斜齿轮数控化插削加工理论方法与研究
摘要
齿轮是机器的基础传动元件，其质量直接影响整机的性能、寿命。因其形状复杂，制造难度大，其制造水平在很大程度上体现国家机械工业的水平。随着机器向高速、重载、低噪音方向的发展，斜齿轮的应用越来越普遍。插齿加工作为斜齿轮切削加工的一种不可替代的加工方法还没有实现完全数字化控制，螺旋导轨依然是实现螺旋运动的机械副件。因为螺旋导轨精度要求很高，制造工艺复杂，加工难度大，成本高，而且齿轮的螺旋角必须与插齿刀螺旋导轨的螺旋角相同，这将限制斜齿轮的设计参数，制造界的同仁都意识到CNC技术及其软件的应用是改变目前插齿工艺落后的最有效的手段。因此，利用数字控制取代螺旋导轨，实现斜齿插削加工的CNC控制具有重要的现实意义。
本文正是基于此提出：1)用无差动法插削加工斜齿轮；2)由电子齿轮箱保证刀具主轴与工件之间严格的定比关系。
本文内容主要有：
1) 在展成原理的基础上推导了斜齿轮渐开线齿廓的方程，并利用坐标变换的方法得出齿根过度曲线的方程；
2) 在斜齿轮形成原理基础上论述了斜齿轮的插削加工原理及其运动；
3) 推导了无差动法插削加工斜齿轮时刀具主轴、工件之间的定比关系及此关系严格保证实现的方法——电子齿轮箱的工作原理；
4) 介绍了斜齿轮插削加工数字化控制系统的软硬件构成及其工作原理，并且对运动控制进行了分析
Gear is the base transmission component of machine, whose quality work on the whole machine' ability and longevity. Because it's shape is very complex and gear's making is difficult, so the gear's making lever reflect the country's mechanic technical level in great degree. With the development of machine's high speed, over loading, lower noise, the bevel wheel is applied more and more at large. But shaping as one of the bevel wheel' cutting technique has not realized the Computerized Number Control completely , it still must use the helix track to realize the spire move. For the helix track's precision is very high and it's making technic is complex, so it is very diffcult to manufacture the helix track and it's cost is high, more over gear'spire angle must as the same as the helix track' angle, which will restrict the design parameters of bevel wheel. People of manufature group have waked up that using CNC and it's software is the effective means to change the shaping technique behindhand these days.So using CNC substitute helix track and realizing bevel wheel's shaping CNC have important realism meaning.
The paper just basing on this put forward:1)No differential way to shape bevel wheel;2)By Electronic Gear Box to ensure the strict proportion of the tool shaft and the workpiece.
The paper's mostly content:
1) Basing on generating principle, deduced involute outline equation and educe gear root curvilinear's excess equation by coordinate transposition.
2) Basing on bevel wheel's forming principle discussed the principle of bevel wheel'shaping.
3) Deduced the proportion of the tool shift and the workpiece when shaping bevel wheel by no differential way;Put forward using Electronic Gear Box to ensure it.
4) Introduced the CNC system's sofetware , hardware and their working principle,and analysed the act controling.
本文正是基于此提出：1)用无差动法插削加工斜齿轮；2)由电子齿轮箱保证刀具主轴与工件之间严格的定比关系。
本文内容主要有：
1) 在展成原理的基础上推导了斜齿轮渐开线齿廓的方程，并利用坐标变换的方法得出齿根过度曲线的方程；
2) 在斜齿轮形成原理基础上论述了斜齿轮的插削加工原理及其运动；
3) 推导了无差动法插削加工斜齿轮时刀具主轴、工件之间的定比关系及此关系严格保证实现的方法——电子齿轮箱的工作原理；
4) 介绍了斜齿轮插削加工数字化控制系统的软硬件构成及其工作原理，并且对运动控制进行了分析
Gear is the base transmission component of machine, whose quality work on the whole machine' ability and longevity. Because it's shape is very complex and gear's making is difficult, so the gear's making lever reflect the country's mechanic technical level in great degree. With the development of machine's high speed, over loading, lower noise, the bevel wheel is applied more and more at large. But shaping as one of the bevel wheel' cutting technique has not realized the Computerized Number Control completely , it still must use the helix track to realize the spire move. For the helix track's precision is very high and it's making technic is complex, so it is very diffcult to manufacture the helix track and it's cost is high, more over gear'spire angle must as the same as the helix track' angle, which will restrict the design parameters of bevel wheel. People of manufature group have waked up that using CNC and it's software is the effective means to change the shaping technique behindhand these days.So using CNC substitute helix track and realizing bevel wheel's shaping CNC have important realism meaning.
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2) Basing on bevel wheel's forming principle discussed the principle of bevel wheel'shaping.
3) Deduced the proportion of the tool shift and the workpiece when shaping bevel wheel by no differential way;Put forward using Electronic Gear Box to ensure it.
