【正文】 ........................................................................ 13 第二共軛曲面應(yīng)滿足的方程式 ............................................................... 14 螺旋錐齒輪的切齒加工 ..................................................................................... 15 切齒加工原理與方法 ............................................................................... 15 齒面修正 ................................................................................................... 17 本章小結(jié) ............................................................................................................. 19 第三章 螺旋錐齒輪齒面計(jì)算 ........................................................................................... 20 加工坐標(biāo)系建立及其參數(shù) ................................................................................. 20 齒面方程建立 ..................................................................................................... 22 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 IV 齒面方程轉(zhuǎn)換 ......................................................................................................23 本章小結(jié) ...............................................................................................................28 第四章 基于盤(pán)狀銑刀加工軌跡的通用機(jī)床切齒研究 ....................................................29 數(shù)控加工中心的選擇 ..........................................................................................29 齒輪切齒技術(shù)的研究 ..........................................................................................31 加工方法 選擇 ...........................................................................................32 加工刀具 選擇 ...........................................................................................33 通用機(jī)床切齒 軌跡規(guī)劃 ......................................................................................34 基于盤(pán)狀銑刀軌跡的切齒刀具軌跡確定 ..........................................................38 本章小結(jié) ..............................................................................................................41 第五章 基于齒面數(shù)學(xué)模型的 通用機(jī)床 齒面加工方法 ....................................................42 齒面加工工藝過(guò)程 ...............................................................................................42 刀具空間位姿 構(gòu)建 ...............................................................................................43 齒輪 加工 干涉問(wèn)題 ...............................................................................................46 齒面 加工質(zhì)量 分析 ...............................................................................................49 本章小結(jié) ...............................................................................................................51 第六章 結(jié)論 ........................................................................................................................52 參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................................54 在學(xué)研究成果 ......................................................................................................................54 致 謝 ..............................................................................................................................57 1 第一章 緒論 螺旋 錐齒輪的類型與特點(diǎn) 螺旋錐齒輪的類型 螺旋錐齒輪是錐齒輪 的一種特殊的形式，螺旋錐齒輪 齒面 的 節(jié)線為曲線， 一般分為三大類： 按齒面節(jié)線 分類 、 按齒高 進(jìn)行分類 和按 軸線間相 互位置 分類 。 刀盤(pán) 在回轉(zhuǎn)時(shí) 工件也必須 與刀盤(pán)同步 回轉(zhuǎn)以便分齒，所以這種 銑削齒輪的方法是連續(xù)的 ， 不需要 間歇分齒。當(dāng)小輪的螺旋角增大時(shí)，小輪的模數(shù) 也跟著變大了，從而小輪的直徑也隨之增加了，這樣不僅提高了小輪的強(qiáng)度而且使齒輪副的使用壽命也提高了。 (2) 漸縮齒錐齒輪，齒輪的齒高向由大端到小端沿節(jié)錐母線方向按一定的比例逐漸減小。當(dāng)錐齒輪副的傳動(dòng)比較大時(shí)，大輪的輪齒側(cè)面形狀接近直線。