 方式等，这对薅藤镶齿轮五轴联动数控翔工的设诗其霄萋 要的理论和实际意义。 2 辩瞟凝锥齿轮的啮合原瑷进行了介绍，主要包括相对微分法、啮龠方稷、第二共 城曲磷的确定方法、诱零法撼率及点接魅共辍鼗蠢等，遥过溪零参数懿输入，对 螺旋锻齿轮的大小荫面进行计舞，求解出1 龄匾氅标，建囊了螺旋锥齿轮搬嚣模黧。 3 校据骜嚣诗算所褥爨豹结采，避行臻旋锥滚轮赢辘联动数控加工髓莺处理，计算 爨螺旋雉1 帮陵匠辘袋动数控熬工7 经鞔遮。 4 熬予五坐标数控加工后鬣处理原理，根据逑立的机床模型，求解出了螺旋锥齿轮 数控器t 疼翡爱震处壤算法，编篱l 锥齿轮焉鬻处遴器，并利用该处蠼器生成螺旋维 齿轮五轴联动数控加工穰序，该程序输入数控枧床即可加工凑螺旋锥鼗轮。 摘要 5 列震v c + + 集戏环境缡程，求解莲嚣模型三缝数据、缮至螺旋锥袁轮纛辘联动数 控加工的刀位文件和后置处理程序。 本课题将先进的五轴联动数控技术和螺旋锥齿轮加工技术相结合，用计算机技术改进 传统的螺旋锥齿轮加工技术，发挥本所在数控系统软硬件方面的优势，结合国内外的先进 残莱，尝试开发买套警_ 荛产权戆螺麓镶鸯轮五辘联凌数控黧工系绞，为打酸萤夕 蓥薮，赶 超国外水平，发展我国锥齿轮制造的数控产业化做出贡献。由予本课题的研究领域新颖， 机电结合涉及面广，因此需要扎实的数学理论知识和较广的专业知识。由于螺旋锥齿轮的 五轴联动数控加工的磷炎几乎涉及到了整个卷造巧节，因此要实豁鸯爨工出螺旋键落轮，在 本谦题静鏊穑上，还需焱驻下几个方蕊作迸一步深入的研究： 1 螺旋锥齿轮五轴联动加工仿真的研究，通过研究加工仿真来优化整个加工过程。 2 五轴联动数控加工实时插补算法的研究和控制软件的编倦4 。 3 。镶凌轮实际热王工艺滚程憨合理安搀弱俊稳。 关键词：螺旋锥齿轮，蔽轴联动数控，噻会原理，刃位轨迹，藤霪处理 。 塑! 堕! 一一一 a b s t r a c t s p i r a lb e v e lg e a r sa r eo n e o fb a s i cm e c h a n i c a lu n i t st h a tt r a n s m i tm o t i o nb e t w e e nc o n c u r r e n t a x e s 。t h a n k st ot h eg r e a tm e r i t so f t h et r a n s m i s s i o n , s u c ha s & b i go v e r l a pr a t i o ，t h eh i g hl o a d i n g c a p a c i t y , t h eh i 曲t r a n s m i t t i n ge f f i c i e n c y , t h es t a b i l i t y , t h e s m a l ln o i s e s ，a n ds oo n ，t h e ya r ew i d e l y u s e di na u t o m o t i v ev e h i c l e ，p l a n e s ，m a c h i n et o o l sa n da l lk i n d so fm a c h i n e s h o w e v e lt h e t h e o r e t i c a lc o m p l e x i t yc a u s e st h a tt h em a c h i n et o o ls t r u c t u r ea n dt h em a c h i n i n ga d j u s t m e n ta r e t h em o s tc o m p l e x a m o n g a l lt h es t o c k - r e m o v i n gm a c h i n e s ，a n dt h a tt h em a c h i n i n gp e r i o d i c i t yi s v e r yl o n g t h e r e f o r e 。i ti so f m u c h i m p o r t a n c e 祀s t u d y m a c h i n et o o l so f s p i r a lb e v e lg e a r sw i t h h i g hs p e e d ，h i 秘p r e c i s i o n ，h i 醢e f f i c i e n c y , m u c hf l e x i b i l i t ya n dh i 曲a u t o m a t i o n 。 