圖1所示為一種新型的......



圖1所示為一種新型的超環(huán)面?zhèn)鲃樱瑘D中弧面蝸桿1將運動傳遞給均布在其圓周的若干行星輪3上，定子2不動，行星輪3帶動系桿4將運動輸出。這是一種新型的行星蝸桿傳動機構(gòu)，為了實現(xiàn)定子2的良好加工工藝性，將行星輪3上球形齒的螺環(huán)運動展成到定子2的圓柱面上，二者之間的嚙合是一種近似嚙合。
新型結(jié)構(gòu)中的定子(零件結(jié)構(gòu)為圓柱內(nèi)斜齒輪)為了實現(xiàn)與行星輪的連接接觸傳動，一般螺旋角較大，而且齒形往往是非漸開線齒形，用插齒機床加工有一定難度，所以我們采用了在X63W萬能銑床上用分度頭加工定子的方法。在銑床上加工定子，有幾個問題必須解決：機床調(diào)整與掛輪計算：銑刀設(shè)計：銑削加工中干涉問題的檢驗等。
1 機床調(diào)整與掛輪計算
在銑床上銑齒時，機床縱向工作臺和分度頭的傳動系統(tǒng)要做相應(yīng)的調(diào)整，使縱向進給絲杠帶動縱向工作臺移動的同時，又經(jīng)掛輪帶動分度頭使工件作勻速旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，最終加工出斜齒。其中，工件的轉(zhuǎn)動與移動必須協(xié)調(diào)進行，以得到準確的斜齒導(dǎo)程，這是通過機床的縱向進給絲杠與分度頭側(cè)軸之間適當(dāng)?shù)膾燧唩肀ＷC的。
為獲得規(guī)定的齒形，首先必須使工作臺進行角度調(diào)整，使齒槽的齒向與銑刀旋轉(zhuǎn)平面相一致。一般地，銑床工作臺的角度調(diào)整范圍在±45°之間，如果加工螺旋角小于45°的工件，則應(yīng)使工作臺在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度與工件螺旋角相等，且注意當(dāng)內(nèi)斜齒輪為左旋時，工作臺順時針轉(zhuǎn)動：當(dāng)工件為右旋時，工作臺逆時針轉(zhuǎn)動(當(dāng)加工內(nèi)齒輪頂齒時)。如果加工螺旋角大于45°的工件，則可以通過增加一個附加臺面單獨或者與工作臺合作完成角度的調(diào)整。如圖2所示，b為斜齒螺旋角，d為工作臺水平轉(zhuǎn)角，a為附加臺面(與工件及分度頭相固連)與工作臺的相對轉(zhuǎn)角，則有b=d+a。
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對于掛輪的選取，一般地，對于傳統(tǒng)的加工螺旋槽的方法，由于機床與工件沒有相對轉(zhuǎn)角，從而在選取掛輪的時候，保證當(dāng)工件縱向送進一個導(dǎo)程時，工件剛好轉(zhuǎn)一圈就可以了。但上述掛輪的選取方法只適用于工件隨工作臺一起轉(zhuǎn)動的情況，當(dāng)機床做圖2所示的調(diào)整后，掛輪的傳動比就要有所變化。此時工作臺的行進距離L'就需要通過過對機床的運動進行重新分析來得到。 在圖3中，V1為機床縱向進給的速度，V2為工件旋轉(zhuǎn)的圓周速度，二者之間滿足 V1 = V2
sin(90°-b) sind
即 L' = pD →L'= pDcosb
cosb sind sind
(1)
而同時掛輪傳動比也要變?yōu)?i= z1×z3 = 40t
z2×z4 L'
(2)
圖2 機床工作臺調(diào)整
圖3 加工速度分析圖
2 銑刀的設(shè)計
銑削加工圓柱內(nèi)斜齒輪時，由于刀具與工件的接觸線不再是平面曲線，因而刀具的刃形與齒面的任一截面的截形都不相同，必須重新計算。
建立如圖4所示的坐標系，其中s(1)=[O(1)：i1→，j1→，k1→]為與原始刀具面相固連的坐標系，s(2)=[O(2)：i2→，j2→，k2→]為與內(nèi)斜

