基于佛山四軸加工的斜齒輪多軸數(shù)控加工工藝
基于佛山四軸加工的斜齒輪多軸數(shù)控加工工藝：
傳統(tǒng)的齒輪加工主要采用滾齒、插齒和磨齒等。采用傳統(tǒng)方法加工大模數(shù)齒輪，特別是斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪等，加工效率低下、產(chǎn)品質(zhì)量與加工成本之間矛盾突出、工藝方案適應(yīng)性差。對于模數(shù)大、齒數(shù)少的齒輪，采用小規(guī)格的滾齒機(jī)滾不動，而采用大規(guī)格的滾齒機(jī)又夠不著，難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的加工。隨著佛山四軸加工技術(shù)在加工中心上的廣泛應(yīng)用，這些問題就會迎刃而解，其加工效率比傳統(tǒng)的加工方法可提高2～3倍，精度可達(dá)5級以上，可以進(jìn)行多品種、全工序的齒輪加工。
1 斜齒輪的齒面形成及加工工藝
1.1 斜齒輪的齒面形成
斜齒輪是齒形與齒輪軸成一定角度的齒輪，斜齒輪的齒面形成原理。發(fā)生面S沿基圓柱作純滾動時，其上面的一條與基圓柱母線成夾角βb的斜線KK展成斜齒輪的齒面，為漸開螺旋面。漸開螺旋面與齒輪端面(垂直于齒輪軸線的截面)的交線仍是漸開線;但它與基圓柱面以及和基圓柱同軸的任一圓柱面的交線均為螺旋線?；鶊A柱螺旋線AA的切線與齒輪軸線所夾的銳角βb為基圓螺旋角。β b愈大，輪齒的齒向愈偏斜;但若β=0時，斜齒輪就變成直齒輪。
1.2 斜齒輪的加工工藝
斜齒輪的基本加工工藝，其中工序6銑齒形工序有以下3種方案：方案一，在螺旋銑床上加工，屬于傳統(tǒng)加工;方案二，在電火花線切割機(jī)床上加工，效率特別低，機(jī)床一天24h運(yùn)轉(zhuǎn)，需要4天多的時間;方案三，在多軸立式加工中心上加工，程序控制，自動走刀加工，效率高，可以滿足加工精度的要求。
2 斜齒輪多軸加工工藝
根據(jù)斜齒輪的幾何結(jié)構(gòu)特征和使用要求，在多軸加工中心上的加工工藝流程為： (1)三軸銑削粗加工齒形;(2)四軸或五軸半精加工齒形; (3)四軸或五軸精加工齒形;(4)清根加工。
在加工斜齒輪時，應(yīng)根據(jù)加工對象和要求選擇適合的機(jī)床。如適合的機(jī)床規(guī)格、軸數(shù)、較高的剛性、良好的熱穩(wěn)定性、高可靠性等。斜齒輪的加工精度和效率還與刀具的材料、參數(shù)、涂層工藝、精度等級及剛性，夾具的定位方式、精度和剛性，齒坯的材料、硬度、精度和剛性，切削用量的選用，切削液的選用有關(guān)。
2.1 加工機(jī)床的選擇
斜齒輪多軸加工過程中，需要有一個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此至少需要佛山四軸加工才能完成。加工時，齒坯裝夾在機(jī)床轉(zhuǎn)臺上，實(shí)現(xiàn)第四軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其余三軸用來實(shí)現(xiàn)刀具的銑齒運(yùn)動。
從原理上來講，五軸加工中心完全可以實(shí)現(xiàn)斜齒輪的多軸加工，但是存在以下不足： (1)成本高，特別是帶轉(zhuǎn)臺的五軸加工中心價格更高; (2)操作困難，出錯率較高; (3)安裝調(diào)整困難。若利用雙轉(zhuǎn)臺的五軸加工中心加工直徑較大的斜齒輪齒形時，齒坯會與下轉(zhuǎn)臺發(fā)生干涉。佛山四軸加工能夠克服五軸加工中心的以上不足，具備加工斜齒輪的必要條件。
2.2 刀具的選擇
斜齒輪齒形多軸加工可采用指狀銑刀或圓柱銑刀加工。對于圓柱銑刀，刀具直徑易受輪齒間距的限制，刀具直徑若太小，會使刀具的強(qiáng)度不夠，加工效率較低，因此選擇適當(dāng)大小的指狀銑刀比較合適。但采用指狀銑刀加工時，由于刀具尺寸相對輪齒較小，容易損壞，加工效率較低。故在可能的情況下，應(yīng)盡量選擇直徑較大的盤狀銑刀。
