一、普通倒锥齿的特点和加工工艺

　　1.普通倒锥齿的数学模型

　　倒锥齿在汽车变速器的应用十分广泛。通常的倒锥齿，利用机械原理中的关系式：Tan(c) = tan (b) * tan (an) 得出，齿侧角度取决于根角b和压力角an。其中c为齿侧角度。

　　由此看出，按倒锥齿原理，设齿宽为l，则：DS=l*tan(c),H=l*tan(b),得出： DS=H*Tan(an)。即，如果需加工出倒锥，使齿厚最小端与最大端相差单边DS齿厚，那么，需要大端与小端齿根深度相差H。加工结果如图1所示

图1

　　2.普通倒锥齿加工工艺

　　对于此种倒锥、锥齿根齿轮的加工，通常有插齿、滚齿、挤齿等方式，我司多采用滚齿工艺，如图2所示，利用数控滚齿机X轴和Z轴联动加工。

　　图2

　　二、平齿根倒锥齿的特点和加工工艺

　　1.平齿根倒锥齿的特点

　　以美国某客户离合器滑套为例，齿侧要求控制斜度，如图3所示。

图3

　　齿根要求平直，如图4所示。

　　图4

　　两种齿轮的外观差别如图5所示，左边为普通倒锥齿轮，右边为平齿根倒锥齿轮。

　　图5

　　2. 平齿根倒锥齿滚齿运动设计

　　结合产品结构特点，即从大端面到小端有齿厚变化，且齿根平直。所以，在进行轴向进给的同时，径向不能进刀。为了实现每个截面不同的齿厚，我们需要在刀具的相应位置对应产品齿厚，因此我们选择了双导程滚刀滚齿工艺。

　　图6

　　如图6所示，计算出给定M值位置的齿槽宽，规划好滚刀进刀位置和出刀位置，并延伸计算出对应的齿槽宽，图6进刀位置齿槽宽为3.63mm，出刀位置齿槽宽为6.32mm。进刀位置到出刀位置的距离，即滚齿机Z轴的行程为29.96mm。根据设备有效窜刀行程，我们初步设计滚刀有效长度为90mm，并把齿轮进刀位置的齿厚复制给滚刀窜刀起始位置，把齿轮出刀位置齿厚复制给滚刀窜刀终止位置，得出如图7的计算式。

　　图7

　　根据刀具设计螺旋升角进行修整，计算式如下，△sn=2*0.0456*△z, △sn=△Y*0.3/π*mn*cos(λ)。其中，△sn为齿厚变化量，△z为行程变化量，△Y为滚刀位移变化量，螺旋升角λ=2.38°，设计滚刀每个齿距的齿厚增量为0.3mm。计算出，当滚刀位移为90mm时，齿轮轴向移距为29.7 mm。

　　3. 平齿根倒锥齿双导程滚刀设计

　　在以上对滚齿运动设计的基础上，双导程滚刀结构基本成形。双导程即滚刀螺旋线展开为齿厚成锥度，最小齿厚3.63mm，最大齿厚6.33mm。中截面齿距为p=π*mn=9.975mm,因为存在锥度，左刀面齿距为9.825mm，右刀面齿距为10.125mm。

　　如图8所示，每个齿距增加0.3mm厚度，则第一个齿距位置厚度为3.93mm，以此类推，9个齿距后达到6.33mm。

　　图8

　　4.滚齿机选用以及程序特点

　　为了实现以上运动，我们选择重庆机床厂的YS3118CNC5，并且只有西门子系统带C轴补偿子程序功能。图9、10所示。

　　图9

　　图10

　　正常的分齿运动是，滚刀(1头刀)转一圈，齿轮转过一个齿，但现在y轴窜刀，造成滚刀位置改变。后来由机床厂的工程师添加了y轴与工作台c轴的关联程序。将y轴窜刀看成齿条与齿轮的啮合， 即y轴窜一个齿距，c轴需转过一个齿(15°)，补偿转动方向如下图 ，同磨齿的加工方式。

　　如果不进行C轴补偿，加工出的齿轮将出现“乱齿”，如图11所示。

图11

　　5.齿廓倾斜偏差fha修正。

　　由于滚刀左右齿面的齿距不同，以齿轮左齿面为例：如图滚刀的右齿面加工齿轮的左齿面，其齿距为10.125。可得左齿面的模数 mn=10.125/π=3.22288，αn=30° 根据基圆相等原理，将模数转换为3.175，可得3.22288*cos(30°)=3.175*cos(αn’) αn’=28.467°<30°，右齿面相反。如图12所示。

图12

　　如果不进行压力角修正，将出现如图13,齿廓倾斜偏差fha一边倒的情形。

　　图13