基于螺旋锥齿轮多轴加工方法的研究

李昌宝

【摘要】在交轴间传动中，螺旋锥齿轮是非常重要的零件，因为具有一定的重合度，同时传动比非常的稳定、具有较好的承载力，噪声也较低。目前已经普遍被使用到汽车、煤矿等行业的工作当中。由于螺旋齿轮的齿形繁琐，各个尺间并没有明显的距离，因此很难进行加工。那么下面我们就来针对这些问题来进行一下具体的研究。

【关键词】螺旋锥齿轮;刀轴;加工方法

和直齿锥齿轮进行比较发现，加工螺旋锥齿轮不会出现太大的噪音，承载力也较强。在诸多的齿轮里，螺旋锥齿轮啮合起来比较繁琐，因此一定要确保所使用的设备的合理性，这样才可以确保加工的整体质量。那么下面我们就来具体的讨论一下螺旋锥齿轮多轴加工方法。

一、螺旋锥齿轮加工的优势

螺旋锥齿轮的齿轮比较弯曲，主要是一端往另一端进行传动，能够一同啮合大量的齿数。主要采用的是弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮等。而在使用前者的时候，相交轴的轴线会处在相同的平面当中。不过在使用后者的时候，相交轴则会处在不同的平面中，它们之间会形成偏置距，在运行参数以及零件几乎相等的情况下，准双曲面齿轮里的小轮旋转角会显得大一些，而且它的节点半径会超过弧齿锥齿轮，这样一来就会加大螺旋锥齿轮的重叠度，承载力也会得到相应的增长，更为重要的是可以增加使用的时间。在进行加工的过程中，主要是选择断续加工的方式来加工圆弧齿锥齿，选择连续加工的方式来加工摆线齿锥齿轮，这样一来就可以获取各种齿制，从而便得以符合实际要求。

二、螺旋锥齿轮多轴加工法的应用

锥齿轮的轮间没有明显的距离，同时齿扭角大，因此采用数控技术并不现实。而且，齿轮面一定要表现出足够的顺光性。而在齿轮轮毂和齿根圆角表面中，通常情况下其粗糙度普遍不低于Ra3.2um。根据这些情况，在使用刀具的过程中最好用直径不大的铣刀，在机床方面要采用五轴联动机，这样就能够确保加工的质量。此外，还要尽量降低换刀时所出现的失误，所以最好通过一次装夹来进行加工。通常齿轮面需要较高的质量，如果处理不当，就会产生工艺问题，所以要确保锥齿轮的质量达到要求。而这就要求不但要采用合理的刀具和机床，同时也要确保所使用工艺的完善性。

同时，在加工螺旋锥齿轮的时候，尽管认为齿面和真实的齿面间没有较大的区别，不过曲率却具有明显的区别，所以要合理处理齿面的曲率，这样就可以获取真实的齿面曲率。假设齿面和真实的曲面在其中一个点上形成相切，同时切平面和法有矢方向一致，在啮合齿轮的过程中，要依照齿面间距，选择红丹粉来检查触碰面，这样便能够掌握接触面的大小，从而便可以获取齿面的相对法曲率，并最终得到曲率修正量。

此外， 还可以采用VERICUT 虚拟机床仿真。采用五轴联动车床进行加工的时候，所用的刀具很有可能出现相碰的情况，从而导致工件受到磨损，更为严重的话还会对机床造成破坏。所以在还没有进行加工的时候，一定要采取虚拟仿真加工，而在此期间普遍采用的是VERRCUT软件，不过在此之前要创建出和加工机床相同的虚拟机床，同时还要和DMG机床进行合理的衔接。采用DMG机床加工的过程中，采用这个软件编程和虚拟仿真，不但能够省去诸多加工环节，同时操作起来也非常的简单。在采取虚拟仿真加工以后，可以确保虚拟仿真和实际的加工达到同样的效果，从而很大程度的提升了加工的效果。