t h e d e v e l o p m e n t o f t h e c o m p u t e ra n d n c t e c h n o l o g ya n d t h er e a l i z a t i o no f t h eh i g hp r e c i s i o n e l e c t r o n i ct r a n s m i s s i o ne n a b l em a c h i n i n gg e a r sw i t hh i 曲p r e c i s i o n ，h i 曲e f f i c i e n c y , a n dm u c h f l e x i b i l i t y n o w , o n ea f t e ra n o t h e r , f o r e i g ng e a rp l a n t sa d o p t t h ea d v a n c e df i v e m a x e sc o o r d i n a t e d n u m e r i c a l c o n t r o l l i n gm a c h i n i n gt e c h n i q u e 幻m a c h i n es p i r a l b e v e l si no r d e rt o i m p r o v e m a c h i n i n gp r e c i s i o n f i v e - a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a lc o n t r o l l i n gm a c h i n i n gt e c h n i q u e i sa p p l i e d w i d e l yi nm a c h i n i n gs u c hc o m p l e xp a r t s 嬲m o u l d , l a m i n a eo ft u r b i n e ，s c r e wp r o p e l l e ra n d a v i g a t i o np a r t se t c c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a l t h r e e a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n g m a c h i n i n gt e c h n i q u e ，f i v e a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a lc o n t r o l l i n gm a c h i n i n gt e c h n i q u e i n c r e a s e s t w oo d d i t i o n a lf r e e d o m ss oi tc a no b t a i nh i g h e rm a c h i n i n g e f f i c i e n c y a n d p r e c i s i o n e s p e c i a l l yi n m a c h i n i n gc o m p l e x c u r v e ds u r f a c e s 。 n o wn a t i o n a ln cm a c h i n e su s i l 堪i nm a c h i n i n gs p i r a lb e v e lg e a r sa r em a i n l yt r a d i t i o n a l m a c h i n e sa n dt h en cm a c h i n e sd e p e n do n i m p o r t a t i o n , n o to n l yt h ep r i c eb e i n gh i g h ，b u tb e i n g l o c k e d a l t h o u g ht h e r eh a v eb e e ns e v e r a ld o m e s t i c m u n u f a c t u r e r sp r o d u c i n gn c m a c i n g e s u s i n gi nm a c i n i n gs p i 嘲b e v a lg e a r s ，t h e i rn cs y s t e m s t i l lm a i n l yd e p e n d so ni n t r o d u c t i o nf r o m f o r e i g nc o m p a n i e ss u c h 嚣f a n 玎e 。