特殊内齿轮齿廓的线切割加工

第30卷第1期辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.30,No.12010年2月JournalofLiaoningUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Feb.2010收稿日期：2009-10-15基金项目：辽宁省教育厅资助项目（20060404）作者简介：安继业(1958-)，男(锡箔族)，辽宁辽中人，工程师。特殊内齿轮齿廓的线切割加工安继业1，黄恺2（1.辽宁工业大学附属工厂，辽宁锦州121001；2.辽宁工业大学机械工程与自动化学院,辽宁锦州121001）摘要：对几种具有一定特殊性的内齿轮齿廓线切割加工工艺及程序生成方式作了介绍，为插齿加工存在一定困难的内齿轮齿廓加工提供了切实可行的解决方案。关键词：内齿轮；线切割；加工中图分类号：TQ171.776文献标识码：B文章编号：1674-3261(2010)01-0031-03WedmMachiningFlankProfileforSomeSpecialInnerGearsANJi-ye1,HUANGKai2（1.WorkattachedtoLiaoningUniversityofTechnology,LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121001China;2.MechanicalEngineering&AutomationCollege,LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121001,China）Keywords:innergears;wedm;machiningAbstract:Thewedmmachiningflankprofileprocessesofseveralspecialinnergearsaswellastheirprogramgenerationsweredescribedandtheintroductionconcernedwasmade,whichpresentedpracticalandfeasiblesolutionsforinnergears’flankprofilestobemachineddifficultly.内齿轮加工普遍采用插齿，但对于某些具有特殊要求的内齿轮来说，插齿可能有一定困难，或者不是昀好的解决方案。在这种情况下，线切割加工可能提供更为广阔的选择空间，和更为灵活的加工手段。在科研与生产实践中，笔者遇到一些此类问题，并摸索出一套切实可行的解决方案，介绍如下。1典型零件图1所示薄壁内齿圈，使用不成问题，因为是安装在封闭壳体内，不会变形，但加工却存在一定困难。主要问题包括：（1）齿根与外壁相距太小，插齿加工时装夹困难；（2）齿轮模数较大，整个工件刚度差，插齿时余量去除又很大，在切削力作用下工件很容易变形；（3）该齿轮既有径向变位，又有切向变位，插齿时需要两次加工，先完成径向变位加工，作特殊处理后再完成切向变位加工，工艺难度和风险增加。对此零件进行过插齿加工尝试，以失败告终。图1薄壁内齿圈图2所示为一超短齿内齿圈，左侧图形为齿圈整体，右侧视图为局部放大。由图可见，该齿圈轮齿非常之短，其实际齿轮参数为：模数m=1.5，齿32辽宁工业大学学报(自然科学版)第30卷顶高系数ha*=0.2，齿根高系数hf*=0.45，顶隙系数c*=0.25.该齿轮已经成功应用于减速器中。研究一下齿轮的加工，要插齿并非绝对不行，但要将插齿刀齿顶圆磨去很大一段，单件加工，插齿刀就此报废。另外，也存在插齿时装夹困难的问题。还有一些内齿轮，从提高抗弯刚度考虑，对齿根圆角有一定要求，或者从降低噪声、改善啮合状况考虑对齿顶圆角有一定要求（类似于修缘），如图3所示。由于不可能对任意齿根、齿顶圆角都提供相应插齿刀，因而这类齿轮的插齿加工显然有困难。图2超短齿内齿圈图4所示为三环减速器的环板零件，其内齿轮部分的加工若在插齿机上进行，则需要环板在插齿及工作台上回转，当环板尺寸较大时，加工无法进行。图3齿根齿顶有圆角要求图4三环减速器环板零件针对上述各种情况，可以考虑采用线切割工艺予以解决。2齿轮廓线生成线切割加工的首要任务当然是生成所需要的齿轮廓线。对于某些齿轮来说，可以直接利用线切割机床内嵌的参数化齿轮廓线生成模块。但该模块往往存在局限性，只能处理常用齿形。