本發(fā)明涉及一種雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的磨削方法，屬于雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的加工方法，特別涉及一種基于四軸聯(lián)動數(shù)控機床的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削方法。

背景技術：

在環(huán)面蝸桿傳動領域中，應用較廣泛的是平面二次包絡環(huán)面蝸桿副和雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿副，其中，雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿副中環(huán)面蝸桿齒面由雙錐砂輪的兩側產(chǎn)形錐面分別加工，由于雙錐砂輪兩側產(chǎn)形錐面都是加工面，當加工環(huán)面蝸桿不同側齒面時，環(huán)面蝸桿或雙錐砂輪不必掉頭，可降低輔助時間，同時，在多頭小傳動比的情況下，由雙錐砂輪加工出的環(huán)面蝸桿能夠有效避免根切和邊齒頂變尖的問題。但是，用于滾切蝸輪的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的制作十分復雜，且難于制作，因為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的刃帶與雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動的蝸桿具有相同的螺旋面，其每個刀齒兩側的刃口都是不同的形狀，刃口線上每點在滾刀螺旋面上的螺旋角都不一樣，而且每個刀齒上需要保留一定寬度的刃帶，并磨削出一定角度的側后角面。

為了解決不同類型的二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的加工，中國專利(zl93120467.4)針對平面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀和內(nèi)錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀，根據(jù)每個刀齒的法向截形修整砂輪，按螺旋進給，以控制刀刃帶寬度，但磨削每個刀齒時需要修整不同的砂輪截形，且側后角面角度不能保證一致；中國專利(zl201010104684.1)和中國專利(zl201110206581.0)通過改變滾刀和砂輪所在工作臺的傳動比磨削側后角面，分別采用圓臺形砂輪和錐度壓磨塊支撐的斜平面砂輪，但無法保證刃帶寬度和側后角面角度的一致性；中國專利(zl201310172562.x)提供二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的設計方法，求出側后角面起始線，將側后角面起始線上各點的導程角旋轉(zhuǎn)相應的后角面角度，再按后角面成形傳動比得到側后角面上的螺旋線簇，然后采用數(shù)控機床曲面加工的方法將側后角面銑削出來，但加工效率不高；中國專利(zl201410613061.5)提出平面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后面的數(shù)控磨削加工方法，首先得到每個刀齒側后角面起始線上各點在刃帶上的單位法矢量，根據(jù)給定的側后角面角度，得到起始線上各點在側后角面上的單位法矢量，然后采用四軸聯(lián)動機床，先通過轉(zhuǎn)動平面砂輪與滾刀，使砂輪平面的法矢量與滾刀側后角面被磨削點的法矢量相同，再通過移動平面砂輪與滾刀的軸向位置和徑向位置，使平面砂輪外緣與滾刀齒根環(huán)面接觸，并且使砂輪平面與滾刀側后角面被磨削點接觸，可磨削出保證刃帶寬度一致和統(tǒng)一側后角面角度的側后角面，但由于成形原理的不同，該方法并不適合于雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的側后角面磨削加工。針對目前雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面沒有自動磨削方法的現(xiàn)狀，探索一種雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削方法，以實現(xiàn)每個刀齒的左右兩側從齒頂?shù)烬X根的刃帶寬一致且各個刀齒的刃帶寬和側后角相等的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削加工，為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿副的廣泛應用提供關鍵技術支持。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種基于四軸聯(lián)動數(shù)控機床的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的磨削方法，實現(xiàn)單個刀齒的左右兩側從齒頂?shù)烬X根的刃帶寬一致且各個刀齒的刃帶寬和側后角相等的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削加工。

