一种高效精密加工齿轮的铣齿刀具及加工方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109834337A(43)申请公布日2019.06.04(21)申请号201910301651.7(22)申请日2019.04.15(71)申请人湖南工学院地址421002湖南省衡阳市珠晖区衡花路18号(72)发明人周唯刘安民陈雪林(74)专利代理机构深圳市兴科达知识产权代理有限公司44260代理人王翀贾庆(51)Int.Cl.B23F5/20(2006.01)B23F21/12(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种高效精密加工齿轮的铣齿刀具及加工方法(57)摘要本发明涉及一种高效精密加工齿轮的铣齿加工方法及刀具，本发明本发明提高了齿轮的加工效率，延长了刀具的使用寿命，提高了工件的表面质量。可用于加工各类锥齿轮加工，且能够同步实现齿轮的粗、精加工。CN109834337ACN109834337A权利要求书1/2页1.一种高效精密加工齿轮的铣齿加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、通过三维数模获需要加工齿轮的齿面和齿面截面轮廓；将刀盘与振动变幅杆末端固定连接，刀盘上安装有铣齿刀；振动变幅杆通过连接件与铣齿机床的刀具主轴连接；步骤二、设待加工的齿轮齿面为S(u,v)，则齿面边界的两端曲线按照法向量进行展成，即S(u,v)＝(1-v)SA(u)+vB(u)，(u,v)∈[1,0]×[0,1]；曲面可以由两个切向向量和一个方向向量生成，即其中u表示齿面上坐标中u方向，v表示齿面上坐标中v方向，A(u)表示齿面一端的曲线的切向函数，B(u)表示齿面另一端的曲线的切向函数，(u，v)表示齿面左边中的u与v方向；表示齿面一端的曲线的切向函数对u求导，获取其变化梯度，表示齿面另一端的曲线的切向函数对u求导，获取其变化梯度；步骤三、面齿轮粗加工：铣齿刀的加工深度不低于2mm；假设刀盘上铣刀齿数目N，齿面的长度|S(u,v)|，刀盘的转速为n，前滚齿刀到刀盘旋转中心的距离为r1，后滚齿刀到刀盘旋转中心的距离为r2；超声振动控制系统开启轴向振动，其振动频率满足条件：步骤四、面齿轮精加工：铣齿刀的两侧切削刃为与齿面截面轮廓的两侧一致，加工的切削深度方向为在五轴加工铣齿加工机床中，加工深度方向均由x，y，z方向的进给运动合成，即刀盘则按照刀齿旋转切向运动路径运动，精加工时，超声振动控制系统开启轴向与扭转振动，其中一个铣刀齿切入的加工深度不超过5um，超声振动控制系统中输出振幅为加工深度的一半,假设刀盘上刀齿数目N，齿面的长度|S(u,v)|，刀盘的转速为n，铣齿刀到刀盘旋转中心的距离为r1，则超声振动激励频率f1满足以下条件：其中c为自然数，完成齿面的精加工。2.如权利要求1所述的高效精密加工齿轮的铣齿加工方法，其特征在于，所述振动变幅杆自前端到末端依次包括八段，其中第1段为圆锥体，圆锥的锥度为1:20；第2段为圆柱体形状；第3段为圆柱体，并加工有震动凹槽(1)用于布置一对用于产生轴向振动的压电致动器及固定压电致动器的卡簧，并保持第3段最窄处的圆柱直径为第2段的1/3；第4段为圆柱体，长度为2-3mm；第5段为圆柱体，直径比第4段增加1-1.5mm，用于将轴向振动进一步均匀传递给第6段；第6段为圆柱体，圆柱体上沿着轴向布置了2组凹槽孔(2)，每组凹槽孔(2)的数量为6个，沿着圆柱面均匀分布，凹槽孔(2)的长度L2与第6段的长度一致，直径比第2段的直径小0.5mm，凹槽孔的轴向与振动变幅杆的轴向成40°-45°夹角，使得第6段的扭转刚度缩小到第4段的扭转刚度的1/8以下，第6段在振动变幅杆的2个节点上，增加环形凹槽；节点即为振动变幅杆的振型的振动的幅值为0处；环形凹槽的深度为0.2-0.3mm，宽度为2mm,用于安装连接件；第7段是高斯曲线状外形的圆柱体变幅杆；第8段为圆柱体，用于安装刀盘刀盘上装有铣齿刀。2CN109834337A权利要求书2/2页3.如权利要求2所述的高效精密加工齿轮的铣齿加工方法，其特征在于，所述振动变幅杆不同段的连接处均采用圆弧过渡，圆弧过渡的圆角半径R2由连接处相邻两段横截面的等效直径D，长度L,D2，长度L2及振动放大系数N，参照及最佳过渡圆弧半径与放大系数N件的关系决定；确定步骤：圆角半径为R2，的大小确定步骤为：第一步：依据求出N值；第二步：依据求出A值；第三步，查看阶梯型变幅杆最佳过渡圆弧半径与N之间的关系表，获得β值；第四步，依据R2＝β·D1，求出R2值；其中D1为第8段横截面的等效直径，L1为第8段长度,D2为第7段中间位置的横截面的等效直径，L2为第7段长度，N为放大系数。4.如权利要求1所述的高效精密加工齿轮的铣齿加工方法，其特征在于，所述步骤三中，铣齿刀前刀面开启有限制性接触槽，限制性接触槽分