四轴数控铣齿机用变性原理加工半滚切

1、四轴数控铣齿机用变性原理加工半滚切准双曲面小轮天津市机床制造王树波 王在江 王鹏齿轮业人士曾经认为， 准双曲面齿轮的加工只能通过五轴五联动机床加工完 成，但是天津市机床的 YH60 系列四轴数控铣齿机，应用自主开发的切齿方法 和软件完成同样的加工，走出一条加工准双曲面齿轮的创新之路。一、 YH60 系列数控铣齿机天津市机床制造公司生产的 YH60 系列数控铣齿机是坐标式机型，采用伺 服直线轴实现 X 、Y、Z 三个坐标方向的运动，取代原先的摇台、偏心鼓轮的合 成滚切运动和机械式进给结构， 将传统的机械结构复杂的机床向数字化程序控制 的智能化发展， 将传统的复杂的齿轮的传动结构变为接近零传动，

2、机床的传动链 短，动态刚度明显提高， 从而加工效率和工作稳定性大幅提高。 该系列机床采用 德国西门子公司的四轴数控系统，精度高、刚性好、效率高，操作方便简单适用 于加工各种模数的弧齿锥齿及准双曲面齿轮。公司开发制造的 YH60 系列数控铣齿机被各行业广泛的应用， 如：YH603G 、 YH603B 在电动工具、缝纫机等领域中的小模数齿轮加工应用； YH604 、YH605 在汽车、 工程机械等领域中的中等模数齿轮加工应用； YH6012 、YH6016 在石 油、化工、船舶、矿山机械等领域中的大模数齿轮加工应用。此种机床既适合于 小批量、多品种的多元化生产，也适用于大批量、规模化生产。无论在哪

3、种生产 模式中都可以体现出机床效率高精度好且稳定的特点。 如：在北方奔驰重卡的中后桥齿轮副的加工中， 产品模数为 10mm ，在 50s 左右加工一齿的加工节拍下，齿轮加工精度持续稳定在 6 级(GB11365-89 )，得到了用户的认可与高度评价。 公司生产的 YH60 系列机床， 是一种新型的四轴数控铣齿机， 数控系统采用 了德国西门子数控系统， 配套元件均采用国外知名品牌， 使机床整体性能上有了可靠的保证。在机床的整体结构的静态及动态刚度及振动做出了了更多实惠。设计方面，利用有限元分析的手段对机床科学的分析，并根据分析结果对机床整体结构设计进行优化设限度的提升。四轴数控技术的应用使 YH

4、60 系列铣齿机对比价格昂贵出色的性价比优势，用户得到的五轴机型有着计，使机床的工作性能得到了最大图 1 YH60 机床结构简图X、Y 两轴形成平面直角坐标系通过系统插补来代替摇台动作A 轴为工件主轴完成旋转运动Z 轴为床鞍进给运动YH60 系列机床使用三个正交平移运动轴 （X、Y、Z） 和一个轴线正交的回转 运动轴 A 代替复杂的摇台鼓轮、变性机构，实现了螺旋锥齿轮的展成加工。其 结构如图所示。 O-XYZ 是机床坐标系，工件齿轮绕自身轴线 A 的旋转、刀盘沿 X 轴和 Y 轴的平动和工件头箱沿 Z 轴的平动，以上一个旋转运动和三个平动分 别代表了机床的 A、X、Y和 Z 四个联动轴。它把螺

5、旋锥齿轮加工原理、控制方 法和动作浓缩在最小限度的三根直线轴和一根回转轴上。在利用格里森 SGM 、 SFM 、HGM 、HFM 这几种加工方法时，由于四坐标数控机床能够在加工空间 中实现刀具相对工件的正确位姿及啮合关系，运行出加工原理需要的数学模型， 因此完全能满足螺旋锥齿轮的数控化加工。二、滚切变性方法的应用 在传统机械弧齿锥齿轮铣齿机中， 改变滚切变性机构的实质， 就是通过改变 变性机构给予摇台“附加运动” 。使其在整个齿面展成过程中有规律的“打乱” 正常展成切削的比例关系 （摇台变速运行）。使摇台在某些时刻的运行速度加快， 从而使被切齿轮的相应部分发生根切， 减小压力角； 经过滚切中心

6、后又使摇台运 行速度变慢， 从而使被切齿轮的相应部分发生切顶， 增大压力角。 这样一来可以 使“斜谷接触线痕”改为“正谷” ，并改变了齿廓曲率，结果达到了修正接触区 款度及对角方向的目的，使成形法加工出的直齿廓大轮与小轮正确啮合。X、Y、ZX( )=a 11+ a 12+ a 13 2+ a14Y()=a 21+a 22+ a23+ a24Z()=a 31+ a 32+ a33+ a34A()=a 41+ a 42+ a 432+ a44而今我们依然利用了这种原理，在四轴的数控机床上来进行实现 三根直线轴及旋转轴 A 的运动方程式可用如下的方式表达：设为摇台转角， a 为常数，在格里森制弧齿锥

