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基于精雕系統(tǒng)的精密弧面齒輪加工

2022-3-11 來源：北京精雕科技集團有限公司作者：張歡龍

1. 序言

齒輪在機械傳動中有著重要的作用，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前齒輪產(chǎn)品基本分為 3 類 : 車輛齒輪、工業(yè)通用齒輪和工業(yè)專用齒輪。其中車輛齒輪根據(jù)不同車輛又可以分為汽車齒輪、摩托車齒輪、農(nóng)用車齒輪、農(nóng)機齒輪和工程機械齒輪 ; 工業(yè)通用齒輪主要是齒輪減、變速箱，包括圓柱齒輪變速箱、圓柱 - 圓錐齒輪減速箱等;工業(yè)專用齒輪分為高速齒輪、船用齒輪、石油化工機械專用齒輪及建材磨機齒輪等。按照齒輪產(chǎn)品的檔次來分，高、中和低端產(chǎn)品的比例大約為 25%、35% 和 40%; 按照生產(chǎn)高、中和低端產(chǎn)品的企業(yè)來分，其比例大約為 15%、30% 和55%。2017 年，我國齒輪產(chǎn)品進口額約為 160億美元，其中對高精度齒輪的需求占比逐年增加。目前國內(nèi)生產(chǎn)的中低端齒輪產(chǎn)品和部分高端產(chǎn)品就能滿足消費端需求，而汽車自動變速器、機器人精密減速器等高精度齒輪傳動裝置還不能滿足需求，仍大量依賴進口。

2.傳統(tǒng)齒輪加工情況

各種齒輪的加工工藝比較見表 1。

表 1　各種齒輪的加工工藝比較

目前，國際高端齒輪市場上的制造企業(yè)有 :美國格里森、德國皮特勒、德國維拉（WERA）、日本那智不二越以及瑞士萊斯豪爾等。隨著產(chǎn)品逐漸向多品種、小批量發(fā)展，采用通用數(shù)控五軸機床加工齒輪成為近兩年來新的熱點問題。尤其是滾齒加工，一般是定制專用滾刀來進行加工，這種加工方式的優(yōu)點是 : 適合批量大、品種少的場合。但是對于品種多、量少的場合就存在劣勢 :定制滾刀的價格昂貴，不能適用于各種尺寸、形狀變化的齒輪。

3. 弧面齒輪結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

北京精雕設(shè)備由于擁有強大的在線檢測、在線補償技術(shù)，所以結(jié)合五軸聯(lián)動功能，已經(jīng)在精雕齒輪加工中嶄露頭角。下面以精雕換刀機構(gòu)上的精密弧面齒輪加工為例，說明精雕設(shè)備在加工精密弧面齒輪上的優(yōu)勢。精雕設(shè)備原有換刀機構(gòu)購自海外制造商，在承接手機外形零件加工時，由于需要高頻率地換刀，所以當次數(shù)在 3 萬次以上時，開始出現(xiàn)故障。基于上述情況，北京精雕利用自有設(shè)備嘗試加工換刀機構(gòu)的弧面齒輪（見圖 1）獲得成功。經(jīng)現(xiàn)場驗證，換刀次數(shù)在 10萬次以上，都沒有出現(xiàn)故障。

圖 1　弧面齒輪

圖 2、圖 3 分別為小弧齒齒輪、大弧齒齒輪，其技術(shù)參數(shù)分別見表 2、表 3。

圖 2　小弧齒齒輪

表 2　小弧齒齒輪技術(shù)參數(shù)

圖 3　大弧齒齒輪

表 3　大弧齒齒輪技術(shù)參數(shù)

4. 夾具設(shè)計方案

圖 4 為夾具及其與零件的組裝。采用螺栓夾緊，夾具平面度≤ 0.003mm; 工件盡量放置在機床軸心位置，并使主軸下降位置適當。

圖 4　夾具及其與零件的組裝

5. 采用精雕 SurfMill 軟件編程

圖 5 為齒輪設(shè)計圖樣。

圖 5　齒輪設(shè)計圖樣

采用精雕 JDSoft SurfMill 軟件編程。該軟件針對齒輪加工的特點，按照與傳統(tǒng)加工方式一致的展成法計算方式，開發(fā)了相應(yīng)的加工模塊 ; 實現(xiàn)了編程簡單化，操作簡單快捷，路徑計算精度高，可以滿足不同加工需求 ; 同時融合了 DT 編程技術(shù)，使加工編程可視化，在機檢測技術(shù)保證了加工安全。

在精雕 CAM 軟件 SurfMill 中設(shè)置走刀方式、順序等，借助軟件中展成法路徑功能算法的實現(xiàn)，采用側(cè)刃模擬兩齒輪嚙合時的動作，沿齒面切向逐漸展成加工。軟件中展成法設(shè)置如圖 6 所示，軟件編程模擬結(jié)果如圖 7 所示。