為了達到本發(fā)明的目的所采取的技術方案包括：

雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀(9)的單個刀齒由頂后角面(1)、頂刃帶(2)、前刀面(3)、后刀面(4)、側后角面(5)和刃帶(6)構成，前刀面(3)與刃帶(6)的交線為刃口線(7)，根據(jù)給定的刃帶寬e，可得到刃帶線(8)，刃帶線(8)為側后角面(5)與刃帶(6)的交線。

p0是刃口線(7)上任意一點，與p0同在一條螺旋線上的點p位于刃帶線(8)上，點p到p0的距離為刃帶寬e，p點在刃帶線(8)上的單位切矢量為τs；平面m過點p，且垂直于τs；刃帶(6)是蝸桿螺旋面的一部分，p點在刃帶(6)上的單位法矢量為ns，則ns⊥τs，且ns在平面m內(nèi)；點p在側后角面(5)上的單位法矢量為nh，nh在平面m內(nèi)，設ns與nh夾角的大小為側后角λ；滾刀(9)的回轉(zhuǎn)軸線s1與其喉部中間平面n垂直相交于中心點oh1，刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)軸線s2與s1垂直交錯，s2與s1的距離為x，s2與喉部中間平面n的距離為z，平面e過s1且與s2垂直，平面e與s2的交點ohd，ohd為刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)中心，雙錐砂輪(11)安裝在刀座轉(zhuǎn)臺(10)上，雙錐砂輪(11)的自轉(zhuǎn)軸線s0與平面e的交點o，o為雙錐砂輪(11)的轉(zhuǎn)動中心，oohd⊥s0、o到ohd的距離為砂輪距a0，s0與平面e的夾角為砂輪傾角β；機床的原點位于oh1點，機床b與刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)軸線s2同軸，機床c軸與滾刀(9)的回轉(zhuǎn)軸線s1同軸，機床x軸與喉部中間平面n和平面e的交線重合，機床z軸與滾刀(9)回轉(zhuǎn)軸線s1重合；刀座轉(zhuǎn)臺(10)繞b軸的轉(zhuǎn)角為滾刀(9)繞c軸的轉(zhuǎn)角為刀座轉(zhuǎn)臺(10)沿x軸的坐標為x，刀座轉(zhuǎn)臺(10)沿z軸的坐標為z；設雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動的中心距為a，則當x＝a，z＝0，時，對應的當雙錐砂輪(11)的產(chǎn)形錐面(12)磨削刃帶線(8)上的任意一點p時，砂輪距a0和砂輪傾角β保持不變，通過控制機床c軸的轉(zhuǎn)角和b軸的轉(zhuǎn)角并同時控制刀座轉(zhuǎn)臺(10)的x軸坐標x和z軸坐標z，使產(chǎn)形錐面(12)上一點q的單位法矢量nw與nh平行、q點與p點接觸并使雙錐砂輪(11)的外緣與滾刀(9)的齒根環(huán)面相切，雙錐砂輪(11)繞自轉(zhuǎn)軸線s0轉(zhuǎn)動，由產(chǎn)形錐面(12)磨削刃帶線(8)上的p點，保證了p點處的刃帶寬e和側后角λ；對于單個刀齒一側的刃帶線(8)上各點分別采用上述方法得到x和z的一系列對應值，編制b、c、x和z軸四軸聯(lián)動數(shù)控程序，依次磨削刃帶線(8)上的各點，即可磨削出從齒頂?shù)烬X根刃帶寬e一致的刃帶(6)，同時獲得從齒頂?shù)烬X根側后角λ相等的側后角面(5)；對滾刀(9)上各個刀齒的左右兩邊側后角面按上述方法進行編程計算，依次磨削各個刀齒的左右兩側的側后角面磨削，得到單個刀齒左右兩側從齒頂?shù)烬X根刃帶寬e一致的刃帶(6)，同時獲得各個刀齒的刃帶寬e和側后角λ相等的側后角面，實現(xiàn)雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削，得到雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀(9)。

本發(fā)明的有益效果是，對雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀，運用雙錐面砂輪進行磨削時，通過同時調(diào)整滾刀的轉(zhuǎn)角、刀座轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)角、刀座轉(zhuǎn)臺中心相對于滾刀中心的徑向距離和軸向距離進行四軸聯(lián)動數(shù)控磨削，實現(xiàn)單個刀齒的左右兩側從齒頂?shù)烬X根的刃帶寬一致且各個刀齒的刃帶寬和側后角相等的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削加工，為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿副的廣泛應用提供關鍵技術支持。