齒輪相固 連的坐標系，s=[O：i→，j→，k→]為輔助固定坐標系，它的 三個坐標軸與s(2)的3個坐標軸相平行，但原點與O(1)相重合 ，k1→

、k2→分別為刀具和內(nèi)齒輪的回轉(zhuǎn)軸線重合：a 為中心距，x為刀具和斜齒輪的軸交角，其值為x=90°-b，但斜齒為左旋時取負值。
圖4 加工內(nèi)斜齒輪坐標關(guān)系圖
設(shè)內(nèi)斜齒齒面方程為 { x2=x(u)cosv-y(u)sinv
y2=x(u)sinv+y(u)cosv
z2=z(u)+pv
(3)
式中：{x(u)，y(u)，z(u)為母線方程。
根據(jù)坐標變換則有內(nèi)斜齒輪在s(1)坐標系中的表達式 { x1=a-x2
y1=-y2cosx-z2sinx
z1=-y2sinx+z2cosx
(4)
和齒面在固定坐標系s中的表達式 { x=x2-a
y=y2
z=z2
(5) 在原始刀具面與內(nèi)斜齒輪的嚙合運動中，有相對速度 v→12={-zsinx-ycosx，xcosx，xsinx} (6)
設(shè){nx2，ny2，nz2}為內(nèi)斜齒輪齒面上任一點處的單位法矢坐標，則由嚙合方程F=n→·v12→，有 F=(a-x2+pcotx)·nz2+acosx·ny2+z2 ·nx2 (7)所以有原始刀具方程 x1=a-x2
y1=-y2cosx-z2sinx
z1=-y2sinx+z2cosx
F=0
(8)下面來求銑刀刃形：因為通常所說的銑刀刃形是指它的原始刀具面的軸向截形，所以令式(8)中y1=0，則有盤狀銑刀刃形 { R0=(x12+y12)z1=-y2sinx+z2cos x
(9)
3 銑削加工中的干涉問題
在銑床上加工斜齒內(nèi)斜齒輪時，還需要注意干涉問題的發(fā)生，即刀具為加工出完整的齒道，是否能自由出入齒圈。為避免干涉的出現(xiàn)，首先必須注意工件的結(jié)構(gòu)參數(shù)與刀具的結(jié)構(gòu)參數(shù)所必須滿足的條件。另外，在銑削內(nèi)斜齒輪的過程中，為保證加工出符合規(guī)定的無形變的工件表面，造型時除滿足刀具與工件相切接觸外(即嚙合方程有解)，原始刀具還必須保證位于工件體外，不發(fā)生干涉。一般地，對于加工內(nèi)齒輪時不產(chǎn)生曲率干涉的條件是：在垂直于刀具軸線的任一截面內(nèi)，原始刀具面截線的曲率半徑R0必須小于或等于螺旋面截線在接觸點處的曲率半徑r。
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對于內(nèi)齒輪，當(dāng)|R0|≤|r|時，不發(fā)生干涉。對于具有直線或光滑連接的凸型曲線的工件截形來說，只要滿足相切接觸條件，那么干涉條件也必然滿足。而對于特異齒形來說，逐點檢驗此項條件就未免過于繁瑣了。作者在實踐中發(fā)現(xiàn)，利用迅速、準確、快捷的計算機代數(shù)系統(tǒng)作為輔助工具，完全可以只通過求工件表面上是否存在一類界點(根切界限點)即可判斷干涉問題。
4 定子銑削加工的實現(xiàn)
實際操作中，通過對機床工作臺和分度頭的角度調(diào)整，我們采用X63W臥式萬能銑床實現(xiàn)了新型超環(huán)面?zhèn)鲃咏Y(jié)構(gòu)中涉及的大螺旋角內(nèi)斜齒輪的加工，加工過程如圖5所示。加工完成后的內(nèi)齒輪齒面如圖6所示，由于加工所用臥式銑床比較陳舊，機床累計誤差較大，銑削后齒形精度8級，磨齒后齒面精達到7級。
圖5 在臥式銑床上加工內(nèi)斜齒輪
圖6 加工完成后的內(nèi)齒輪齒面
5 結(jié)論
可以發(fā)現(xiàn)，本文所采用的定子加工方法是行之有效的。在臥式銑床上加工定子時，只需計算出一組合適的掛輪，將床身、分度頭和工件按計算所得的角度進行調(diào)整、安裝，并設(shè)計加工專用的刀具即可。而在插齒機床上加工，則還要設(shè)計加工專門的螺旋套和插齒刀，工藝過程復(fù)雜，加工難度較大。因此，在臥式銑床上加工內(nèi)斜齒輪明顯簡化了對工藝設(shè)備的改裝過程，代價較小，不失為小批量生產(chǎn)這種工件的有效方法。當(dāng)然，為了保證所加工出的工件具有較高的精度，選擇傳動精度相對較好的銑床是必要的，并盡量保證從銑床橫向進給絲杠到分度頭的一系列傳動環(huán)節(jié)中的運動一致性與準確性。