7、齿齿轮及准双曲面齿轮中最基本 的四轴数学表达式完全满足了加工的需求， 通常采用的变性法原理即是如此。 由于数控机床的特点是灵活性高，易于控制，故而这种方法的实现变得更加容易。在接触区的修正方面， 二阶变性系数 2C 和三阶变性系数 6D 起了非常重要的作用， 主要在修正接触区宽度、 对角方向以及接触区形状的方面非常见效。 二 阶系数可以对齿的齿廓曲率和齿曲面上各方向的法向曲率同时加以修正， 可以使接触区在变窄或变宽的同时产生对角。 而三阶变性系数主要起修正接触区形状的作用，当我们要修正小端短而宽、 大端长而窄的鱼尾形接触区或修正小端长而窄、 大端短而宽的鱼尾形接触区时， 可通过三阶系数的调整实

8、现。 在全滚切法中的小轮的一些接触区修正依然不变， 例如齿廓曲率的修正， 纵向曲率的修正， 以及对 角方向的修正等。如能将这些方法与变性系数相结合使用的话将会使接触区的调 整变的更容易，更方便，可控性更强。以下是几种产品的切齿加工数据，请大家参考：例 l 、项目名称齿数 小 轮 大 轮9 43模数/ 径节 压力角 小轮凹面 - - - 小轮凸面轮副轴交角 小轮偏置距 3.9670018.02-24.2890.0030.00毫米度.分度.分 度.分 毫米大 轮 精 切 调 整 参 数刀盘参数刀盘名义直径 6.00000英寸外刀刀齿齿形角 21.15度.分刀刀齿齿形角 21.15度.分外刀齿刀尖错

9、距 2.03毫米机床调整参数机床安装根锥角 68.02度.分水平轮位 1.98（ 退）毫米床位 .00（ 退） 毫米垂直轮位 .00（ 上 ）毫米水平刀位 32.79毫米垂直刀位 72.57毫米径向刀位 79.63101毫米起始摇台角 65.68211度基本摇台角 65.68211度终止摇台角 65.68211度滚比值 .00000小 轮 精 切 调 整 参 数 刀盘参数齿 面 凹面 - 外刀 凸面 - 刀刀尖直径 151.15153.13毫米刀齿齿形角 14.0028.30度.分机床调整参数齿 面 凹面 - 外刀 凸面 - 刀 机床安装根锥角 12.58 12.58度.分水平轮位 - - -

10、 -3.00（ 退）-3.14（ 进）毫米床位 - -2.94（ 退 ）4.32（ 退 ）毫米垂直轮位 - - - -35.00（ 下）26.75（ 下 ）毫米径向刀位 - - - -85.0387076.00036毫米起始摇台角 64.9010360.69559度基本摇台角 82.0849681.85337度终止摇台角 97.93490101.62075度滚比值 滚切修正系数 2C 滚切修正系数 6D 5.502164.59095.31876-.60000-.18785-.35000项目名称小轮大轮齿数 943模数/ 径节 3.96700毫米压力角 - 小轮凹面 -18.02度.分- - -

11、 - 小轮凸面- -24.28度.分轮副轴交角 - - -90.00度.分小轮偏置距 - - -30.00毫米大 轮 精 切 调 整 参 数刀盘参数刀盘名义直径 6.00000英寸外刀刀齿齿形角 21.15度.分刀刀齿齿形角 21.15度.分外刀齿刀尖错距 2.03毫米机床调整参数机床安装根锥角 68.02度.分水平轮位 1.98（ 退）毫米床位 .00（ 退） 毫米垂直轮位 .00（ 上 ）毫米水平刀位 32.79毫米垂直刀位 72.57毫米径向刀位 79.63101毫米起始摇台角 65.68211度基本摇台角 65.68211度终止摇台角 65.68211度滚比值 .00000小 轮 精

12、切 调 整 参 数刀盘参数齿 面凹面 - 外刀 凸面 - 刀刀尖直径 151.15153.13毫米刀齿齿形角 14.0028.30度.分刀齿刀尖园角半径 .93 .93 毫米机 床 调 整 参 数基本机床模型齿 面 凹面 - 外刀凸面 - 刀机床安装根锥角 12.58 12.58度.分水平轮位 3.00（ 退）-3.14（ 进）毫米床位 2.94（ 退 ）4.32（ 退）毫米垂直轮位 35.00（ 下）26.75（ 下 ）毫米径向刀位 85.0387076.00036毫米起始摇台角 64.9010360.69559度基本摇台角 82.0849681.85337度终止摇台角 97.93490101.62075度滚比值 5.50216 4.59095滚切修正系数 2C .31876-.18785滚切修正系数 6D -.60000-.35000在与各齿轮生产厂家合作