s i e m e a a sa n dp h i l i p s , t h i su n i v e r s a lc n cs y s t e m i su n a b l et o m a k ef u l lo fi t sf u n c t i o n s a n dc a da n dc a ma f ei n d e p e n d e n t w h a t sm o r e ，t h ep r i c ei sa l s o v e r yh i 曲i f w eo n l yr e l yo ni m p o r t a t i o n ，t h eh i g h e rp r i c eo f t o o l sa n d t h eb l o c k e d t e c h n o l o g ya r e v e r yd i s a d v a n t a g e o u s t ot h e a p p l i c a t i o no f g e a r m a c h i n e si n0 1 1 1 c o u n t r i e s s ow es h o u l dh a v eo u r o w nc n c s y s t e m so fs p i r a lb e v e lg e a r s i nv i e wo f o u r s u c c e s s f u l l y - d e v e l o p i n ge x p e r i e n c ef o r m a n yy e a r s ，w ep u t f o r w a r dt h e t h o u g h to f d e v e l o p i n g t h ec n c s y s t e m f o r s p i r a lb e v e lg e a r s 。m y d i s s e r t a t i o nh a sd r a w nf r o mt h ep r o j e c t t h es t u d yo f c o p y i n g & d i 痊t i z j n gm a c h i n i n g t e c h n o l o g yw h i c h i ss p o n s o r e db yn a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f h e n a n p r o v i n e e ( i t e mn u m b e r ： 0 0 4 0 5 3 1 0 0 ) c e n t e r e da r o u n dt h i ss u b j e c t ，t h i sp a p e r m a i n l ys t u d i e sa sf o l l o w s ： 一i i i a b s t r a c t 1 b r i e f l ya n a l y z e st h ef i v e a x e s c o o r d i n a t e dn u m e r i c a lc o n t r o l l i n gm a c h i n et o o l s ，m a i n l y i n c l u d i n gs t r u c t u r ef o r m ，s c h e m ev a r i e t y , c o o r d i n a t es w i t c h i n gt e c h n i q u ea n d c u t t e rs h a f t c o n t r o l l i n gm a n n e re t cw h i c hi sv e r yi m p o r t a n tt ot h ed e s i g no ff i v e - a x e sc o o r d i n a t e d n u m e r i c a l c o n t r o l l i n gm a c h i n i n gt e c h n o l o g yo fs p i r a lb e v e lg e a r s 2 t h ee n g a g e m e n tt h e o r yo f s p i r a lb e v e lg e a r si sp r e s e n t e d ，m a i n l yi n c l u d i n gt h et a n g e n t p l a n e ，n o r m a lv e c t o r , c u r v a t u r e o fs p a t i a lc u r v e ds u r f a c e sa n dr e l a t i v ec u r v a t u r eo f c o n j u g a t es u r f a c e s ，e ta l ，a c c o r d i n gt ot h ei n p u t t i n go f b a s i cp a r a m e t e r s ，c a l c u l a t i n gt h e t o o t h f l a n ko ft h e s p i r a l b e v e l g e a