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數(shù)控銑床上形成面齒輪的新技術
摘要
不同類型的齒圈與齒面的幾何模型在文件上已經被證明。新一代的幾何面齒輪是在數(shù)控機床上進行的。幾何面齒輪技術開發(fā)的基本方向是尋找新的趨勢和方法以提高產品質量，縮短生產周期，機械化，高精度的自動化技術來實現(xiàn)。
關鍵字：齒面，齒圈，數(shù)控銑床。
1 引言
薩里在面蝸桿傳動錐和圓柱蝸桿的發(fā)明上做了一個重大貢獻。最初發(fā)明齒輪傳動的設計和應用是基于所提供的軸向蠕動分布的直線。生成面蝸桿傳動的所有類型的現(xiàn)有設計的產生是基于對面齒輪滾刀的應用程序。一種滾刀作為生成工具特別是在小尺寸的情況下生成，這種方法的缺點是滾刀精度低。
一個面蝸桿傳動的所有類型的現(xiàn)有的后代，是基于對錐形和圓柱蝸桿蝸輪滾刀的面生成的應用。薩里和未來的研究者在提出的方法和基礎上，應用渦輪滾刀制造圓錐或圓柱蝸桿渦輪。利特和同事提出了一個很形象的蝸輪傳動圓錐和圓柱蝸桿的形成。在工序4-10和11中開發(fā)了一個新的切割面蝸桿的數(shù)控加工技術。用于生成面齒輪采用四軸立式數(shù)控銑床將轉臺和數(shù)控機床主軸相結合。新的工藝采用通用機床垂直加工中心。時代都有一個傾斜的刀具與直線邊緣的刀具進行加工。這個過程是提供更好的結果，與使用新開發(fā)的技術來生成一個面齒輪。另外由于五軸加工中兩個旋轉軸使切割面齒輪表面得到較高的質量。
數(shù)控萬能面齒輪銑床可以形成不同的齒線和齒形。形成面齒輪已知的方法都是基于傳統(tǒng)的機床運動學。在加工齒形時，工作組機器執(zhí)行的動作在一個恒定的速度，軌道直線或旋轉（數(shù)控回轉工作臺，主軸工具）。切割面齒輪的方法之一是使用一個普遍的硬質合金的單頁刀片。這個方法可以用來塑造嚙合的直齒漸開線齒輪。這篇文章中提出的新的幾何和技術是基于單刃刀具和特殊的程序控制數(shù)控銑床的應用。
2 隨著齒圈線的面齒輪建模
圖1顯示了面齒輪的形成。
在下面的成型圓線的幾何模型中，假設：
–齒線形狀的單刃刀具，
–切口齒線牢固地連接到加工牙冠，
圖1 面齒輪的生成方案
–開始形成齒的坐標系位于對稱軸的交點，
–曲線的位置，其中一部分是一個齒紋，是關系到理論的滾動圓，
–刀具切削刃所描述的是工具痕跡的位置，位于與型面有一個共同的標準的齒形線。
這是齒型的是一種圓的幾何形模式，有不同的齒線曲率半徑。
在對稱的圓弧齒線的最簡單的模型中，這是齒線的一部分，位于半徑為Rb的軸坐標系統(tǒng)與齒型相關的理論滾圈的交匯點（Z）。圖二所示的是幾何模型。
環(huán)形齒的坐標點可以在圖二中確定：
又
圖3 與圓齒線對稱的圓線面齒輪的形成的幾何模型
這里：
ρ–齒線所在的圓的半徑，
Rb-理論的滾動圓半徑。
圖1中描述的模型可能還設置坐標點的極坐標：
由方程2和3得到下面方程：
把方程1代入方程4中我們得到下面方程5：
方程5描述的是一個半徑為ρ的齒線的形成過程。分區(qū)平面的旋轉嚙合是增加一個變量Dy角。
另一個解決方案將作為一個圓的一部分齒線，它不取決于面齒輪軸。齒形線在X軸方向上對稱移動的情況下，齒線嚙合時可以得到更少的曲率半徑。解決這種方案的幾何模型如圖3所示。
圖3 具有圓形線形成面齒輪的幾何模型，對稱的齒圈線與X軸的走向一致
環(huán)形齒的點的坐標可以在圖3中確定：
用圖3可以描述坐標點就像在圖2中所描述的一樣。然后將方程6和方程4聯(lián)系起來限定了齒型線，得到方程（7）。
替代移動裝置的嚙合線的齒是重分配距離的以至于它在X軸的負半軸。這種移動齒形會使齒形線圈得到較大的曲率半徑。這種解決方案的幾何模型如圖4所示。
結果如下關系式：
從方程2和3考慮，在可能獲取模型4的基礎上，對方程進行替代后4所描述的齒線變成方程（9）。
圖4 圓線面齒輪形成的幾何模型，齒圈線與對稱軸走的方向是X軸負方向
包括模型2、3、4和方程描述的齒形與方程5、7和9可以描述轉向樞軸的方程（10）的廣義機床。
Xc1確定的是齒圈齒線的曲率半徑大小的位置。當Xc1=0時齒線嚙合與Z軸，將Xc1的值代入方程10之前減小Xc1的值增加了圓的曲率半徑。
3 轉向盤和轉向軸的同步機床的試驗檢測算法
在進行嘗試同步機床面齒輪的圓線的控制算法時，開發(fā)了如圖5所示。該算法為機床開槽的齒嚙合開發(fā)參數(shù)化控制程序。
圖5 在具有轉向功能的機床上形成齒線的算法
圖示為FYN-50ND型銑床加工面齒輪，配備了數(shù)控回轉工作臺（圖6a）。銑床的控制系統(tǒng)是海德漢407型。
圖6 a)切割一個面齒輪，b)成型的面齒輪。
海德漢407型控制器實現(xiàn)三軸聯(lián)動插補（在三維空間中的線性或圓弧）。對轉向輪廓加工進行數(shù)字速度控制。調節(jié)每一個軸位置的伺服系統(tǒng)是由偏差信號控制。進給軸和一個由四個獨立的交流電機進行了脈沖控制。主軸的驅動配備了連續(xù)可變的變速系統(tǒng)。轉速脈沖傳感器被固定在銑床的主軸上，它的信號傳送到機床的控制系統(tǒng)可以控制主軸的旋轉（C）。圖6b中顯示切削面齒輪齒線的一個例子。
4 結論
根據(jù)方程10所描述的關系對齒面進行生成，證實了數(shù)控銑床形成圓線齒的可行性。盡管對計算復雜控制系統(tǒng)的處理器負載重，也不會引起機床控制單元臨時停止。該調查是進一步研究面齒輪齒圈與離合器連接的基礎。
5 致謝
本文資金是2009-2012年波蘭政府授予科學基金和被稱為研究項目所贊助的第N502338936號文章。