偏摆马达少齿差内锥齿轮数控加工

1、 ，：偏摆马达少齿差内锥齿轮数控加工刘鹄然（浙江科技学院 机械与汽车工程学院 ，杭 州 ）摘 要 ：提出偏摆少齿差气动马达 ，设计了独特的内锥齿轮传动结构 ，对偏摆马达传动所需内锥齿轮的加工 工 艺进 行 了 研 究 ，提出了内锥齿轮数控加工新方法 ，解决了偏摆气动马达之 少齿差内齿锥齿轮的数控加工问题 ，并 利 用 的一些性质简化了数控编程 。关 键 词 ：内 锥 齿 轮 ；偏 摆 马 达 ；数 控 加 工中 图 分 类 号 ：；文 献 标 志 码 ：文 章 编 号 ：（） （，）：， ， ， ：； 内 锥 齿 轮 是 偏 摆 式 减 速 器 和 偏 摆 式 气 动 马 达 的 关 键 传

2、动 部 件。内 锥 齿 轮 的 设 计 相 当 复 杂 ，同 样它 的 加 工 制 造 也 是 较 复 杂 的 。 锥 齿轮的加工方法属于专业性技术性 较 强 的 工 作 ，该 工 种 的 操 作 工 人 必 须 经 过 专 门 的 培 训 。 本研 究 对 内锥齿轮 加工工艺进行 了 探讨 ，提 出 了 内 锥 齿轮的新加工方法 数 控 加 工。收 稿 日 期 ：基 金 项 目 ：浙江省自然科学基金资助项目 （，）作 者 简 介 ：刘 鹄 然（），男 ，江 西 省 南 城 人 ，教 授 ，博 士 ，主要从事机械传动研究 。浙江科技学院学 报第 卷内外锥齿轮啮合 根 据 偏 摆 马 达 的 结

3、 构 需 求 ，必 须 采 用 内 置 锥 齿 轮 来 达 到 偏 摆 运 动 （图 和 图 ）。 偏摆锥差行星传 动 原 理 为 ：当 输 入 轴 转 动 带 动 偏 角 轴 绕 轴 线 转 动 ，又 偏 角 轴 头 的 轴 线 与 轴 线 有 个 锥 角 ，此 时 偏 角 轴 头 的 轴 线 便 形 成 了 一 个 顶 锥 角 为 倍 的 锥 束 空 间 。 同 时 ，装 在 偏 角 轴 头 上 的 锥 齿 轮 受 到 周 向 限 制 副 的 约 束 ，无 法 做 周 向 运 动 。 迫 使 锥 齿 轮 在 锥 束 空 间 内做 绕 中性 点的偏摆往复 运 动 ，与 装在输出轴上的 锥齿轮

4、形成循环开合 的 啮 合状 态 。 两 锥 齿 轮 在 上 部 呈 全 部 啮 合 状 态 ，而 在 下 部 为 全 脱 开 状 态 。 当 转 过 半 圈 ，来 到 相 反 位 置 时 ，两 锥齿轮在下部 呈 全 部啮 合状态 ，而在 上 部为全脱开状态 。 当 再 次 转 过 半 圈 后 ，偏 转 角 回 到 原 来 位 置 ，两锥 齿轮 在上部呈全部啮合状态 ，而 在 下 部 为 全 脱 开 状 态 ，正 好 完 成一个偏摆啮合循环 。 显 然 ，偏 转 轴 头 在 绕 轴 转 动 的 时 候 ，内 锥 齿 轮的轮齿在绕圆周方向做循环进 入有循环推出的啮合 ，使 啮合 区 沿 输出锥 齿

5、 轮的节锥面转移 。 由 于两齿轮齿数相差不多 ，所 以 当 偏 角轴头转一周时 ，被 动 锥 齿 轮 沿 反 方 向 转 过 （ ）个 齿 ，相 当 于 （ ） 转 ，具有相当大的减 速 能 力 。 套 筒 ； 锥 齿 轮 ； 齿 圈 ； 盖 板 内 锥 齿 轮 ； 圆 螺 母 ； 心 轴 ； 密 封 件 ； 镶 块 ； 套 筒 ； 轴 承 ； 轴 承 ； 螺 钉 ； 偏 摆 齿 轮 ； 壳 体 ； 吊 钩 ； 接 头 ； 液 压 管 ； 套 筒 ； 腿 力 轴 承 ； 配 油 筒 ；、 圆 锥 磙 子 轴 承 ； 相 体 ； 螺 柱图 内锥齿轮传动结构在偏摆少齿差气动马达中的应用 第 期刘