r s ，s o l v i n g o u tt h ec o o r d i n a t e so ft o o t h f l a n k s ， e s t a b l i s h i n gt h et o o t hf l a n km o d e l so f s p i r a lb e v e lg e a r s 3 a c c o r d i n g t ot h er e s u l to ff l a n ko f t o o t h c a l c u l a t i n g , p r e - p r o c c e s st h es p i r a lb e v e lg e a r s a n d f i g u r eo u t t h ec u r e rl o c a t i o n o f s p i r a lb e v e lg e a r sn cm a c h i n g 4 b a s e do np o s t - p r o c c e s s i n g p r i n c i p l e o ff i v e a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n g m a c h i n i n g a n d a c c o r d i n g t ot h ee s t a b l i s h e dm a t h e m a t i c a lm o d e lo f m a c h i n e t o o l s ，d e d u c e s o u tp o s t - p r o c e s s i n ga l g o r i t h mo fc n cm a c h i n et o o l sf o rs p i r a lb e v e lg e a r s ，p r o g r a mt h e p o s t - p r o c c e s s i n g t o o lf o rs p i r a lb e v e lg e a r sa n du s e st h et o o lt op r o d u c en c p m g r a m s a n d s p i r a lb e v e lg e a r sc a nb em a n u f a c t u r e db yi n p u t t i n gt h en cp r o g r a m st oc n cm a c h i n e t o o l s 5 p r o g r a m su s i n gv c + + t o s o l v eo u tt h ec o o r d i n a t e dd a t ao ft o o t hf l a n k sm o d e ld e d u c e o u tt h ec u r e rl o c a t i o nd a t af i l ea n d p o s t - p m c c e s s i n gp r o g r a m so f s p i r a lb e v e lg e a r s t h i sp a p e rc o m b i n e sf i v e - a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n gm a c h i n i n gt e c h n i q u ea n d s p i r a l b e v e lg e a r sm a c h i n i n gt e c h n o l o g y , u t i l i z e sc o m p u t e rt e c h n o l o g yt o i m p r o v et r a d i t i o n a l s p i r a l b e v e l g e a r sm a c h i n i n gm e t h o d , e x e r t st h ed o m i n a n c eo fo u ri n s t i t u t ei nn cr e s e a r c h ， i n t e g r a t et h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yi nh o m eo ro u t ，p u t sf o r w a r dt h et h o u g h to f d e v e l o p i n gt h e c n c s y s t e mo f o u r o w n sf o rm a c h i n i n g s p i r a lb e v e lg e a r sa i m i n g a tf o r e i g n m o n o p o l i z a t i o na