基于车铣复合机床的铣齿加工工艺与测量研究

传统的齿轮加工主要以插齿和滚齿为主。结合实际加工生产和零件的加工要求，提出了车铣复合机床用硬质合金立铣刀铣削齿轮的加工新工艺。铣齿工艺更适用于轮齿对零件位置有要求的大模数齿轮和零件，可有效减小夹具定位误差，降低插齿刀制造成本。同时，该方法能很好地保证零件的加工质量，也为齿轮加工提供了新的思路。

这种情况下模数大，齿轮要求零件基准的位置，生产周期紧，没有专用插齿刀。采用通用机床车铣复合和通用硬质合金端铣刀的铣齿工艺，并通过实际加工生产验证了该铣齿工艺的可行性。

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传统齿轮加工模式的原理

传统的齿轮加工原理有两种，范成法和成形法。展成法是通过齿轮刀具与切齿坯的啮合运动来切削齿廓的一种方法。最常用于齿轮成形和滚齿。这两种机床都不需要事先准备好齿轮的齿形，只需要将零件齿轮的基本参数和插齿刀或滚刀的基本参数输入机床，机床通过运算就可以完成一个固定传动比的啮合运动。另外，齿轮的切削深度是在机床中设定齿顶圆和齿根圆的直径，在加工时通过检查零件的齿厚(间接测量M值或保证公法线)来判断零件是否加工到尺寸。滚齿机和插齿机在齿轮加工中应用广泛。

成形法主要用于成形砂轮磨齿机。加工原理是将齿轮加工刀具(或砂轮)做成齿槽的形状，刀具的轮廓线具有特定加工零件参数形成的渐开线轮廓。这种加工方式，定制的砂轮都是一对一的专用砂轮，成本高。但近年来，修整砂轮磨床有效地解决了小批量成型砂轮的磨削问题。

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铣齿齿轮模型的建立

本文介绍的基于车铣组合的铣齿方法是基于数控加工轮廓铣削，是一种不同于成形法和展成法的新方法。铣削方法主要需要建立正确的齿轮模型。用CATIA建立齿轮模型的步骤如下。

渐开线参数方程的建立

齿轮模型的关键在于齿轮渐开线的绘制方法，齿轮渐开线是一条复合函数曲线:

其中:rbt为基圆半径，θ为滚动角度，单位为弧度。

将其转换为CATIA标准形式，通过函数建立渐开线轮廓。首先要添加齿轮的基本参数，然后建立轮廓线与各参数的函数关系。

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工件加工

零件夹紧和工具准备

根据零件的结构和车铣复合机床的装夹特点，制定了用反三爪支撑零件内孔的装夹方案，并在零件右端面建立了加工坐标系，避免了零度加工时刀具轴与卡盘发生碰撞干涉的可能。同时考虑到齿轮一端的形状需要沿圆周铣削，会影响零件的圆周方向，所以机床夹紧力提高到25bar。

根据被加工齿轮的槽型，齿根圆弧的最小半径为R1.52，所以齿轮的最大直径只能是球头铣刀d3，这样才能保证齿根可以铣削。

编程方案和程序设计

外齿的齿槽为外开内合型，可以先用“降轮廓粗铣”命令进行粗加工，再用“导向切削”命令进行精加工。根据齿轮齿廓的特点，齿轮齿在齿深方向上是渐开线，精度等级上要求齿轮齿廓，所以加工时特别要在齿廓上做仿形铣削。

左右齿面可以用一层轮廓驱动命令完成，然后通过编制宏程序在齿向分层加工。加工完一个齿槽后，按照C=360/Z(Z为齿数)旋转机床C轴加工下一个齿。这部分需要15个齿。CATIA只需要编译中间齿槽的程序，然后编译C轴旋转的宏程序就可以加工左右七个齿槽。

检测和测量

齿轮检测是先检测齿轮的齿厚(通过检测M值或公法线W)。对于模数较大的零件，用公法线W控制齿厚，用公法线千分尺测量。如果该值未加工到尺寸，刀具长度可以调整以补偿连续进给。直到公法线w的值合格。其次，检查齿的齿形、齿向、齿距和跳齿参数。这些参数在齿轮检测器上测量，并检测测量报告以确定其是否在要求的范围内和达到的公差水平。

最后目测齿面光度，用万能表测量齿根圆直径。如果粗糙度差，可以通过在宏程序中调整齿廓间距来调整。

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结论

根据测量结果，齿轮方向、节距和跳动的加工精度等级优于插齿和滚齿。因此，当齿轮模数较大，一般铣刀容易进入齿根时，可以铣削加工齿轮。同时，如果齿轮的基准齿与其他基准面或孔有位置要求，车铣复合机床一次加工齿轮毛坯和齿轮时将获得稳定的质量保证。