螺旋锥齿轮端面滚齿加工的理论及其实现技术研究

本项目针对制约我国螺旋锥齿轮端面滚齿加工方法应用的技术瓶颈，系统地研究螺旋锥齿轮端面滚齿加工方法的基础理论及其实现软件。主要研究：端面滚齿加工齿面成形原理，切齿调整参数计算，六轴联动数控代码自动生成、齿面数学模型建立，齿面接触分析，齿距齿形测量与修正，传动性能分析与评价等关键技术，开发功能完善、界面友好的螺旋锥齿轮锥端面滚齿法设计制造分析应用技术软件系统、六轴联动数控软件系统、齿形测量与分析软件系统。通过本项目的研究工作，使我国在螺旋锥齿轮端面滚齿加工方面取得突破，打破国外技术的垄断，为我国开发和应用螺旋锥齿轮端面滚齿数控加工装备提供坚实的理论基础；提高我国在螺旋锥齿轮装备制造方面的自主创新能力，以及锥齿轮产品质量。

螺旋锥齿轮端面滚齿加工方法在切齿过程中连续分度形成齿线为摆线的齿面，并在一个切齿循环中同时加工齿的两面，加工效率较高，因此在大批量生产中应用越来越广泛。国内长期对端面滚齿加工方法重视不够，再加上国外对技术资料的严格保密，使得我国对该种加工方法的基础理论研究严重不足，至今未开发出应用于生产实践的端面滚齿加工成套技术及装备。虽然国内企业可以通过引进国外的计算软件及加工成套装备，加工出合格的摆线齿锥齿轮产品，但是对我国在该领域的技术水平却没有实质上的提升作用。另外由于国外在该技术上的垄断地位，进口机床十分昂贵，且维护十分不便，也限制了其在国内的普遍推广。. 本项目针对我国汽车等工业领域对螺旋锥齿轮端面滚齿加工技术的迫切需求，系统地研究了端面滚齿加工方法所涉及的齿面成形原理、齿坯几何设计与计算、接触特性的准确控制与切齿调整参数的计算、全数控切齿机床的运动控制、齿形偏差的测量与修正等成套基础理论。建立了刀倾全展成法与刀倾半展成法端面滚齿螺旋锥齿轮节锥参数计算的统一模型。提出了一种端面滚齿加工切齿调整计算方法，该方法能够在齿面上任意指定接触参考点的位置，并能对轮齿两面的接触状态同时进行控制。研究了在保证齿轮及刀具相对运动不变的条件下，端面滚齿加工基本机床模型到全数控切齿加工模型的机床运动转化方法，从而推导出一种全数控铣齿机6轴联动的运动控制模型。应用齿轮啮合原理推导了基于全数控端面滚齿加工运动控制模型的摆线齿锥齿轮齿面方程，并在此基础实现了摆线齿锥齿轮的齿形测量及齿形偏差的自动修正。采用静态及动态接触有限元法建立了螺旋锥齿轮时变啮合刚度、传动误差、啮合冲击及啮合内部激励力的计算模型，对比分析了端面铣齿法加工的弧线齿锥齿轮与端面滚齿法加工的摆线齿锥齿轮的接触特性，以及在不同接触区形态下的啮合内部激励情况。基于以上研究，开发了螺旋锥齿端面滚齿调整计算程序、高级锥齿轮接触分析软件、全数控锥齿轮铣齿机数控加工软件以及摆线齿锥齿轮测量与分析软件模块。. 研究成果目前已在天津第一机床总厂的系列全数控螺旋锥齿轮铣齿机中示范应用，为我国开发和应用螺旋锥齿轮端面滚齿数控加工装备提供了坚实的理论基础；对提高我国在螺旋锥齿轮装备制造方面的自主创新能力有重要推动作用。