n d d e v e l o p i n g o u r s p i r a lb e v e lg e a r sm a c h i n i n g t h er e s e a r c hd o m a i no f t h i sp a p e rs t u d i e si sn o v e l ， a n dd e a l sw i t ha 谢d e r a n g eo fe l e c t r o m e c h a n i c a lk n o w l e d g e w h i c hn e e d ss o l i dm a t h e m a t i c a l k n o w l e d g ea n de x t e n s i v ep r o f e s s i o n a lk n o w l e d g e ，i np a r t i c u l a r , n e a r l yd e a l sw i t ht h ew h o l e m a n u f a c t m i n gt e c h n o l o g yf r o mt h eb a s i ct h e o r i e sa b o u ts p i r a lb e v e lg e a r so n b a s e do nt h i s p a p e r ，i no r d e rt od e v e l o po u ts p i r a lb e v e lg e a r s ，t h e r ei ss o m ef u r t h e rr e s e a r c ht ob ed o n ea s f o l l o w s ： 1 m a k e sr e a s c a r c ho nf i v e - a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n gm a c h i n i n gs i m u l a t i o n o f s p i r a lb e v e lg e a r s ，a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o nt oo p t i m i z ea l lm a c h i n i n g p r o c e s s 2 - d e v e l o p i n gt h ec o n t r o ls o f t w a r ea n dt h er e a l - t i m ei n t e r p o l a t i o na l g o r i t h mo ff i v e a x e s c o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n gm a c h i n i n g t e c h n i q u e 3 r a t i o n a l l ya r r a n g ea n do p t i m i z et h es p i r a lb e v e l g e a r sm a c h i n i n gt e c h n i c sf l o w 一i v a b s t r a c t k e y w o r d s ：s p i r a l b e v e l g e a r , f w e - a x e sc o o r d i n a t e dn u m e r i c a l c o n t r o l l i n g , t h e o r y o f e n g a g e m e n t ，c u t t e rl o c a t i o n ，p o s t - p r o c e s s i n g v 一 郑州大学硕士学能论文 第一章缝论 第一章绪论 。 雩| 言 数控加工蹙一种高效率、高精度和高柔性化的自劝加工方法，可有效的解决复杂、精 密、小批多变零件的加工问题，烧现代自动化、柔性化及数字化生产加工拽术的基础与关 键技术。五嫩标轴联动数控加工怒目前数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集 计算机控制、麓性能褐照驱动积糖密技术于一体，应赐予艨量要求很高的复杂曲霭的熹效、 精密、每朔纯熬互，俸瑷t 一令鬻褰生产设鍪耋动纯羧零懿窳乎。由于荚熬黉戆实爰徐夔 ( 特别是对予军事工业静重要影响) 及技术上的复杂镶，五轴数控系统一纛为透方国家的 封锁项目n 齿轮是航空、造船、汽车、能源、国防等部门机器的关键零件，因此1 漪轮生产在现代 化机械制造业中占有十分重要的地镜，尤其在拖拉机、汽车、飞机和机床麓机械工业的生 产中占有稳警懿诧重l z j 。 随着粪轮工监的迅速发震，各种掰型懿先逶藩轮纷纷涌现，其中最羹癸瓣当撵格至森 公司( g l e a s o n ) 推出的螺旋锥齿轮。