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引文
1 谭汝谋，李开佛．现代机械制造技术和数控机床的技术的发展．机械工程学报，1996，29(25)：66-71
2 邹十践．21世纪制造科学发展前景．建筑机械化，2001(4)：47-48
3 自然科学发展战略调研报告．机械制造科学(冷加工)，北京：科学出版社，1994
4 北京发那科机电有限公司．数控系统的发展．制造技术与机床，2001(8)：48-49
5 申国丽．国外数控机床的研究动向及发展趋势．中国工业自动化，1996，18(2)：19-23
6 王润孝．数控机床的发展趋向．机械科学与技术，1995(2)：79-82
7 懂怡．论当前数控机床的发展趋向．机械设计，1995(8)：1-2
8 黄勇等．机床数控系统的发展趋势．机械，1997，24(1)：47-49
9 周自强．机床数控系统的发展趋势．丹东师专学报，1997(66)：42-43
10 李佳特 数控技术的发展 机械工艺师 2001．3 5-7
11 庄磊等．齿轮加工机床的发展特点及相关技术．江苏机械制造与自动化 2000(5)：9-11
12 徐鸿根．齿轮制造技术的发展动态．制造技术与机床，1994(9)：43-45
13 杨皖苏 严鸿和．我国数控产业发展政策研究．机械设计与制造工程，2001，30(1)：1-3
14 丁乃建．数控机床的控制系统发展概况．基础自动化，1997(5)：1-4
15 史清琪．我国高技术产业发展存在的问题与对策[J]．中国工业经济，1999，(5)：35-39
16 杨学桐，李冬茹．我国数控产业的现状与发展举措[J]．中国机械工程，1999，10(10)：1081-1083
17 吴圣庄．金属切削机床．机械工业出版社．1982
18 王建明等．斜齿轮齿廓曲面计算方法．机械传动，1997(4) 4-7
19 任敬心等．齿轮工程学．国防工业出版社．1985
20 吴序堂．齿轮啮合原理．机械工业出版社．1982
21 李华敏等．渐开线齿轮的几何原理与计算．机械工业出版社，1985
22 圆柱齿轮加工编写组．圆柱齿轮加工．上海科学技术出版社，1982
23 邵才．插齿技术．机械工业出版社．1987
24 华楚生等．机械制造技术基础．重庆大学出版社，2001
25 顾维邦．金属切削机床(上)．机械工业出版社，1984
26 唐宗军 机械制造技术基础 机械工业出版社 1999
27 刘喜平．斜齿轮的数控插削加工．机械加工及其自动化，2001(7) 20-21
28 刘喜平．在插齿机上用差动法插削斜齿轮．制造技术与机床，2000(3)：47-48
29 李晋 寇世瑶．斜齿圆柱齿轮插削加工．机床与液压，2002(4)：231-232
30 《实用数控加工技术》编委会．实用数控加工技术．兵器工业出版社，1995
31 胡赤兵等．数控齿轮加工中的技术关键．甘肃工业大学学报，1997(2)：46-49
32 白建华，黄海峰．开放式CNC与现代运动控制技术的发展．机电工程，2001，18(4)：1-4
33 Loxham, J. British Patent No. 10011538: Manufacture of Gear (1961)
34 Loxham, J. British Patent No. 1015662; Improvement in or Relating to
Drives for Gear Grinding Machines(1961)
35 杨公源 微机在机电一体化传动系统中的应用 北京电子工业出版社 1994
36 Dinsdale, Mcque and Melsom·British Patent No. 133601 Releative Mortion Contion Means(1969)
37 Dinsdale J., Jones P. F.:The Electronic Gearbox-Computer Software Replaces Mechanical Couplings. Annals of CIRP vol 31/1/1982.
38 K. Sawai·small AC Servo Motor Kikai Sekkei(Machine Design)Nov. extra. 1987
39 胡赤兵，张季秋．计算机数控齿轮切削加工机床．机械研究与应用，1997(3)：40-42
40 谭伟明等．齿轮切削加工CNC系统．制造技术与机床，1997(10)：13-15
41 谢兵，宾鸿赞．分级分布式CNC系统中位置伺服系统设计．湖北工学院学报，1994，9(3)：7-10
42 周宏甫，宾鸿赞．现役普通机床的开放式CNC改造．湖北工学院学报，1994，9(3)：63-66
43 肖本贤等．CNC齿轮机床的主控方式及控制原理．制造技术与机床，1996(11)：34-36
44 叶佩青等．基于PC平台的计算机数控(CNC)系统开发．南京航空航天大学学报，1997，29(2)：125-130
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46 刘少全．参数编程在YKS5120A上的应用．江苏机械制造与自动化，1997(2)：38-41
47 邱炎保．可编程控制器在插齿机上的应用．机械与电子，1998(2)：18-19
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