球面渐开线螺旋锥齿轮的干铣削技术研究

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螺旋锥齿轮是基础传动零件,能够传递相交轴之间的运动和动力,由于具有承载能力强、传动效率高、平稳性好、噪音低、振动小等优点,因此被广泛应用于飞机、汽车、工程机械等大功率机械上。具有理想球面渐开线齿形的螺旋锥齿轮理论上可互换,并具有接触区域大,瞬时传动比稳定等诸多优点。传统上认为球面渐开线的加工制造困难,所以退而采用工程近似加工方法。该加工方法存在原理误差,如此切制的螺旋锥齿轮的齿形不是理想的球面渐开线,导致两齿面不能正确啮合,出现诸如接触区不良、噪音加大、强度下降等弊病。为纠正误差,从而对设计、加工、检验、切齿机床等都提出了复杂的要求与苛刻的条件。为了解决以上问题,本文采用新型的切齿方法——产形线切齿法,基于该理论所形成的螺旋锥齿轮齿面是由基圆锥的大圆切平面上的一条直线或曲线(发生线)进行纯滚动展成的。如果把齿面发生线作为切削刀刃,刀刃在齿坯的基圆锥上进行纯滚动便可切削生成球面渐开线齿形螺旋锥齿轮齿面。采用产形线切齿法能够获得正确的球面渐开线齿形齿面,并且使得机床、刀具构形和运动简单。基于该理论本文提出了一种新的锥齿轮干铣削加工方法,如此便可大大的减少污染和降低加工成本。本文主要对齿面形成原理、干铣削加工技术、干铣齿加工仿真和铣齿试验进行了研究。(1)首先对螺旋锥齿轮的齿廓线——球面渐开线和圆锥螺旋渐开面进行了深入分析,进一步剖析了产形线切齿法及齿面生成过程的各个运动关系。结合干铣削技术,分析了干铣削所需的机床技术、刀具技术及工艺技术。(2)对球面渐开线齿形螺旋锥齿轮的干铣削加工进行了有限元仿真。采用有限元仿真软件Deform-3D对锥齿轮的干铣削加工过程进行仿真。首先利用CATIA软件建立铣刀和齿坯的简化模型;然后在铣刀和齿坯上添加所需的运动,选择合理的边界条件,再进行铣齿加工热-力耦合仿真;最后根据仿真结果,对铣削加工过程中应力、应变、铣削力及铣削温度进行了分析。(3)设计了螺旋锥齿轮齿坯,并且对铣齿加工过程进行了数控加工仿真。首先设计一对共轭锥齿轮,根据铣齿运动方程计算出刀具轨迹点,利用这些轨迹点编写数控加工程序;然后在数控加工软件VERICUT中建立铣齿机床、刀具、夹具和毛坯的三维模型,选择合适的数控系统,导入数控程序,对铣齿加工过程进行仿真;最后根据仿真结果,验证了铣齿运动方程及数控程序的正确性。(4)进行了锥齿轮的干铣削加工试验。铣削加工出一对模数为6,齿数分别为65和14的共轭齿轮,其中大齿轮为左旋,小齿轮为右旋。根据试验结果,验证了产形线切齿法及仿真的正确性。
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