该齿轮一经推出，其设计、切制、测试等工艺即引起 各国齿轮专家的研究，甚至导致丁关于近代齿轮啮合理论的讨论。 在传统的锥齿轮应用中，普遍使用圆柱渐开线鲞掰锥齿轮，特别是在相交轴的传动中， 壹齿锥齿轮躐魄螺旋镶齿轮易予期王，其齿线在传动巾瞧不产生轴自力霹褥到糖当广泛的 恋爱。毽壹滚镶藩轮蘩在传动孛弼辩噻会瓣塞鼗霹少，辔荔产生净壹，嚣露传动不平稳， 承载能力低，嗓音也大。而螺旋镶齿轮副在传动中轮齿烃从一端向另一端逐渐接触的，同 时接触的齿数对要比直齿锥齿轮副多，因而相比直齿锻齿轮具有传动重合魔大、承载能力 高、传动效率高、传动平稳、噪声小等优点【3 】。螺旋锥齿轮现已经被广泛殿用到各种高速 重载的相交轴传动中，特别是航空、航海、汽车、飞枫、工程机械车以及镑种髓密机床等 行鲎。因忿，攘旋链齿轮熬没诗与豢造在援 壤行鼗孛占蠢程当重要懿蘧佼。程是，麦予嫘 旋锥齿轮鸯瓣复杂，传统靛数控秽l 藤难以加工或加工藕发不离。因此，零i 瘸先进的五轴联 动数控加工方法来加工高精度的螺旋锥齿轮对于国家科技力量的提高具有激隳的意义。本 章主要阐述课题的背景、来源、翻的、意义和国内外概况，最后介绍了本文的工作。 1 ，2 研究螺旋锥齿轮五轴联渤加王的曩的和意义 螺旋镶瓷轮理论是由美国g l c a s o n 公司的科学家e 戚尔德哈溶( e w i l d h a b e r ) 、m l 巴斯特尔( m l ，b a x t e r ) 等人提出的州。螺旋锥齿轮以其良好的动态性能，在机械行业中占有 相当的地位。其设计和制造技术从问世以来一直是制造业的难点和热点。实行高速、高效、 郑- h 火学硕士学位论文 第一章绪论 高精度、数控化和柔性化加工，是其发展的方向p j 。 同普通的直齿锥齿轮相比，螺旋锥齿轮的设计加工原理复杂得多，它的啮合齿面为两 复杂的空间点接触齿面 6 1 。由于螺旋锥齿轮的设计加工原理的复杂性，使得机床机构非常 复杂，除一般机床具有的传动链、展成链、分齿机构外，还有变性机构和刀倾机构，且包 含了复杂的调整计算理论【7 j 。实际上螺旋锥齿轮是一对局部共轭的齿轮副，它是用在计算 点处与齿面相切的二阶曲面来简化逼近齿面，通过对齿轮副节锥上节点一点的分析进行切 齿计算，所以要使整个齿轮副达到啮合要求，就要不断地试切、修正和调整【8 】，整个过程 繁杂冗长，计算量大，操作人员的劳动强度高，而且对操作人员本身的要求也非常高，计 算结果有一点差错，就要重新计算，这就使得加工周期长，成本高。 随着计算机技术和数字控制技术的发展，高精度电子传动的实现，为高精、高效和柔 性化的螺旋锥齿轮加工开辟了新的途径。国外齿轮机床迅速走向n c 化 9 - 1 3 】，目前国外齿 轮厂家纷纷采用先进的五坐标轴联动数控加工方法来加工螺旋锥齿轮以提高其加工精度。 目前五坐标轴联动数控加工方法广泛应用于模具、涡轮叶片、船用螺旋桨和航空部件等复 杂零件的加工。由于同传统三坐标加工相比增加了两个附加的自由度，五坐标加工能够获 得更高的生产效率和更好的加工质量，尤其在加工复杂的空间曲面时比传统的数控加工具 有更高的加工精度。 目前国内加工螺旋锥齿轮的机床主要是传统机床，数控化的机床主要依靠进口，不但 价格非常昂贵，而且技术上受制于人。尽管国内生产数控螺旋锥齿轮齿轮机床的厂商已有 几家，但是他们的数控系统仍以引进国外f a n u c 、s i e m e n s 和p h i l i p s 公司为主，由于锥齿 轮加工自身的特点，这些通用的数控系统不能充分发挥其性能，c a d 与c a m 未能实现一 体化，价格也较贵。如果依靠进口，机床价格更贵，并且国外公司也实现技术封锁，这对 于我国齿轮机床的应用极为不利。因此，根据螺旋锥齿轮加工特点需要有自己的一套数控 系统，利用我所在数控方面的成功开发经验，我们便提出了开发螺旋锥齿轮五坐标轴联动 数控加工系统的构想。为了研究和开发数控系统，本文对螺旋锥齿轮的五轴联动数控加工 进行了研究和探讨，这对于应用和推广数控齿轮机床，提高我国在国际上的竞争力，促进 我国经济的发展，有着广泛的应用前景。 1 3 国内外现状与发展概况 现代工业生产系统相当普遍地使用齿轮装置，因此齿轮常作为工业的象征，我国还将 其设计在庄严的匡f 徽上，齿轮技术的历史可以追溯到公元3 0 0 0 - - 5 0 0 0 年前，几乎和人类历 史同“。当代齿轮技术的进展无疑是齿轮技术史上最引人注目的发展阶段之一，是本世纪 中叶发展起来的一些高新技术相互渗透、相互融合的结果“”。齿轮技术作为了一门具有明 显产品特征的共性技术，它的发展和成熟无不和工业产品的发展相关。1 9 世纪现代工业的 形成开始了齿轮技术的近代史，机器工业的发展使它发展成为一门工业技术。2 0 世纪初叶 2 一 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 汽车工业的崛起促使了大批量、黼效生产技术的发展，随后航海、航空、航天技术的发展， 以及大型现代化成套工业设备的出现使高参数、优性能的高速齿轮和重载工业齿轮褥到了 迅速发震稻瘦鼹，毪键透了穗波熬基穑瑾论、工艺技术及设备豹研究窥发展。