采用VERICUT软件来给锥齿轮采取虚拟仿真，要在保证不会受到干扰之后，来在DMU50五轴联动机床上进行加工。通过实际的加工情况能够了解到，使用上面所提到的方式可以全面完善加工程序，防止刀具互碰，从而得以加强加工的质量，而且还能够确保零件的加工效果达到理想的要求。

三 螺旋锥齿轮加工的过程

（一）机床选择

因为螺旋齿轮扭角大，所以不适合采用铣床，并且四轴机床也无法满足。而经过研究发现，采用五轴联动机床才是最适合的。其所加工的螺旋齿轮能够达到理想的精度。而优势在于只要进行一次装夹定位便可以顺利加工出繁琐的零件，从而能够节约非常多的时间。通常情况下机床部分的加工参数是：X/Y/Z轴行程为500mm/450mm/400;转速范围为20r/min-14000r/min;快速移动速度为30mm;定位精度为0.008mm;重复定位精度为0.005mm;加工工件的最大重量为300kg;C轴为-360°/+360°;B轴为-5°/+110°。

（二）夹具的选择

在对零件进行加工的时候，如想实现工序集中，无需对工件進行叫多次的装夹，那么最好选择三爪自定心卡盘来装夹，从而便可以一次完成对锥齿轮的加工，这样一来不但可以提升锥齿轮精度，而且齿轮间的间距度也可以达到理想的要求。

在进行加工的过程中，通常会采用五轴联动机床，同时B轴转动幅度要大于90°，而且还要保持好工件和工作面之间的最短距离，以防止因为主轴刀具不够长而产生和工作台互碰的情况。与此同时，还要将工具夹抬高，也可以使用更长一些的刀具。不过刀具要是过长的话，就会影响刀具的刚性，并最终导致加工的质量达不到理想的要求。因为五轴联动机床里的主轴箱能够达到300mm的宽度，若想防止其和C轴相碰，所以有必要在对零件进行安装时候，要超过150mm的高度。

（三）刀具的选择

因为锥齿轮是繁琐的曲面所组成的，所以在进行粗加工的过程中最好采用球头铣刀。由于锥齿轮齿面弯曲度明显，这就要求在采用球头铣刀的过程中，最好选择锥形球头铣刀，这样便可以加强刀具的刚性;采用UG软件来研究几何模型，了解到锥齿轮在最窄处只有2mm，但是圆角只有R1mm，所以在进行精加工的过程中，要采用棒棒糖球头铣刀来加工齿轮的侧方，然后依照所获取的相关数据来确定所需要采用的加工刀具。而若想避免刀具、主轴等和工作台发生碰撞，和减轻加工中所产生的振感、达到加工要求，则最好采用具有足够夹紧力、抗振效果不错且精度达到要求的刀柄，而若想防止刀具在切削的时候发生相撞的情况，那么就要在对其进行装夹的时候，伸出的长度要超过30mm。

（四）刀路的创建

采用数控技术加工锥齿轮，因为齿轮面及其繁琐，依靠手动编程并不现实。所以最好采用CAD/CAM软件来编程。通常情况下主要使用的是UG NX12.0编程软件。此软件具有很多的编程方式，而且还具备仿真功能。

对工螺旋锥齿轮进行粗加工的过程中，普遍会使用多叶片粗铣的方式;而在对螺旋锥齿轮采取精加工的时候，在还没有进行加工时，要以辅助面为基准，使用“等参数曲线”把辅助面设置成曲线，在进行加工的过程中要以处于中间的曲线作为参照，如此一来便不太可能出现刀切的情况。

【结束语】

本文主要是重点研究了螺旋锥齿轮加工的具体应用和加工的过程，通过研究能够了解到，由于国内工业水平的提升，对螺旋锥齿轮的质量也提出了全新的要求。在进行加工的时候，若想保证加工的效果，那么就要尽可能的采用数控技术，以进行自动化加工。此外还要合理的选择刀具、夹具和机床，以确保达到最为理想的加工质量。

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