這樣幾個(gè)齒同時(shí)作用可以 減輕 齒輪間的 沖擊， 增大了傳動(dòng)扭矩和 降低了噪聲。 螺旋錐齒輪 在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中 應(yīng)用 十分廣泛，并且是一些復(fù)雜動(dòng)力機(jī)械的最關(guān)鍵傳動(dòng)副，如汽車 、 輪船 、 飛機(jī) 、 衛(wèi)星 、 礦山機(jī)械等 。格里森先生（格里森公司的創(chuàng)始人） 早 在 1874 年就研制了圓錐齒輪刨齒機(jī)床，進(jìn)而開(kāi)辟了圓錐齒輪加工這一個(gè)新的工業(yè)領(lǐng)域。在 20 世紀(jì) 80 年代末和 20 世紀(jì)90 年代初的 幾年里，格里森公司又連續(xù)推出了 FreeForm 結(jié)構(gòu)型的三種機(jī)床：PHOENIX450 數(shù)控銑齒機(jī)床、 PHOENIX450 數(shù)控磨齒機(jī)床和 PHOENIX600HTL 數(shù)控研齒機(jī)床，這類數(shù)控螺旋錐齒輪銑削機(jī)床實(shí)事上是一種萬(wàn)能的 5 軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，除了更換刀具、夾具以及裝卸齒輪不是自動(dòng)的，其它的切削過(guò)程都是自動(dòng)完成的，此類數(shù)控機(jī)床可以加工切削各種齒制的錐齒輪，切削后的精度比起傳統(tǒng)機(jī)床加工精度高 12級(jí)。 AMK 型加工機(jī)床加工出來(lái)的齒輪副在嚙合的時(shí)候呈現(xiàn)鼓形接觸，因?yàn)樵摍C(jī)床的加工刀具采用了兩層萬(wàn)能刀盤(pán)的特殊結(jié)構(gòu)，利用這種特殊的刀具可以進(jìn)行錐齒輪接觸區(qū)的修正，并且提高了機(jī)床加工齒輪模數(shù)的范圍，從而使刀盤(pán)的數(shù)量和規(guī)格也大幅度減少了。中南大學(xué)教授曾韜、重慶大學(xué)教授鄭 昌啟和西安交通大學(xué)教授吳序堂通過(guò)此理論基礎(chǔ)系統(tǒng)研究了 TCA 程序的編制原理和 Gleason 的手算卡的各種計(jì)算公式。在 1999 年和 20xx年兩年里由中南大學(xué)齒輪研究所成功研究并生產(chǎn)了 YK2212 和 YK2245 型號(hào)的數(shù)控六軸五聯(lián)動(dòng)銑齒機(jī)。遼寧工業(yè)大學(xué)的黃愷教授對(duì)四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床銑削弧齒錐齒輪的加工方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和論證 [2224]。 現(xiàn) 今 大部分 螺旋錐齒輪都 使用 專用的 齒輪 加工 機(jī)床來(lái) 加工 制造 ， 對(duì)于需要大規(guī)格及單件小批量螺旋錐齒輪的企業(yè)來(lái)說(shuō)， 這些專用 機(jī)床的價(jià)格都非常 昂貴， 而我國(guó)的一些制造企業(yè)還必須依賴 進(jìn)口 設(shè)備 ， 所以我國(guó) 每年都 需 要花費(fèi)大量的購(gòu)買資金 [2729]。 本文通過(guò)通用的五軸 聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)，提出了加工螺旋錐齒輪的一種新 思路 ，適合單件 小批量，規(guī)格特殊的齒輪加工 (如礦山 機(jī)械和輪船上用的大模數(shù)、大尺寸 錐齒輪的加工 )，該 加工 方法 是 在 通用的數(shù)控銑削加工中心上完成各種齒制、 模數(shù) 和 規(guī)格 的 螺旋錐齒輪 加工，擺脫 了 專用加工 機(jī)床 的 束縛 。 (2) 建立了齒面數(shù)學(xué)模型并對(duì)其進(jìn)行了 matlab 實(shí)例仿真。并介紹了 國(guó)內(nèi)外關(guān)于螺旋錐齒輪加工技術(shù)的發(fā)展歷史，以及現(xiàn)在加工中存在的不足之處。 vu、 稱為 空間 曲面 S 的 自變量（參數(shù)） 或曲線坐標(biāo)，通常 參數(shù) vu、 的取值 在某一個(gè) 限制 域內(nèi) 。 相對(duì)微分法 設(shè)在 空間存在 一個(gè) 不間斷 運(yùn)動(dòng)的曲面 )(tS ， vu、 則 是 該 曲面 的 參數(shù) 。 第一章 緒論 13 嚙合方 程 設(shè)存在兩個(gè)彼此互相接觸作用的 運(yùn)動(dòng)曲面 (1)S 、 (2)S ，并 在曲面 (1)S 上建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 系 )t(1? 與 (1)S 固定 ，在曲面 (2)S 上建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo) 系 )t(2? 與 (2)S 固定 。 假設(shè) 存在 空間 曲面 (2)S ， 并且 和 曲面 (1)S 沿著嚙合方程 ()所確定的接觸線 方向進(jìn)行嚙合 ，因此， 對(duì)于 曲面 (2)S 我們可以描述為：在運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 )t(2? 中接觸線的 運(yùn)動(dòng) 軌跡。 在 第一共軛曲面 (1)S 上 正常情況下沒(méi)有單獨(dú) 的 奇異 點(diǎn) 存在 ，但 是大部分 是 分塊 光滑的，兩 塊 光滑曲面 之間 的 相 交線 稱為 (1)S 上的奇異曲線。上述 螺旋錐齒輪的 銑削 加工方法稱為展成法 (滾切法 )，搖臺(tái)所模擬出來(lái)的假想平頂齒輪稱之為 產(chǎn)形輪 [34]。 成形法 可以 大大 地提高 加工 效率，特別適合 用在 大批量齒輪的 制造過(guò)程中 。只有 那些 帶 刀傾機(jī)構(gòu)的 銑齒 機(jī)才能模擬處錐形產(chǎn)形輪，因此 稱 其 為刀傾法 。 這種情況下選定 一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn) M 在小輪齒面上 ，并將 基準(zhǔn)點(diǎn) M 附近的齒面輕輕剝?nèi)?一層， 距離 M 點(diǎn)越遠(yuǎn)的 位置去掉 得越多一 點(diǎn) ，把理論 的共軛 齒面修正成一個(gè)在 M 點(diǎn) 與理論 共軛 齒面 既相切又能被現(xiàn)有設(shè)備所能切削完成的實(shí)際齒面。 本章小結(jié) 本章是 指狀銑刀加工理論的 基礎(chǔ)， 首先對(duì) 錐齒輪的 現(xiàn)有 類型 與 特點(diǎn) 做了一些 介紹，最后 對(duì)空間曲面 理論、 錐齒輪 的 嚙合 理論和齒輪的切齒加工原理等基礎(chǔ) 知識(shí) 也一一做了 闡述 。圖 所示，為 大輪 銑削過(guò)程中 機(jī)床和 盤(pán)刀 坐標(biāo)關(guān)系 ； 圖 機(jī)床和刀具坐標(biāo)關(guān)系 Coordinate relationship between machine and cutter 第三章 螺旋錐齒輪齒面 計(jì)算 21 圖 機(jī)床和工件坐標(biāo)關(guān)系 Coordinate relationship between workpiece and machine 圖 所示，為加工中心 和 齒輪 坐標(biāo)關(guān)系 ；通過(guò) 圖 和 可 得 ，加工大輪 的坐標(biāo)系包括： 1)四個(gè)固 定坐 標(biāo)系 ； 其中， ? ?o o o o o= 。 2) 軸 向 輪位 2X ；指 調(diào)整 工件 在機(jī) 床 上的軸向 的距離。 齒面方程建立 盤(pán)銑刀切削面和加工出的 大輪齒面 是兩個(gè)共軛曲面，其中，定義盤(pán)銑刀切削面為共軛曲面中的第一曲面，加工出的 大輪齒面定義 為共軛曲面中的第二曲面，通過(guò)第二曲面的運(yùn)算方法，則可求出大輪齒面的方