附圖說明

圖1為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的單個刀齒結構示意圖；

圖2為雙錐砂輪的產(chǎn)形錐面磨削刃帶線上任意點p的原理圖；

圖3為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀在具有b、c、x和z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控機床上的側后角面磨削原理圖；

圖4為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀整排刀齒的刃帶及側后角面數(shù)控加工仿真效果圖；

圖5為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀單個刀齒的刃帶及側后角面數(shù)控加工仿真效果圖；

圖中：1—頂后角面，2—頂刃帶，3—前刀面，4—后刀面，5—側后角面，6—刃帶，7—刃口線，8—刃帶線，9—滾刀，10—刀座轉(zhuǎn)臺，11—雙錐砂輪，12—產(chǎn)形錐面。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀用于滾切雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿副的蝸輪，取雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿的參數(shù)為：中心距a＝260mm，傳動比i12＝8，右旋蝸桿的頭數(shù)z1＝5，蝸桿分度圓直徑d1＝110mm，蝸輪齒數(shù)z2＝40，蝸輪分度圓直徑d2＝410mm，雙錐砂輪齒形角αd＝20°、外緣半徑rd＝50mm和頂寬sa＝6mm，徑砂輪傾角β＝30°，砂輪距a0＝164mm。

依據(jù)雙錐面二次包絡環(huán)面蝸桿的原理，加工出雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的螺旋面，然后開螺旋容屑槽，獲得具有前刀面(3)、后刀面(4)和刃口線(7)的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的毛坯。

圖1為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的單個刀齒結構示意圖。雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀的刃帶寬一般取0.1～0.15mm之間，為了更好的觀察磨削效果，本實施例取刃帶寬e＝1.0mm。按照給定的刃帶寬度e，計算得到刃帶線(8)，刃帶線(8)與刃口線(7)之間的部分構成刃帶(6)。設p0是刃口線(7)上任意一點，與p0同在一條螺旋線上的點p位于刃帶線(8)上，點p到p0的距離為刃帶寬e，p點在刃帶線(8)上的單位切矢量為τs；平面m過點p，且垂直于τs；刃帶(6)是蝸桿螺旋面的一部分，p點在刃帶(6)上的單位法矢量為ns，則ns⊥τs，且ns在平面m內(nèi)；點p在側后角面(5)上的單位法矢量為nh，nh在平面m內(nèi)，設ns與nh夾角的大小為側后角λ＝6°。

圖3為雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀在具有b、c、x和z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控機床上的側后角面磨削原理圖。滾刀(9)的回轉(zhuǎn)軸線s1與其喉部中間平面n垂直相交于中心點oh1，刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)軸線s2與s1垂直交錯，s2與s1的距離為x，s2與喉部中間平面n的距離為z，平面e過s1且與s2垂直，平面e與s2的交點ohd，ohd為刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)中心，雙錐砂輪(11)安裝在刀座轉(zhuǎn)臺(10)上，雙錐砂輪(11)的自轉(zhuǎn)軸線s0與平面e的交點o，o為雙錐砂輪(11)的轉(zhuǎn)動中心，oohd⊥s0、o到ohd的距離為砂輪距a0＝164mm，s0與平面e的夾角為砂輪傾角β；機床的原點位于oh1點，機床b與刀座轉(zhuǎn)臺(10)的回轉(zhuǎn)軸線s2同軸，機床c軸與滾刀(9)的回轉(zhuǎn)軸線s1同軸，機床x軸與喉部中間平面n和平面e的交線重合，機床z軸與滾刀(9)回轉(zhuǎn)軸線s1重合；刀座轉(zhuǎn)臺(10)繞b軸的轉(zhuǎn)角為滾刀(9)繞c軸的轉(zhuǎn)角為刀座轉(zhuǎn)臺(10)沿x軸的坐標為x，刀座轉(zhuǎn)臺(10)沿z軸的坐標為z；當x＝a，z＝0，時，對應的

