在数字磨齿器械上旋转锥齿轮和两曲齿轮刀半倾展成办法的实践

　　螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮磨齿机是加工精密齿轮的必备设备。我国曾进口10台，如中南机械厂，南京机床厂，天津机床厂，重庆机床厂，青海齿轮厂等。

　　机械式螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮磨齿机的主要缺点是：1.加工方法不对，只能磨削用展成法加工的大轮和滚切修正当加工的小轮。2.效率低，成本高，机械磨削刚性差，需15个以上循环，2个多小时才能磨好1个齿轮，时间长。只能用于航空，精密机床，等特殊要求的行业，而汽车车桥齿轮面广量大，无法采用。天津机床厂曾测绘仿制过二台No463，No137磨齿机，效果不理想，没有得到市场认同。

　　1数控磨齿机简介刀倾半展成法是加工螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的有效方法。螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮数控磨齿机是一种新机床，将齿轮加工所需全部运动用六坐标数控来实现。本文研究了如何在这种高科技机床上再现并改进传统加工方法。

　　包括6个联动坐标，采用7轴数控：a)刀盘轴线的水平直线运动xb)刀盘轴线的垂直直线运动yc)工件主轴的回转运动d)刀盘主轴的回转运动Ce)工件轴线的直线运动zf)工件主轴的锥角g)金刚滚轮位于工件箱顶未画出。

　　从而取消了摇台，偏心机构，刀倾角等，使结构大大简化。其优点是：结构简单，刚性好，无传动链，精度高，程序控制，柔性好，调整方便，效率高。利用机床动作控制砂轮型面非常方便。不仅可修磨一般锥面，而且可修磨REM和BLANKREM来挖根和削顶，还可把砂轮修正成圆弧或其他所需要的形状，为齿面修型提供了极大方便。当用无刀倾角的方法加工时，为定值，刀盘中心在xy平面内走圆弧轨迹便可实现普通磨齿机加工过程。刀倾法如何在这种机床上复现呢由于新型机床上没有刀倾功能，刀倾法的加工运动要利用数控的多坐标联动来实现。本文经过潜心研究和深入分析，找到十分简全计算方法。

　　2刀倾法的机床调整用刀倾法加工小轮时，其机床调整参数的几何意义为：过刀盘中心O0(刀盘曲线a与刀尖平面的交点)作产形轮轴线b的垂直的平面，为机床平面;与b的交点OM为机床中心，过OM并与a、b平行的平面为机床水平面，过OMO0为径向刀位S，OMO0与水平面夹角Q0为角向刀位。轴a与b夹角夹角为基本刀转角。刀盘相对于产形轮的位置由上述四参数确定。工件的安装位置由轮坯安装角m，垂直轮位E和轴向轮位X等确定。均可由啮合理论及有关文献如得到，故不赘述。

　　3在NC磨齿机上刀倾法加工由于齿轮毛坯和砂轮都是回转面，要在数控磨齿机上实现刀倾法加工，首先要保证砂轮轴线与工件轴线在任一瞬时的相对位置与原运动一致。必须满足4个条件，两轴线交叉角相同，两轴线距离相同，两轴线上的各一个特征点(不妨分别取工件的锥顶和砂轮轴线与砂轮顶平面交点)至垂足的距离相同。这4个量是坐标不变量，即与坐标系选择无关。