CAXA电子图板带有齿轮生成功能，可以利用。其中可变参量包括模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、变位系数、齿顶及齿根圆角半径等，可以应对很多齿轮廓线。需要注意的是，齿轮廓线生成精度一定要设为0.001（系统默认为0.01）如图5所示。图5齿轮参数设置还有一些齿轮，CAXA电子图板也无法解决，例如图1所示齿轮，既有径向变位，又有切向变位。笔者也曾尝试利用电子图板生成单个径向变位轮齿，块打散后旋转一定角度，再作阵列。结果发现齿廓精度丧失较严重。为此转而利用Pro/E软件的参数化曲线绘制功能，取得了成功，具体步骤介绍如下。2.1参数输入首先打开Program编辑器，在INPUT~ENDINPUT之间输入以下参数：INPUTMNUMBER；模数Z1NUMBER；齿数AANUMBER；中心距ALFNUMBER；压力角HANUMBER；外齿轮齿顶高系数HFNUMBER；外齿轮齿根高系数HA2NUMBER；内齿轮齿顶高系数HF2NUMBER；内齿轮齿根高系数X1NUMBER；外齿轮径向变位系数XT1NUMBER；外齿轮切向变位系数X2NUMBER；内齿轮径向变位系数第1期安继业等：特殊内齿轮齿廓的线切割加工33XT2NUMBER；内齿轮切向变位系数ENDINPUT存盘后退出，各参数赋值。再次进入Program编辑器，在RELATIONS~ENDRELATIONS之间输入以下内容：RELATIONSC=0.25；外齿轮顶隙系数C2=0.25；内齿轮顶隙系数DIA=M*Z1；分度圆直径DA1=M*(Z1+2*HA+2*X1)+0.5；外齿轮齿顶圆直径DF1=M*(Z1-2*(HF+C)+2*X1)；外齿轮齿根圆直径DA2=M*(Z1-2*HA2+2*X2)-0.5；内齿轮齿顶圆直径DF2=M*(Z1+2*(HF2+C2)+2*X2)；内齿轮齿根圆直径DB=M*Z1*COS(ALF)；基圆直径S=M*PI/2；分度圆齿厚INVA=TAN(ALF)-ALF*PI/180；分度圆上渐开线展角FAIB=((S+2*X1*M*TAN(ALF)-XT1*M)*2/DIA+2*INVA)/PI*180；外齿轮分度圆齿厚角FAIB2=((S+2*X2*M*TAN(ALF)+XT2*M)*2/DIA+2*INVA)/PI*180；内齿轮分度圆齿厚角ENDRELATIONS存盘退出。2.2齿形绘制利用方程曲线绘制功能可绘制各段齿形曲线，注意坐标类型选圆柱坐标，这里仅将内外齿轮的单侧齿廓线方程给出如下。外齿轮：r=DA2/2+t*(DF2/2-DA2/2)ALFAI=acos(DB/2/r)theta=tan(ALFAI)*180/pi-ALFAI-FAIB2/2z=0内齿轮：r=(DF1/2+RR)+t*(DA1/2-DF1/2)ALFAI=acos(DB/2/r)theta=tan(ALFAI)*180/pi-ALFAI-FAIB/2z=0然后利用镜像生成另一侧齿廓；草绘完成齿顶、齿根段圆弧连线；阵列生成所有齿形；昀后实施参数化。具体步骤从略，利用上述过程获得的内啮合齿轮副图形如图6所示，其相关参数如下：M=4；Z1=46；AA=3；ALF=20；HA=0.76；HF=0.8；HA2=0.76；HF2=0.8；X1=0.2510；XT1=0.6021；X2=0.7896；XT2=0.6021.这里生成的是内外齿轮副，可以进行干涉检查。针对线切割加工，只要将外齿轮部分隐含掉即可。图6内啮合齿轮副3线切割加工齿轮廓线生成后，要将相应文件导入线切割数控系统。针对所用系统接收文件的具体格式应有不同的处理方法。例如：有些数控系统只能接收DXF格式文件，对于CAXA电子图板来说能够直接输出DXF格式文件；而Pro/E则不能。为此，可将Pro/E生成的文件以IGES格式输出，先导入一中间文件，例如MasterCAM，再利用中间文件的DXF输出功能获得DXF，然后再输入线切割机床控制系统。另外要注意的是，由于线切割加工是以毛坯内圆为基准，钼丝自动寻找中心，因而整个齿形与内圆同轴。毛坯加工时内圆与齿圈的安装基准（一般可能为外圆）应有较高的同轴度。4结束语针对一系列插齿加工存在困难的内齿圈齿廓加工问题，给出了线切割解决方案，具体包括齿轮廓线生成方法、相关软件及参数化程序，以及加工时的注意事项。上述工艺均已在实践中获得成功，为特殊内齿轮的单件小批生产提供了有益的参考。责任编校：刘亚兵