齿轮概床， 特别是螺旋锥齿轮加工机床，结构复杂，调整项目多，调整复杂，如果采用传统机床，一 般要经过有经验的调熬人员多次试切才能褥至合格的轮遴接触送。采用数控技术，掰默篱 化机床的结构，筒纯枫床的调黧帮试切，搿且突破了齿型制度( 过去分为格里森型鞠弧收 缩齿和奥立康制摆线等高齿等) 的界限。网此，螺旋锥齿轮机床向数控化发展，特别是利 遐五辘联动瓣瓷端数按鸯g 工援臻米龆工螺旋镶鹰轮，挺毫其燕z 效率霹藤工壤凄楚瞟夔锥 齿轮加工的发展趋势。 。s 藿， 发展撅嚣 世界上螺旋锥齿轮机床较发达的国家有美国、德图和瑞士。美国格里森( g l e a s o n ) 公 弼戏立于1 8 6 5 年，至今已有1 3 8 冬魄历史，该公司一嘉是锥落耱骞l 康豹畿赛镁先供液齑。 德国克林根伯格( k l i n g e l n b e r g ) 除了供应成套锥齿轮加工设备外，还以齿轮测量仪器见长， 提供齿轮和蜗轮单面啮合对滚检焱仪等，德国普福特( p f a u t e r ) 公司专长于精密滚齿机， 该公霉已被格垂森毅魏，德重势侩兹( l o r e n z ) 公霹叟产攉落梳移齿轮刃其，德戮赫麓 ( h u r t h ) 公司生产滚激机、剃齿机和珩齿机。瑞士熬晓康齿轮技术( o e r l i k o n ) 公司生产 弧齿锥齿轮全套设备和圆柱齿轮成型磨齿机，瑞士莱期豪尔( r e i s h a u e r ) 公司生产麓效硬 巍蕊精热工概寡，该公蠢】还程蘑蜗秆移轮瓣蓊橇密裁磺齿匿，爱产效率裔，勇夕 该公司还 生产螺纹和蜗杆磨床。 九十年代，世界遴入兼劳熟溯。美国撂爨森公司簸颖嚣出。1 9 9 5 年l o 月，g l e a s o n 收 购了德国生产滚齿机、撮齿杭的激厂h a s s e ，使其当馨销售额达4 亿美元，以压倒优药超 过k l i n g e l n b e r g 、l i e b h e r r 和l o r e n z 三公司缎成的s i g m a 集团。同年，还收购了h u r t h ，使 g l e a s o n 获缮了生产精密第l 齿懿耱臻齿援。兹黥力。1 9 9 7 年7 嚣，c _ l 忿_ j l s o r l 矮l 亿美元浚魏了 德图赫尔曼蒋发特( h e r m a n n p f a u t e r ) 集团，使之又鼗上了圆柱齿轮滚齿机和磨齿机的宝 座，并收购了p f a u t e r - - m a a g 刀舆公司7 5 的产权。至此，这个自称“齿轮世界”的公司， 又占据了圆校毽轮这个“大半透天。据统诗穰星森生产豹锥齿轮梳寐在全落界已有1 5 0 0 0 台以上。 目前g l e a s o n 公司怒螺旋锥齿轮和准砹黼匿锥卷轮鸯曩工枫凑瓣主要供黩厂家。该公司 早麓的格里森n o n 6 镳齿机采用复杂豹祝械传动机构湖，主要通过齿轮间的啮合来传动， 并且传动链较长，容易造成锥齿轮的制造误差。8 0 年代中期，格里森公司率先推出了 蕊x ( 最基) 系列数控镶装轮铣鼗凝霹磨巍壤，嚣始了螺旋锥嚣轮热工橇涨鹣一次重大革 新。它可以加工两种齿制的齿轮，取消了传统机床的摇台机构和刀倾机构，并且更为蓬要 的是它取消了复杂的传动链和调整环节，大大简化了机床结构，而且机床刚性也显著掇态。 这癸全数控螺旋镶塞轮黧王撬床实际上是一耱五辘联韵豹万毵掇寐，可热工各种齿镧鹃螺 3 一 郑州大学硕士学位论文 第一章绪论 旋锥齿轮齿面，除了更换刀盘和夹具、工件外，整个加工过程都是自动的，加工精度比传 统机床可提高l 2 级，而且重复精度好。 在c i m t 9 9 展会上g l e a s o n 公司展出了一台风凰系列4 5 0 g 型数控螺旋锥齿轮磨齿机 和s r s 4 0 5 型数控剃拨刀磨床。4 5 0 g 磨齿机可精磨硬齿面螺旋锥齿轮的大轮和小轮，磨齿 精度可达3 4 级( d i n 标准) 。4 5 0 g 的最大加工工件直径4 5 0 m m ，最大模数1 2 m m ，还可 加工弧齿鼠牙盘或联轴节齿面。c n c 包括砂轮修整运动在内共有8 轴，用5 轴联动实现了 磨齿运动【l ”。目前g l e a s o n 公司的产品已经涵盖了滚齿、剃齿、磨齿等锥齿轮加工机床。 在c i m t 2 0 0 1 展会上g l e a s o n 展出其6 0 0 h t l 锥齿轮研齿机。g l e a s o n 的6 0 0 h t lt u r b o l a p p e r 研齿机独具一格，用于直径可大到6 0 0 m m 的锥齿轮和准双曲面齿轮的硬齿面精加工， 6 0 0 h t l 研齿机的生产效率高，生产出的齿轮质量好，而且便于操作，优于其他的计算机数 控或者机械式的研齿机。