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在普通数控铣床上加工螺旋锥齿轮 湖南机电职业技术学院、姚杰 摘要：将普通数控铣床增加一套简易的附加铣齿装置，使之成为简易的数控铣齿机床，实现一机多用。为了验证理论推导和数值计算结果，在XK5040数控铣床进行了数控加工实验。 关键词：数控 机床 加工 引言 机床数控化是发展的方向和前沿。螺旋锥齿轮铣齿机是现有机床中最复杂的机床，实现数控化可提高精度、质量和啮合性能。而机械式铣齿机已过时、老化、面临淘汰，要更新换代。本数控化铣齿机市场前景广阔，数控化结构简单，性能优越，是高附加值的产品。其主要优 点是： 1)极大地提高机床的加工效率与利用率； 2)提高机床对产品的适应能力和灵活性； 3)提高加工精度； 4)减少机床调整试切时间； 5)机床成本可减少一半，工件加工费用可减少1／3，加工周期减少3／4； 6)改善齿轮啮合性能。 1数控铣床简易的附加铣齿装置 结合老式铣齿机发现，可以在普通数控铣床增加一套简易的附加铣齿装置代替铣齿机实现螺旋锥齿轮的数控铣齿。如图1所示，将铣刀盘通过一个7／24的锥柄与机床主轴相连。加工时，让机床主轴一面旋转，一面绕假想的摇台轴心作圆周运动(即利用机床的圆弧插补功能)。就可以复现传统铣齿机平面铲形轮的展成运动。由于该机床不具备工件旋转和分度的数控功能，因为为了加工螺旋锥齿轮的螺旋槽，在工作台上增加了一个与y向同型号的数控电机(FANUC—BESK FB15型直流伺服电机)，通过套筒与分度头输入端相联。将机床y向的控制电缆改接到该电机上，实现工件转动和分度的数控联动。这样改装后的数控机床，就具有四坐标的功能(但只能同时三轴联动)。由分度头的结构和工作台y向的丝杠螺距可以知道，工件旋转一周，折合y向移动200mm，故在计算程序中，需将工件旋转角度数乘以一系数，200／360=5／9(mm／度)=0．55(arm／度) 为使被加工齿轮的根锥与作为铲形轮的平顶轮相接触，分度头的轴线要向上翘起一个相当于根锥角的角度。工件的自转与刀盘的圆弧运动之间，应满足机床的滚比关系。 图1数控铣床上简易的附加铣齿装置 被加工的小齿轮通过分度头中心的莫氏2号孔，与分度头相连，大齿轮则直接装在卡盘上。在数控铣床上，附加铣齿装置可用成型法、展成法、半展成法、变性半展成法加工各种等高齿、收缩齿、零度齿螺旋锥铣齿轮。 2 连续展成发原理 奥利康与克林根贝尔格制弧齿锥齿轮及其铣齿机出现于20世纪30年代，是现有机床中最复杂的机床，是齿面形成原理最深奥的一种齿轮。其铲形轮的齿线为延长外摆线，相当于节平面不动，而刀盘上半径凡的一个滚圆绕节平面上半径为的基圆作纯滚动时，切削刃在节平面上交点的轨迹。 上述运动如何在机床上实现呢?当刀盘一面以一定角速度旋转，刀盘中心又以一定速度绕假想摇台中心作圆周运动时，便可形成铲形轮。 加工圆锥齿轮的平面铲形轮原理为，采用铣刀盘来加工圆柱齿轮，当铲形齿轮与被加工齿轮啮合时，铲形齿轮的节面是个圆平面，并与圆锥齿轮的瞬轴面相切。刀盘由若干组刀片组成，一组刀片由一个或几个直刃粗切刀片和两个直刃精切刀片组成。每个精切刀片形成凸齿面式凹齿面。 刀盘、铲形齿轮和轮坯的运动应该满足下列关系： 其中，Zs——刀盘刀齿数； Ws——刀盘角速度； Zi——被加工齿轮齿数； Wi——被加工齿轮角速度； V——铲形齿轮线速度。 铲形齿轮齿纵向齿廓是刀片切削刃上的一个点。在刀盘相对铲形齿条运动时形成的轨迹，刀盘节圆与齿轮节线是相对运动的瞬心线，并且满足下面条件： Rs Ws=V 铲形齿轮形成的齿线，是一圆周沿另圆周作无滑动滚动时，圆外一点所形成的轨迹，称作长幅螺旋线(次摆线)，如图2。 图2摆线齿圆锥齿轮形成原理 运动，便可把节平面上的齿线滚印到节圆锥上。如果铣刀盘上每组刀都有无数个刀齿，或刀齿足够密，用上述简单运动便可~D-v_出齿轮齿形；但实际上，每组刀里真正切削同一齿面的，只有一个刀 刃，故理论上可形成的包络面齿形，就退化为轨迹面齿形。铣出的齿面在齿高方向上的截形，就和刀刃形状一样。为了得到相互配对的共轭齿廓，还必须在铲形齿轮与轮坯之间另外附加一个缓慢的滚切运动。 机床的调整粗切时，依次给出刀盘的一系列转角，则工件的一系列对应转角为， 机床需与两坐标联动。加工时再给出一系列刀盘中心的角位移，工件的附加角， 故工件的转角为： J 4光栅检测和数控线路 为了实现在普通数控铣床上~D-v_连续展成法螺旋锥齿轮，铣床机械部分的改造需要安装一个。刀盘转动时，光栅检测器向CPU输。 圆光栅的标尺安装在活动刀盘上，使光栅随着铣刀盘一起转动。光栅转动的距离与刀盘转动的距离相联系。根据脉冲数控