基于精雕系统的精密弧面齿轮加工

揭晓，张欢龙

1. 台州科技职业学院 浙江台州 318020

2. 北京精雕科技集团有限公司 北京 102308

1 序言

2 传统齿轮加工情况

各种齿轮的加工工艺比较见表1。

表1 各种齿轮的加工工艺比较

目前，国际高端齿轮市场上的制造企业有：美国格里森、德国皮特勒、德国维拉（WERA）、日本那智不二越以及瑞士莱斯豪尔等。随着产品逐渐向多品种、小批量发展，采用通用数控五轴机床加工齿轮成为近两年来新的热点问题。尤其是滚齿加工，一般是定制专用滚刀来进行加工，这种加工方式的优点是：适合批量大、品种少的场合。但是对于品种多、量少的场合就存在劣势：定制滚刀的价格昂贵，不能适用于各种尺寸、形状变化的齿轮。

3 弧面齿轮结构及技术参数

北京精雕设备由于拥有强大的在线检测、在线补偿技术，所以结合五轴联动功能，已经在精密齿轮加工中崭露头角。下面以精雕换刀机构上的精密弧面齿轮加工为例，说明精雕设备在加工精密弧面齿轮上的优势。

精雕设备原有换刀机构购自海外制造商，在承接手机外形零件加工时，由于需要高频率地换刀，所以当次数在3万次以上时，开始出现故障。基于上述情况，北京精雕利用自有设备尝试加工换刀机构的弧面齿轮（见图1）获得成功。经现场验证，换刀次数在10万次以上，都没有出现故障。

图1 弧面齿轮

图2、图3分别为小弧齿齿轮、大弧齿齿轮，其技术参数分别见表2、表3。

图2 小弧齿齿轮

图3 大弧齿齿轮

表2 小弧齿齿轮技术参数

表3 大弧齿齿轮技术参数

4 夹具设计方案

图4为夹具及其与零件的组装。采用螺栓夹紧，夹具平面度≤0.003mm；工件尽量放置在机床轴心位置，并使主轴下降位置适当。

图4 夹具及其与零件的组装

5 采用精雕SurfMill软件编程

图5为齿轮设计图样。

图5 齿轮设计图样

采用精雕JDSoft SurfMill软件编程。该软件针对齿轮加工的特点，按照与传统加工方式一致的展成法计算方式，开发了相应的加工模块；实现了编程简单化，操作简单快捷，路径计算精度高，可以满足不同加工需求；同时融合了DT编程技术，使加工编程可视化，在机检测技术保证了加工安全。

在精雕CAM软件SurfMill中设置走刀方式、顺序等，借助软件中展成法路径功能算法的实现，采用侧刃模拟两齿轮啮合时的动作，沿齿面切向逐渐展成加工。软件中展成法设置如图6所示，软件编程模拟结果如图7所示。

我曾经说过，我发表的能够称得上杂文的第一篇短文，是在1977年8月，那时，中央粉碎“四人帮”不到一年，很多思维还有局限。短文写好后，本来能够以个人名义发出的，部队也只是要求见报篇数，并没有硬性规定我们以组织名义撰写批判文稿，报社也渐渐开禁了，但我想到以集体名义发出可能更容易被采用，就署了个并不存在的“XX部队大批判组”。但是那次成功，并没有激起我对杂文的兴趣，回头想来，很可能是因为那会儿二十岁刚刚出头，对很多问题难以达到深度思考，没有写作杂文的欲望。

图6 软件中展成法设置

图7 软件编程模拟结果

6 采用锥度牛鼻刀加工

采用锥度牛鼻刀加工。刀具类型分析与对比见表4。

表4 刀具类型分析与对比

7 工艺工序的制定

各工序具体内容如下。

（1）粗加工 采用满足小端尺寸的最大尺寸锥刀，按五轴曲线的方式开粗。

（2）残补与清根 使用小角度锥刀完成齿根位置的清根，齿侧两面采用五轴曲线的方式去除。

（3）半精加工 留侧壁余量采用展成法加工。

（4）精加工 为提升表面质量，主轴加工前先预热，与半精加工一样，采用展成法进行精加工。

（5）在机测量 通过在机测量控制工序中的工件精度，并且编写宏程序实现在机测量超差报警提示。

以φ39.8mm×58.2mm差速器主动齿轮为例，工件材料为38CrMoAl，各工步所用刀具及加工时间见表5。

表5 各工步所用刀具及加工时间

8 加工难点及有效措施

该齿轮的加工难点在于：齿形造型与接触检查；需保证各个齿面余量均匀；同时齿距、径向圆跳动等指标达到设计要求。

针对难点问题，应用精雕CAD/CAM软件专业齿轮造型与编程功能，在机测量检测齿面余量保证在±5μm，表面粗糙度值Ra＜0.15μm。

9 结束语

经过JDSoft SurfMill软件在编程后结合软件的DT加工技术，可以清楚地了解实际加工的安全性和实用性。通过机床模拟可以了解实际加工中的碰撞、干涉问题，保证程序的安全可靠。加工的小弧齿成品如图8所示，大弧齿成品如图9所示。

图8 小弧齿成品

图9 大弧齿成品