6、 鹄 然 ：偏摆马达少齿差内锥齿轮数控加工 图 内 锥 齿 轮 内锥齿轮数控铣齿 齿轮 轮 齿 的 加 工 方 法 很 多 ，如 切 削 法 、铸 造 法 、轧 制 法 、冲 压 法 、锻 造 法 等 。 其 中 最 常 用 的 有 切 削 法 。按 其 原 理 分 仿 形 法 和 展 成 法 两 类 。 笔 者 所 设 计 的 圆 锥 齿 轮 均 采 用 仿 形 法 加 工 ，因其加工方法 简 单 ，故 不 需 要 专 用 的 机 床 ；缺 点 是 精 度 难 以 保 证 ，生 产 效 率 较 低 。 但 这 种 方 法 特 别 适 用 于 修 配 、单 件 生 产 及 加 工 精 度 要

7、求 不 高 的 齿 轮 。（程 序 名）（选 用 号 坐 标 系） （固 定 循 环 返 回） （粗加工外圆车刀） （速 度 等） （定 位 快 速 移 动）（右 侧 刀 具 补 偿）（直 线 插 补 走 刀） （直 线 插 补 走 刀） （定 位 快 速 移 动）浙江科技学院学 报第 卷（取 消 刀 具 补 偿） （精 加 工 外 圆 车 刀） （加 工 外 圆） （定 位 快 速 移 动） （切 断 刀 宽 度 ） （定 位 快 速 移 动） （走 刀） （直 线 插 补 走 刀） （定 位 快 速 移 动） （设 置 局 部 坐 标 系）（直 线 插 补 走 刀） （程 序 结 束 并

8、返 回 程 序 头）笔 者 和 操 作 人 员 独 创 出 一 种 简 便 方 法 ，直 接 用 自 动 标 出 加 工 关 键 点 坐 标 ，直 接 数 控 编 程 ，见 图 。内锥齿轮毛坯的加工程序 与 传 统 加 工 方 法 相 比 ，数 控 齿 轮 加 工 机 床 具 有以 下 特 点 ：）结 构 简 单 ，刚 性 好 。 新 型 数 控 弧 齿 锥 齿 轮 加 工 机 床 大 都 为 模 块 化 结 构 ，简 单 明 快 。 与 传 动 机 械 式 铣 齿 机 比 较 ，零 部 件 数 量 和 占 地 面 积 大 大 减 少 。 据 格 里 森 资 料 介 绍 ，凤 凰 型 数 控

9、机 床 的 刚 性 要 比 传 统 机 械 式 铣 齿 机 高 十 倍 以 上 。图 用 自动标出加工坐标 ）无 展 成 链 ，精 度 高 。 一般 的 数控机床不仅没有展成链 ，每 个伺服电机到执行部件 之 间 的传 动 链 很短 ，通 常 只 有 一 级 到 二 级 齿 轮 传 动 ，各轴之间的相对运动完全由计算 机 直 接 控 制 ，消 除 了 机 械 误 差 和 人 为 误 差 对 加 工 的 影 响 ，因 此 齿 轮 的 加 工 精 度 高 。 过 去 机 械机床最高只能加工出 级 精 度 的 齿 轮 ，现 在 可 以 加 工 出 级 以 上 的 齿 轮 。）程 序 控 制 ，柔 性

10、 好 。 数控 机 床完全由计算机程序控制 ，不需要人工调整 。 加 工 调 整 好 的 数 据 可 以 存 储 在 计 算 机 里 ，下 次 加 工 时 调 出 来 即 可 使 用 ，而且没有机械误差和 人 为 误 差 ，重 复 性 非 常 好 。）调 整 方 便 ，效 率 高 。 数 控 机 床 在 转 换 加 工 零 件 时 只 需 调 换 刀 盘 和 夹 具 ，其 余 则 完 全 由 程 序 控 制 ， 不 需 要 人 工 干 预 ，可以 很 方 便地在多 种产品类型和多种齿制之间转换 。 因 此 ，减 少 了 很 多 人 工 调 整 环 节 ， 极 大 地 提 高 了 机 床 调 整

11、 和 加 工 效 率 。）安 全 性 高 ，满 足 环 保 要 求 。 传统机械式机床在加工时需 要用到大量切削油和冷却介质 ，容 易 造 成 环 境 污 染 ；且 大 多 数 机 床 为 敞 开 式 结 构 ，对操作人员的防护并不全面 。 数 控 机 床 在 加 工 过 程 中 实 现 封 闭 ， 对 人 员 安 全 是 个 极 大 的 保 护 。 在 毛坯质量稳定的情况下 ，允 许 实 现 干 式 切 削 ，从 而 减 少 了 污 染 物 的 排 放 ， 满 足 了 环 保 的 要 求 。对 刀 步 骤 ：）先 在 三 爪 夹 头 上 装 上 一 段 圆 柱 形 棒 ，并使圆柱棒的轴线与

