螺旋锥齿轮数控加工分析范文

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螺旋锥齿轮具有噪音小、重叠系数大、承载能力高等特点，在拖拉机、航海、航空、汽车、精密机床等领域的高速重载相交轴传动当中，发挥了巨大的作用。在所有种类的齿轮当中，螺旋锥齿轮的啮合理论具有最大的难度，在各类金属切削机床当中，其相关设备也具有最高的复杂度。近年来，随着我国科技的不断发展，数控技术在齿轮设计和制造当中得到了越来越广泛的应用，也使得螺旋锥齿轮的加工技术得到了极大的优化和提升，是未来齿轮制造技术的主要发展方向。

1螺旋锥齿轮的概述

应用于交错轴回转运动的齿轮，称之为锥齿轮。常用的锥齿轮主要包括直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮两种类型。在直齿锥齿轮当中，轮齿在节锥母线方向上是直的。在传动过程当中，直齿锥齿轮相比于螺旋锥齿轮，会同时啮合较少的齿数，因此容易产生冲击，造成噪声较大、传动不平稳的情况，进而降低承载能力。而在螺旋锥齿轮当中，由于轮齿是弯曲的，因此在传动过程中，轮齿会从一端逐渐向另一端接触，因而能够同时啮合更多的齿数。具体如图1所示。在螺旋锥齿轮当中，又包括了弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮等类型。其中，弧齿锥齿轮的两个相交轴的轴线，是处于同一个平面当中的。而在准双曲面齿轮当中，两个相交轴的轴线并不在同一个平面之内，二者之间存在着一定的偏置距。因此，在同等条件之下，准双曲面齿轮的小轮螺旋角会更大，同时其节点的半径也将会增加。因此，其小轮的重合系数、承载能力、力学强度等都会有所增强，从而使其使用寿命得到延长。在螺旋锥齿轮的加工过程当中，通常采用断续加工方法对圆弧齿锥齿轮进行加工，而采用连续加工方法对延伸外摆线齿锥齿轮进行加工。由此也形成了两种不同的齿制，分别为准双曲面齿制、延伸外摆线齿制，这些齿制在平常的应用当中，就是人们常说的格里森齿轮、奥利康齿轮、克林贝格齿轮等。

2螺旋锥齿轮的数控加工

2.1局部共轭原理在螺旋锥齿轮数控加工当中，利用机床上的摇台机构，进行齿轮的假想。在摇台上安装的刀盘切削面，作为一个假想齿轮的轮齿。通过数控系统控制假想齿轮和被加工齿轮的运动，使其根据设定的传动比，各自绕轴旋转，这样，刀盘就会在轮坯上切出相应的齿槽。在这一过程中，齿面切削的过程相当于准双曲面齿轮的啮合过程。在被加工轮齿曲面和刀盘切削面之间，具有完全的共轭现象，如图2所示。这种加工方法成为展成法，其中摇台代表了假想齿轮，也就是产形轮。而局部共轭原理则是根据展成法加工的大轮齿面，利用齿轮啮合原理，得到能够完全与之共轭的小轮齿面。而在实际加工当中，通常将齿面修正为局部共轭，从而使其可调性得以提高。

2.2切齿修正原理在加工螺旋锥齿轮的过程中，对局部共轭的切齿加工原理进行了应用，在经过修正之后，在理论齿面和实际齿面之间，在某点的法矢是相同的，但是二者之间的曲率会存在着一定的差别。对理论齿面的曲率进行修正，从而得到实际齿面的曲率。两个曲面在某个点上相切，因此在这一点上，二者之间的切平面和法矢相同。在两个齿面啮合接触的过程中，根据齿面之间的距离，能够用红丹粉对齿面接触痕迹进行检查。在两个齿面运转的过程中，也能够根据这一原则来确定其接触区的大小。利用要求的接触区长度，能够得到接触点上两个齿面的相对法曲率，进而对单方向齿面的曲率修正量进行确定，具体如图3所示。

2.3计算点与节锥参数在螺旋锥齿轮的数控加工当中，通常利用双面法对大轮进行加工，在大轮齿槽上，利用双面刀盘同时对其两个侧面进行切削。在加工与之相匹配的小轮的过程中，通常采用的是单面法，对于小轮齿两个侧面，分别在不同的数控机床调整下，利用不同的刀盘进行切削加工。通过这种方式，能够更为有效地分别控制两侧齿面的接触区[3]。一般来说，在两侧的齿面当中，计算点应当是不同的，因此需要对切齿进行分别计算。但是这样会使过程更为复杂，并且难以确定加工调整参数。因此，采用了共轭曲面原理计算切齿，将大轮齿槽中点作为计算点，从而形成大齿轮槽两侧计算点相同的半径。

3螺旋锥齿轮的误差修正

3.1齿面接触区修正对于螺旋锥齿轮来说，其接触区的好坏，会对齿轮的传动特性、传动质量、使用寿命等产生极大的影响。通过接触区的形状、位置、大小，可以对齿轮的调整和加工进行修正，进而提高其传动特性。而我国当前由于技术等方面的不足，在修正齿面的过程中，往往难以利用CMM进行修正测量。大多采用的是传统的对滚方法。在计算切齿的过程中，只对曲率和法矢进行了考虑，因而难以确保整个接触区的法矢符合要求。对此，在实际加工当中，可通过TCA方法绘制齿面接触区，并利用红丹粉对进行对滚，实现接触区修正。

3.2运动误差分析修正在同等制造的齿轮当中，对于传动误差来说，齿轮与齿轮副的接触区、齿轮的使用寿命、承载能力、传动质量等，都有着十分密切的联系。在齿轮运动过程中，由于传递运动缺乏准确性，在两齿的接触和脱开过程中，运动缺乏连续性，因而造成了齿轮噪音增大和冲击增大的现象。由于采用了局部共轭原理来加工准双曲面齿轮，如果局部共轭的齿轮副安装在正确的位置，会在轮齿中部发生齿轮副的接触。而如果没有正确安装，在接触区会在中点附近移动，轮齿边缘也就不会集中荷载。

3.3实际齿面误差修正在实际齿面误差修正的过程中，按照处理齿面误差数据，能够得出螺旋锥齿轮数控加工机床的调整参数修正量。利用修正之后的调整参数进行重新的加工，通过几次试切能够得到合格的产品。然后对其进行齿面测量，得出实际齿面误差。通过这种方法，能够对齿轮热处理变形误差、安装误差、机床调整误差等进行重复的修正。同时，还可以利用该方法根据标准样件齿轮对数控加工机床进行调整。采用齿面测量方法，不但修正加工误差，也能够得出齿轮齿形其它方面的误差参数，从而用于其它方面的分析修正。

4结论

随着我国当前社会发展和建设速度的不断加快，在各个相关领域当中，对于螺旋锥齿轮的需求量越来越大。在加工螺旋锥齿轮的过程中，为了更好地确保加工效率和加工精度，对数控加工技术进行了应用，从而实现了自动化、高精度、流程简化的螺旋锥齿轮加工。此外，通过相应的技术手段，还有效地修正了加工误差，从而确保了螺旋锥齿轮的质量。

作者：黄忠孟 苏永华 单位：广西机电工程学校