基于精雕系統(tǒng)的精密弧面齒輪加工

揭曉，張歡龍

1. 臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院 浙江臺(tái)州 318020

2. 北京精雕科技集團(tuán)有限公司 北京 102308

1 序言

2 傳統(tǒng)齒輪加工情況

各種齒輪的加工工藝比較見(jiàn)表1。

表1 各種齒輪的加工工藝比較

目前，國(guó)際高端齒輪市場(chǎng)上的制造企業(yè)有：美國(guó)格里森、德國(guó)皮特勒、德國(guó)維拉（WERA）、日本那智不二越以及瑞士萊斯豪爾等。隨著產(chǎn)品逐漸向多品種、小批量發(fā)展，采用通用數(shù)控五軸機(jī)床加工齒輪成為近兩年來(lái)新的熱點(diǎn)問(wèn)題。尤其是滾齒加工，一般是定制專(zhuān)用滾刀來(lái)進(jìn)行加工，這種加工方式的優(yōu)點(diǎn)是：適合批量大、品種少的場(chǎng)合。但是對(duì)于品種多、量少的場(chǎng)合就存在劣勢(shì)：定制滾刀的價(jià)格昂貴，不能適用于各種尺寸、形狀變化的齒輪。

3 弧面齒輪結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

北京精雕設(shè)備由于擁有強(qiáng)大的在線(xiàn)檢測(cè)、在線(xiàn)補(bǔ)償技術(shù)，所以結(jié)合五軸聯(lián)動(dòng)功能，已經(jīng)在精密齒輪加工中嶄露頭角。下面以精雕換刀機(jī)構(gòu)上的精密弧面齒輪加工為例，說(shuō)明精雕設(shè)備在加工精密弧面齒輪上的優(yōu)勢(shì)。

精雕設(shè)備原有換刀機(jī)構(gòu)購(gòu)自海外制造商，在承接手機(jī)外形零件加工時(shí)，由于需要高頻率地?fù)Q刀，所以當(dāng)次數(shù)在3萬(wàn)次以上時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)故障?；谏鲜銮闆r，北京精雕利用自有設(shè)備嘗試加工換刀機(jī)構(gòu)的弧面齒輪（見(jiàn)圖1）獲得成功。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，換刀次數(shù)在10萬(wàn)次以上，都沒(méi)有出現(xiàn)故障。

圖1 弧面齒輪

圖2、圖3分別為小弧齒齒輪、大弧齒齒輪，其技術(shù)參數(shù)分別見(jiàn)表2、表3。

圖2 小弧齒齒輪

圖3 大弧齒齒輪

表2 小弧齒齒輪技術(shù)參數(shù)

表3 大弧齒齒輪技術(shù)參數(shù)

4 夾具設(shè)計(jì)方案

圖4為夾具及其與零件的組裝。采用螺栓夾緊，夾具平面度≤0.003mm；工件盡量放置在機(jī)床軸心位置，并使主軸下降位置適當(dāng)。

圖4 夾具及其與零件的組裝

5 采用精雕SurfMill軟件編程

圖5為齒輪設(shè)計(jì)圖樣。

圖5 齒輪設(shè)計(jì)圖樣

采用精雕JDSoft SurfMill軟件編程。該軟件針對(duì)齒輪加工的特點(diǎn)，按照與傳統(tǒng)加工方式一致的展成法計(jì)算方式，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的加工模塊；實(shí)現(xiàn)了編程簡(jiǎn)單化，操作簡(jiǎn)單快捷，路徑計(jì)算精度高，可以滿(mǎn)足不同加工需求；同時(shí)融合了DT編程技術(shù)，使加工編程可視化，在機(jī)檢測(cè)技術(shù)保證了加工安全。

在精雕CAM軟件SurfMill中設(shè)置走刀方式、順序等，借助軟件中展成法路徑功能算法的實(shí)現(xiàn)，采用側(cè)刃模擬兩齒輪嚙合時(shí)的動(dòng)作，沿齒面切向逐漸展成加工。軟件中展成法設(shè)置如圖6所示，軟件編程模擬結(jié)果如圖7所示。

我曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，我發(fā)表的能夠稱(chēng)得上雜文的第一篇短文，是在1977年8月，那時(shí)，中央粉碎“四人幫”不到一年，很多思維還有局限。短文寫(xiě)好后，本來(lái)能夠以個(gè)人名義發(fā)出的，部隊(duì)也只是要求見(jiàn)報(bào)篇數(shù)，并沒(méi)有硬性規(guī)定我們以組織名義撰寫(xiě)批判文稿，報(bào)社也漸漸開(kāi)禁了，但我想到以集體名義發(fā)出可能更容易被采用，就署了個(gè)并不存在的“XX部隊(duì)大批判組”。但是那次成功，并沒(méi)有激起我對(duì)雜文的興趣，回頭想來(lái)，很可能是因?yàn)槟菚?huì)兒二十歲剛剛出頭，對(duì)很多問(wèn)題難以達(dá)到深度思考，沒(méi)有寫(xiě)作雜文的欲望。

圖6 軟件中展成法設(shè)置

圖7 軟件編程模擬結(jié)果

6 采用錐度牛鼻刀加工

采用錐度牛鼻刀加工。刀具類(lèi)型分析與對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 刀具類(lèi)型分析與對(duì)比

7 工藝工序的制定

各工序具體內(nèi)容如下。

（1）粗加工 采用滿(mǎn)足小端尺寸的最大尺寸錐刀，按五軸曲線(xiàn)的方式開(kāi)粗。

（2）殘補(bǔ)與清根 使用小角度錐刀完成齒根位置的清根，齒側(cè)兩面采用五軸曲線(xiàn)的方式去除。

（3）半精加工 留側(cè)壁余量采用展成法加工。

（4）精加工 為提升表面質(zhì)量，主軸加工前先預(yù)熱，與半精加工一樣，采用展成法進(jìn)行精加工。

（5）在機(jī)測(cè)量 通過(guò)在機(jī)測(cè)量控制工序中的工件精度，并且編寫(xiě)宏程序?qū)崿F(xiàn)在機(jī)測(cè)量超差報(bào)警提示。

以φ39.8mm×58.2mm差速器主動(dòng)齒輪為例，工件材料為38CrMoAl，各工步所用刀具及加工時(shí)間見(jiàn)表5。

表5 各工步所用刀具及加工時(shí)間

8 加工難點(diǎn)及有效措施

該齒輪的加工難點(diǎn)在于：齒形造型與接觸檢查；需保證各個(gè)齒面余量均勻；同時(shí)齒距、徑向圓跳動(dòng)等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題，應(yīng)用精雕CAD/CAM軟件專(zhuān)業(yè)齒輪造型與編程功能，在機(jī)測(cè)量檢測(cè)齒面余量保證在±5μm，表面粗糙度值Ra＜0.15μm。

9 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)JDSoft SurfMill軟件在編程后結(jié)合軟件的DT加工技術(shù)，可以清楚地了解實(shí)際加工的安全性和實(shí)用性。通過(guò)機(jī)床模擬可以了解實(shí)際加工中的碰撞、干涉問(wèn)題，保證程序的安全可靠。加工的小弧齒成品如圖8所示，大弧齒成品如圖9所示。

圖8 小弧齒成品

圖9 大弧齒成品