12、砂 轮轴线大致处于同一 高 度 。） 向 微 调 工 件 台 ，使 圆 柱棒的侧 面 与砂轮大端圆周恰好相切 ，并记下该位置所对应的 值 。） 向 移 动 工 作 台 相 当 于 圆 柱 棒 半 径 的 距 离 ，这时分度头轴线正好过砂轮大端圆周内侧换上工 第 期刘 鹄 然 ：偏摆马达少齿差内锥齿轮数控加工 件 ，悬 伸 量 以 砂 轮 与 夹 头 不 发 生 干 涉 为 度 。） 向 微 调 工 作 台 ，使工件 头 部顶点与砂轮大端圆周恰好相切 ，并 记 下 该 位 置 对 应 的 位 置 。）令 工 作 台 从 上 述 位 置 分 别 沿 ， 方 向 移 动 。齿 轮 加 工 过 程铣刀

13、 的 选 择 ：铣 刀 是 根 据 当 量 圆 柱 齿 轮 的 数 据 ，是 按 当 量 齿 数 当 、压 力 角 和 模 数 来 设 计 的 。 铣刀 厚 度 除 外 。 用 三 步 加 工 法 时 要 用 带 有 形标志的专用刀具 。当 量 圆 柱 齿 轮 的 齿 数 ，当 当 当 量 齿 数 大 于 等 于 时 ，应 选 用 号 刀 。 本次实验选用的 即 是 号 刀 。对 刀 ：将 顶 尖 装 入 分 度 头 主 轴 孔 内 ，调 整 横 向 工 作 台 的 位 置 ，使 铣 刀 的 中 心 平 面 与 顶 点 正 对 （初 步 校 对），再 取 下 顶 尖 ，装 上 齿 坯 。）试

14、开 槽 。）调 整 齿 向 。）切 出 小 端 齿 槽 。 工 作 台 升 到 全 齿 深 ，依次铣出全部齿槽 。）切 去 大 端 两 侧 加 工 余 量 。 先 切 一 侧 （右 侧 ），将 工 作 台 向 右 横 向 移 动 一 个 距 离 ， 值 可 按 下 式 计 算 ： 式 中 ： 齿 宽 ，； 节 锥 长 ，； 模 数 ，。再 切 齿 槽 的 左 侧 ，如 图 所 示 ，将工作台反方向 移 动 倍 值 （要 注 意 消 除 丝 杆 间 隙 的 影 响 ，最 好 通 过 安 装 千 分 表 来 控 制 横 向 位 移 量），然后按上述方法 将这一侧的齿厚切到满足图纸的要求 ，并 顺

15、次 将 各 齿 这 一 侧 都 切 出 来 。这 种 方 法 与 其 他 方 法 比 较 ，具 有 如 下 特 点 ：）调 整 计 算 比 较 简 单 ，不 必 借 助 表 格 数 据 ，也 省 去 了 测 量 铣 刀 刀 刃 尺 寸 等 辅 助 工 作 ，在现 场使用比较方便 。）由 于 用 这 种 方 法 加 工 ，小 端的齿厚 比理论上要求的 稍 薄 一 点 ，因 此 加 工 后 一 般 都 不 用 修 锉 小 端 的 齿 形 便 能 使 用 ，可 以 节 省 大 量 的 人 力 和 时 间 。）当 遇 到 一 些 节 锥 角 很 小 的 锥 齿 轮 ，加工后小端的齿 厚 特 别 是 齿

16、 顶 厚 无 法 符 合 要 求 ，这 时 候 可 以 通 过 调 整 位 移 量 来 控 制 齿 顶 厚 。）切削时最好是从大端向小端切过去，这样比较安全。因为万一没有锁紧分度头（或因工作时松动），切削力将使分度头主轴推向水平位置，可避免发生于机床主轴相碰撞的事故，而且测量大端尺寸也比较方便。内 锥 齿 加 工 和 加 工 实 物 见 图 。图 位移量与回转方向的关系 通 常 ，圆 锥 齿 轮 的 齿 形 精 度 是 靠 机 床 和 刀 具 来 保 证 的 ，目 前 没 有 简便的检验方法 。 工 程 实 践 中 最常 用 的 就 是 检 验 毛 坯 齿 顶 圆 直 径 和 外 形 。 加 工 后 检 验 齿 根 圆 直 径 ，看 是 否 切 到 位 。 齿 面 精 密 检 测 要 用 三 坐 标 测 量 仪 ，但 本 实 验 加 工 的 齿 轮 太 小 ，没 有如此小的测头 ，因而无 法 用三坐标测量仪 检 测 。 此 外 ，还 可 以 在 工 具 显 微 镜 下 扫 描 大 端 背 锥 齿 形 。 而 最 根 本 的 是 运 转 试 验 ，本 装 置 齿 轮 已 经 运 转 试 验 ， 一 直 运 转 良 好 。浙江科技学院学 报第 卷图 内 锥 齿 加 工（左）和加工好的实物（右） （）（）结语本 研 究 提 出 的 内 锥 齿 轮 数 控 加 工