當雙錐砂輪(11)的產(chǎn)形錐面(12)磨削刃帶線(8)上的任意一點p時，砂輪距a0＝164mm和砂輪傾角β＝30°保持不變，通過控制機床c軸的轉(zhuǎn)角和機床b軸的轉(zhuǎn)角并同時控制刀座轉(zhuǎn)臺(10)的x軸坐標x和z軸坐標z，使產(chǎn)形錐面(12)上一點q的單位法矢量nw與nh平行、q點與p點接觸，如圖2所示，并使雙錐砂輪(11)的外緣與滾刀(9)的齒根環(huán)面相切，以便保證雙錐砂輪的產(chǎn)形錐面(12)能夠磨削到刃帶線(8)上靠近齒根的點p；雙錐砂輪(11)繞自轉(zhuǎn)軸線s0轉(zhuǎn)動，由產(chǎn)形錐面(12)磨削出刃帶線(8)上的p點，保證p點處的刃帶寬e和側后角λ；對一個刀齒一側的刃帶線(8)上的各點分別采用上述方法得到x和z的一系列對應值，編制b、c、x和z軸四軸聯(lián)動數(shù)控程序，依次磨削刃帶線(8)上的各點，即可磨削出刃帶線(8)，得到從齒頂?shù)烬X根刃帶寬e一致的刃帶(6)，同時獲得從齒頂?shù)烬X根側后角λ相等的側后角面(5)；對滾刀(9)上各個刀齒的左右兩側后角面按上述方法進行調(diào)整和數(shù)控磨削，依次磨削每個刀齒的左右兩側，可完成滾刀(9)的各個刀齒的左右兩側刃帶線(8)的磨削，得到每個刀齒左右兩側從齒頂?shù)烬X根刃帶寬e一致的刃帶(6)，同時獲得各個刀齒的刃帶寬e和側后角λ相等的側后角面(5)，實現(xiàn)雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削，得到雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀(9)。

采用數(shù)控加工仿真軟件vericut模擬仿真?zhèn)群蠼敲娴募庸み^程。在vericut中建立四軸聯(lián)動虛擬機床，將加工完螺旋面、前刀面和后角面的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀毛坯安裝到機床c軸上；安裝雙錐砂輪，設置砂輪距a0＝164mm，砂輪傾角β＝30°，在整個后角面磨削過程中，砂輪距a0砂輪傾角β保持不變；當雙錐砂輪(11)的產(chǎn)形錐面(12)的q點磨削刃帶線(8)的任意點p時，滿足產(chǎn)形錐面(12)上點q的單位法矢量nw與nh平行、q點與p點接觸以及雙錐砂輪(11)的外緣與滾刀(9)的齒根環(huán)面相切這三個約束條件，單個p點對應一組x和z值，單個刀齒的一側的刃帶線(8)對應一系列x和z值，編制b、c、x和z軸四軸聯(lián)動數(shù)控程序，從齒根到齒頂，依次磨削刃帶線(8)上的各點，即可磨削出刃帶線(8)；對滾刀(9)上各個刀齒的左右兩側后角面按上述方法進行調(diào)整和數(shù)控磨削，依次磨削每個刀齒的左右兩側，可完成滾刀(9)的各個刀齒的左右兩側刃帶線(8)的磨削。雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀整排刀齒的數(shù)控加工仿真效果圖如圖4所示，單個刀齒的數(shù)控加工仿真效果圖如圖5所示，實現(xiàn)了每個刀齒的左右兩側從齒頂?shù)烬X根的刃帶寬一致且各個刀齒的刃帶寬和側后角相等的雙錐面二次包絡環(huán)面蝸輪滾刀側后角面的數(shù)控磨削加工。