盤狀銑刀的強(qiáng)度比指狀銑刀要高得多，并且可以大幅度提高加工效率。但是盤狀銑刀在加工時，刀具的直徑大小難以確定。如果刀具直徑太大，加工時容易發(fā)生加工不完整;若直徑太小，則刀柄容易與輪齒發(fā)生干涉，當(dāng)?shù)毒咔腥霑r，刀柄容易與齒頂發(fā)生碰撞。
由此可知，當(dāng)加工小模數(shù)、小直徑斜齒輪時可以考慮采用指狀銑刀;而當(dāng)加工大模數(shù)、大直徑斜齒輪時可以考慮選擇盤狀銑刀。
2.3 夾具的選擇
在利用佛山四軸加工加工圓柱斜齒輪時，需使用專用夾具。裝夾時，夾具需固定在佛山四軸加工平臺上，第四軸裝配在夾具上，齒輪毛坯裝夾在第四軸上。加工時，每加工一個齒，加工中心便通過控制夾具使第四軸自動旋轉(zhuǎn)一定的角度，接著加工另一個齒，直到所有的齒全部加工完成為止。
2.4 刀具軌跡的生成
斜齒輪多軸加工編程的核心是生成刀具軌跡，然后離散成刀位點(diǎn)，經(jīng)后置處理后生成多軸加工程序。實(shí)際加工中粗、精加工要分開，粗、精加工基本操作步驟和方法相同，但有時選擇的刀具不同。刀具軌跡應(yīng)包括齒輪齒形粗加工、齒輪齒形精加工的軌跡。
2.4.1 多軸加工斜齒輪的刀具軌跡
(1)齒坯粗加工。采用輪廓銑削加工中的等高線粗加工，用高強(qiáng)度、大直徑的指狀銑刀或盤狀銑刀去除大部分的加工余量。因?yàn)槊總€齒的輪廓都是相同的，所以可以用相同的加工程序。刀具軌跡生成的步驟為：選擇“加工→粗加工→等高線粗加工”加工方法，根據(jù)提示拾取加工對象，依次拾取進(jìn)刀點(diǎn)→加工側(cè)→走刀方向。加工曲面方向?yàn)辇X槽方向，如有不同可以通過點(diǎn)選箭頭起點(diǎn)改變加工方向，確定后，設(shè)置加工參數(shù)。在粗加工的刀路中設(shè)置分層銑深，每層的最大銑深量設(shè)為3～5mm，最后得到一個齒槽的粗加工刀具軌跡。
(2)輪廓精加工。采用輪廓銑削加工中的等高線精加工，用高強(qiáng)度、小直徑的指狀銑刀或盤狀銑刀去除剩余的材料，選用快速提刀退刀，采用左補(bǔ)償?shù)牡堆a(bǔ)方式。軌跡生成步驟為：選擇“加工→精加工→等高線精加工”加工方法，拾取方法同粗加工，確定后，設(shè)置加工參數(shù)。在精加工的刀路設(shè)置中不進(jìn)行分層銑深，以保證最終齒形曲面的表面質(zhì)量，最后得到一個齒槽的精加工刀具軌跡。
(3)補(bǔ)加工或清根加工。為避免切削不徹底，精加工后，利用補(bǔ)加工或清根加工來提高齒輪表面質(zhì)量和精度。
2.4.2 刀具軌跡仿真和代碼生成
刀具軌跡生成后，需要通過刀具軌跡模擬仿真來檢查刀具走位是否正確。檢查時，需設(shè)置好加工毛坯，觀察實(shí)際加工情況，檢查是否發(fā)生過切或干涉等?？梢赃m時進(jìn)行刀具碰撞及干涉檢查以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
完成加工路徑軌跡和仿真后，還需生成加工代碼，并對生成的加工代碼進(jìn)行后置處理，以適應(yīng)相應(yīng)多軸系統(tǒng)加工中心的代碼格式要求。
3 斜齒輪的加工
3.1 加工斜齒輪齒坯
待加工齒坯的具體裝夾方法，其中圓盤即為斜齒輪齒坯。為了減少對工作臺的損傷，齒坯下面有專門設(shè)計的墊板，加工時需要銑上下端面和齒輪中心。
3.2 加工斜齒輪齒形
銑齒形時，斜齒輪裝夾在分度夾具上，對刀點(diǎn)選擇在齒頂圓外圈的最高點(diǎn)。對刀結(jié)束以后輸入加工程序，啟動機(jī)床，加工第一個輪齒的輪廓;加工完成后分度頭自動旋轉(zhuǎn)，使工件旋轉(zhuǎn)一定角度，加工第二個齒形;加工結(jié)束后再旋轉(zhuǎn)一定角度加工下一個齒形。重復(fù)上述步驟，直至整個斜齒輪的加工完成。