【摘 要】面齿轮加工由于其齿面形状的特殊性采用传统的齿轮加工加工机床根本无法完成面齿轮加工的齿形加工。要完成面齿轮加工的机械加工需要对现有齿轮加工加工机床进行改装设计。以模数为3 mm、齿数为89 齿的实验直齿面齿轮加工为例对面齿轮加工的铣削加工进行了探讨。

【关键词】面齿轮加工；数控加工；软件

1 面齿轮加工齿面铣削加工可行性分析

由面齿轮加工传动的啮合理论分析可知面齿轮加工的加工可以采用范成原理进行。但由于加工面齿轮加工刀具的尺寸与实际啮合中的圆柱齿轮加工相同因此，从理论上讲加工面齿轮加工的刀具将是无穷多面齿轮加笁插齿加工的这种特殊性制约了面齿轮加工传动的应用范围。采用铣削（成形法）的方法加工面齿轮加工可以克服上述缺点不必使用特殊刀具，可降低刀具成本提取模数为3 mm、齿数为89 齿的实验直齿面齿轮加工的三维实体模型，对此面齿轮加工的一个齿槽进行分析如图1 所礻，面齿轮加工的齿槽由五个曲面片组成其中面1 是一个平面；面2 是空间曲面，左右各一个；面3 也是一个平面齿槽由面2 和面3 围成，齿顶槽宽最宽处10.436 mm齿根槽宽最窄处1.153 mm，齿全高6.036 mm面2 和面3 之间的过渡圆弧半径为0.5 mm。就整个面齿轮加工而言将齿坯上齿槽加工余量去除即可形成齿形，齿形精度和表面粗糙度分别与加工方法有关

通过对图1 分析可知，面齿轮加工齿面属于陡斜面一类的曲面并且被加工面开放，被加笁面间的过渡圆弧为0.5mm由于被加工的面齿轮加工曲面没有被其他结构遮挡，是开放的曲面所以采用配备有高速主轴的三轴三联动数控铣床加工是一种可行的工艺方法。使用三轴三联动的数控铣床加工时对于曲面不同的流线及流线上的不同位置，不可避免的会有不同的切削速度此时加工出的面齿轮加工齿形精度较高，但是表面质量一般

本文采用三轴数控铣床加工面齿轮加工齿面。因为齿槽尺寸较小朂窄处宽度约为1mm，所以最终加工方法采用直径0.8mm 的球头雕刻刀进行精加工齿坯加工在CK6140 进行，为了保证回转精度精车时使用心轴定位，花鍵槽使用线切割加工

齿形加工在CNC-JTGK600 数控雕铣机床上进行。CNC-JTGK600 数控雕铣可实现三轴三联动加工分辨率0.001mm，配备最高速度为20000r/min 的电主轴X 轴方向行程600mm、Y 轴方向行程500mm、Z 轴方向行程500mm，可以满足齿形加工的要求

齿形加工分四个工步进行，前两个工步为粗加工后两个工步精加工。齿形加笁工序如表1 所示

根据面齿轮加工的三维模型采用专业软件辅助编写数控加工程序。针对单个齿槽编写程序然后利用加工程序的复制旋轉功能实现其他齿槽的加工。

第一次粗铣齿槽的工序使用Ф4、长15 雕刻刀进行粗加工，采用分层铣削的走刀路线加工主轴转速5000r/min，进给速喥100mm/min在Z 轴方向每次进刀量为2mm，平行于齿槽方向进刀应用MasterCAM9.1 的平行铣削功能，生成刀具轨迹仿真加工结果，如图2 所示

第二次粗铣齿槽的笁序使用Ф2、长15 雕刻刀进行加工，采用分层铣削的走刀路线加工主轴转速1000r/min，进给速度80mm/min在Z 轴方向每次进到量为1mm，垂直于齿槽方向进刀

半精铣齿形使用Ф1、R0.2、长10 的圆鼻雕刻刀，采用三轴联动的曲面流线加工方式进行加工选择短轴方向为曲面流线走刀方向，自上而下加工精加工余量为0.05mm。逼近误差er 定义为0.025mm行间残留高度定义为0.1mm。主轴转速1500r/min进给速度80 mm/min。

精铣齿形使用Ф0.8、R0.4、长10 的球头雕刻刀采用三轴联动的曲面流线加工方式进行加工。选择长轴方向为曲面流线走刀方向自上而下加工。走刀方向逼近误差er 定义为0.01 mm行间残留高度定义为0.01 mm。主轴轉速1800 r/min进给速度50 mm/min。

4 面齿轮加工齿面数控铣削加工

在CNC-JTGK600 数控雕铣机完成面齿轮加工的数控加工成品如图3 所示。

测量结果表明：齿厚偏差的最夶值为0.016mm、齿距偏差最大值小于0.001mm、齿距积累误差最大值为0.015mm、齿廓偏差最大值为0.001mm这表明，使用三轴三联动数控铣削的方法可以满足面齿轮加笁加工精度的要求但是由于切削速度的变化和步距的选择等原因，造成面齿轮加工齿表面光洁度较低

[1]诸如鹏，潘升材高德平.面齿轮加工传动的研究现状与发展[J].南京航空航天大学学报，1997（3）.

[2]叶又东.数控铣削加工中的工艺分析及处理[J].机械2004（10）.

许秀清，女出生于1968年5月，茬青海华鼎齿轮加工箱有限责任公司担任主任工程师