6 0 0 h t l 研齿机小轮主轴的速度可达4 0 0 0 转分，独特的“高速研 齿”( t u r b ol a p p i n g ) 过程，即便在此非常高速度的情况下，也能够把研磨剂喷送到啮合点， 最终的效果是研齿循环时间的明显缩短。6 0 0 h t l 研齿机在用户有效地使用及维护机床的能 力方面进行了巨大的改进，可回转的悬垂控制盘，可以让开和接近加工区间，而且在便于 操作者装卸工件方面的布局是人体工程学的最佳设计。6 0 0 8 t l 所要求的占地面积只是竞争 对手研齿机的一半，但是它可以适应齿轮直径大到6 0 0 r m ，为汽车以及载重汽车和拖拉机 应用研制出理想的齿轮。 瑞士o e r l i k o n ( 奥立康) 公司在c i m t 9 9 展会上展出了一台数控螺旋锥齿轮铣齿机c 2 8 ， 6 轴5 联动i l ”。这种数控铣齿机的最大特点是可实现干切削。刀盘主轴箱滑鞍安装在倾斜 床身导轨上，切屑可自由落入其下方的排屑槽由排屑器及时排除，在现场看到集屑箱内堆 积的全都是未施加任何切削液的发兰色切屑。我国湖北车桥有限公司曾于1 9 9 7 年首次进口 o e r l i k o n 公司的c 2 8 ，成为这种环保型数控铣齿机在中国的第一家用户。c 2 8 的加工精度 相当高，达5 6 级p n 标准) 。可以预期，这种环保型数控铣齿机将成为加工汽车后桥主 从动螺旋锥齿轮的主力设备。 德国克林根伯格( k l i n g e l n b e r g ) 公司最近开发出一种新型齿轮加工机床：k n c s 3 5 ，这 是一种万能数控弧齿锥齿轮切齿机床。它把齿轮加工机床与测量技术相结合，与以往相比， 机床机构更加简单，刚性得到改善，从而提高机械驱动的灵敏度，提高n c 指令的可靠性， 大幅度提高了齿轮加工的精度。应用c n c 测量方式，齿轮加工机床采用新的计算技术后， 可通过计算机事先进行最优化设计，缩短定位调试和加工时间。这种方法有利于降低生产 成本，提高加工精度，增大负载能力和降低噪声。 生产数控成形磨齿机较早的厂家意大利s a m p u t e n s i l i ( 桑浦坦斯利) 公司最近也开 发了一台8 轴数控剃齿刀磨床r s b l 8 。与胡尔特s r s 4 0 5 型剃齿刀磨床不同的是其砂轮位 于工件轴的下方，易于观察磨削状况，最大的特点是头架的直线运动是由直线电动机驱动的， 由于彻底消除了传动间隙，因而提高了运动精度和加工精度。 一4 一 郑州大学硕士学位论文 第一奄绪论 1 3 2 国内发展概况 我蓬鸯凝中鏊戒立嚣，锭遴轮行鼗裁蹙到餮家鹣霞视，开娥组织有关齿轮专家发展锥 齿轮机床，我国的锥齿轮机床从无到有，从仿制、测绘、发展到自行设计。到6 0 年代末 7 0 年代初，已能为我鼹“二汽”提供先进鲍镶齿轮成套抚庆。扶7 0 年代开始，我灏秀鲶 弓| 进美国稔壤森公司酌齿轮机深，对格里森公司的计算公式进行了推导和改进“。我国 原机械工业部把“格舅森成套技术研究”列为重点科研项目，组织许多高等院校和科研机 梅进露攻关。毽我国晕麓戆锥毽轮撬康多药蒋绣掇痰，并寒实臻数字绽，该粪援寐熬传动 系统复杂，主要通过齿轮间的嘴合来传递遮动，并且传动链较长，一旦有误差产生，将会 影响整个传动链，造成锥齿轮的制造误差，加工精度低。 由于瓣技零豹重大优势，觚“，五”嬲闻开殆，我鬣一些税床厂研制黼齿轮税床并 取得了一定的进展，我阑秦川机床厂与西安交通大学联合研制了y h 2 2 4 0 型数控螺旋锥齿轮 铣齿枧，通过五铀联动数控字控铝器实现自幽戚形加工，能加工出各种盏制黪空闻任意凌嚣， 取代了传绞飘褫螫螺旋锥齿轮铙激枫复杂的传动链_ 移繁琐费对的调整试切。该机床的特点 魁引入了加工中心概念，3 个铣了 盘安装在一个旋转刀库上，工件在一次装灾中就可以完成 糇精加工。随龅这 孛钱凌擐也可攀錾之先锥泼轮燕工中心。整个鸯工过程豹怒套软馋采矮了 西安交通大学王小椿教授主持开发的h y s p i r a l 2 0 软件包。该软件包是服务于锥齿轮整个 设计加工全过程的全闭环集成软件系统，即在齿面3 阶啮合理论基础上开发的融锥齿轮设 落+ 、麓王、溪璺、误差骖歪等为一体豹集成敬磐系统，怒弧齿镗巍轮秘难戳瓣匿燕轮黪逶用 软件包。该软件包的功能相当完备，包括齿轮轮坯设计、曲率干涉检验、啮合特性与粗精加 工优化、齿颟接触分析、三坐标测量网络生成、误差分板、虚拟啮合情况的泼西接触分板 稻辘床调整参数掺正等模块。由予这些配套欲俘静支持，y h 2 2 4 0 院传统罐齿轮铣齿税加工 精度可提高1 级，达到6 级。 尤其值褥一提的是在2 0 0 2 零8 月，孛鬻大学弘力精密规械鸯限公霹磷褒l 或功我爨第一 台聂轴联动晌y k 2 0 4 5 黧数控螺旋锥齿轮磨荫机并通过了鉴定。该机为效率裂数控螺旋锥齿 轮磨齿机，它的研制成功是我国高级数控机床领域的又一突破，在加工精度和磨削效率方 嚣达裂露类蘩凌爨豹鏊嚣先遴承擎，英牲戆徐按篦逶会我鋈泰场霭求，瓢瑟缩短了我篱与 工业发达国家在齿轮加工方面的熬距“。该机床去掉了传统机械