　　故可在两种机床上分别选择适当坐标系描述这4个量，并令其相等。在原机床上取摇台中心OM为原点建立坐标系。

　　如图在此坐标系里齿轮锥顶点O1坐标x1=Ey1=-xcosmz1=-xsinm(1)齿轮轴线矢量b=(0，cosm，sinm)=(p1，q1，r1)(2)刀盘中心O0坐标x0=Ssin(Q0 Q)y0=Ssin(Q0 Q)z0=0(3)刀盘轴线矢量a=sincon(Q0 Q )，sinsin(Q0 Q ，cos)(4)=(p0，q0，r0)两轴线夹角ab=cosmsincos(q q0 ) sinmcos两轴线中垂线长e=x1-x0y1-y0z1-z0p0p1r0p1q1r1p0q0p1q12 q0r0q1r12 r0p0r1p12(6)为求O1点到中垂足的距离d1，过a和中垂线作平面，设平面法矢(A1，B1，C1)=(ab)a(7)平面方程A1(x x0) B1(y-y0) C1(z-z0)=0(8)与b的交点坐标设为：x=x1 p1ty=y1 q1tz=z1 r1t(9)代入(8)式解得t1=A1(x0-x1) B1(y0-y1) C1(z0-z1)A1p1 B1q1 C1r1d1=(x-x1)2 (y-y1)2 (z-z1)2(10)=p21 q21 r21t1=t1同理可得O0至垂足的距离d0=t0A0(x1-x0) B0(y1-y0) C0(z1-z0)A0p0 B0q0 C0r0(11)式中(A0，B0，C0)=(ba)b在螺旋律锥齿轮数控磨齿机上，设工件轴线与回转座轴线的交点为G，该点的机床工作时可视为不动。故应以G为原点，建立坐标系，xGy平面平行于刀盘所在平面，这样描述机床运动 方便。在该坐标系中a=kb=cosi sink(12)ab=sin上式应与(5)式相等ab=abcosmsincos(Q Q0 u) sinmcos=sin展中国家地区也相继跟随发展。目前，全世界机床产量约100万台，其中NC机床20万台，约占20，其它尚有手动、机动、数显、程控、专用等多种类型机床，适用于不同生产规模、技术水平之用户，并不是孤立地、片面地、盲目地追求愈先进愈好。优化工艺、优化设备、相互配套，提高质量、高效生产、降低成本， 为科学。在世界工业发展中，既要对老旧落后装备更新，又要求针对性地增加新的先进单机和制造系统，不断提高精度、效率、自动化水平，以提高劳动生产率、降低成本、满足市场需求，提高企业的竞争力。在今后，特别是汽车、航空、机械行业，是发展工业的三辆马车，需求更多的、各种型式的、新颖的NC机床。但要求各不相同。汽车为大批量生产性质，铝材料不断增多，以减轻汽车重量，需求突出高速、高效、能重切削、生产率高、适度柔性的NC机床。航空为单件、小批生产性质，特殊材料、复杂零件、任意曲面件多，需要高精度、多坐标、曲面加工、高速、高效、高性能NC机床。机械工业的门类多、品种广、大小各异、量大面广，需要低中 、多种型式、量大面广的各种NC机床。因此，在21世纪新时期，如何针对市场不同需求，发展不同类型的优质适销先进NC机床，将使世界机床工业进入一个新的竞争时期。

　　例如：日本2003年对55家汽车界企业调查其对NC机床的需求：要求适合于低价汽车开发的占70.3，生产率高的占64.8，交货期短的占57.

　　4、省地节能的占44.4、能提高产品精度的占40.7、有复合化功能的占38.9，能节省调整和管理的占35.2等等。由此可见汽车工业对NC机床的需求的一斑总之，在世界经济全面复苏的新形势下，世界机床工业将进入新一轮的竞争时期。谁能切实解决好人才、科研、创新、质量、合作、信誉六大方面，对产品解决好质量、性能、规格、价格、交货期、服务六大点，透彻分析市场需求，高度使用户满意，谁就能在激烈的竞争中取胜x0、y0、z0刀盘轴线方程：x-x0=y-y0=z-z01(14)即(p0，q0，r0)=(0，0，1)工件锥顶坐标x1=GO1cos(15)y1=0z1=GO1sin(16)(p1，q1，r1)=(cos，0，sin)(17)工件轴线方程x-x1cos=y-y10=z-z1sin(18)同理，根据前面(6)、(10)、(11)式可求出相应的e、t0、t1.在两个坐标系下表示的坐标不变量应相同。

　　e=et0=t0t1=t1(19)任给一系列Q，代表原机床上的加工时位置，由(13)式求，由(19)式联立求解x0、y0、z0，得到地数控机床上刀盘对应位置。 由滚比运动Q=zp确定工件的对应转角。

　　4结束语70年代，我国齿轮界曾掀起一次大规模的解译Gleason螺旋锥齿轮加工方法的运动，对促进我国齿轮加工技术进步起了重大作用。现在，解译Gleason螺旋锥齿轮数控加工方法具有同样重大意义。国家自然科学基金已将螺旋锥齿轮数控加工方法列入研究项目，研制我国自己的螺旋锥齿轮数控磨齿机已提上议事日程。本文在这里只是抛砖引玉的作用。