基於海（hǎi）德漢平台的大型螺（luó）旋錐齒輪（lún）專用機床加工軟件設計（上）
2017-6-15 來源：沈陽工業大學 作者：衣晨
摘要:當代新型螺旋（xuán）錐齒輪加工設備為（wéi）多軸數控機床，同時配有（yǒu）專用的加工軟件。設備配套加工軟件的功能豐富與否、用戶體驗（yàn）的優劣在一定程度上決定了螺旋錐齒輪加（jiā）工設備（bèi）的性能（néng）。因此，針對螺旋錐齒輪設備（bèi）開發配套的加工軟件就顯得尤為重要（yào）。
本文基於以上考慮對 GCMT2500 大型螺旋錐齒輪專用加工設備進行（háng）了配套加工軟（ruǎn）件的設計。在綜合對比國（guó）內外螺旋錐齒（chǐ）輪專用加工機床的基礎上，分析了螺旋錐齒輪及加（jiā）工方法。通過對機床數控係統及機床操作控製等關（guān）鍵技術的深入研究，提出了GCMT2500 螺旋錐齒輪數控機床配套加工軟件（jiàn）的設計要求（qiú）並（bìng）完成了軟件主體設計。
論文研究主要（yào）工作（zuò）內（nèi）容如下：綜合地分析國內外各種螺旋錐齒輪專用機床的發展現狀並對螺旋錐齒輪及相關加（jiā）工理論進行（háng）研究。對（duì） GCMT2500 設備加工產品涉及到的弧齒錐齒輪（lún）、擺線製錐齒輪的加工參數進行了研究。
對軟件設計相關的內容進行了研究。其中主要（yào）研究了設（shè）計軟件開發平台即海德漢i TNC530 數控係統、軟件開發設計語言 Python 、設備控製（zhì）係統的參數優化。
設（shè）計（jì）軟件總體（tǐ）結構，構建設備配套軟件的（de）主體功能，開發出滿（mǎn）足操（cāo）作便捷、交互友好、功能強大（dà）的加工軟（ruǎn）件係統並以界麵的形式表現出（chū）來（lái）。最（zuì）後，對軟件功能（néng）進行實（shí）踐（jiàn）驗證。
關鍵詞（cí）：螺旋錐齒輪，海德（dé）漢數控係統，Python，軟件設計
第 1 章 緒論
1.1 課題的背景與來源
螺旋錐齒輪以（yǐ）其在相交軸傳動中的良好特性廣泛應用於工程實踐中，其加工技術的研究與加工設備的研發受到了國（guó）內外研究學者廣泛的關注[1]。螺旋錐齒輪齒形複雜精密加工困難，參數分析需要（yào）大（dà）量計算，加工調整也要求大量的切削實（shí）驗檢測與分析計算。一直以來，螺旋錐齒輪的加工方法與設備製造技術掌（zhǎng）握在國外少（shǎo）數幾家公司手（shǒu）中（zhōng），相關技術成果不對外公開，長期處於壟斷狀態。近年來，我國研究人員在螺旋錐齒輪理（lǐ）論研究方麵做出了一些突破，吳序堂（táng）教授、鄭昌啟教授、曾韜教授等許多專家學者對有關齒輪齧合原理，螺旋錐齒輪的設計、加（jiā）工方法和齒輪加工工藝、裝備等（děng）進行了係統研究[2,3,4]。在一係列（liè）相（xiàng）關（guān）理論和技術（shù）研究成果基礎上，我國研製（zhì）了一些具有自主知識產權的螺旋錐齒輪專用加工設備，但加工技術和設備精（jīng）度與國際先進水平相比仍（réng）有一定差距，配套加工軟（ruǎn）件更無法滿足市（shì）場上（shàng）的需求，高端錐齒輪設備仍依賴進口。
本課題源（yuán）於 GCMT2500 數控螺旋錐齒輪複合加工機床（chuáng）項（xiàng）目 。研（yán）究（jiū）是為GCMT2500 數控螺（luó）旋（xuán）錐（zhuī）齒輪複合加工機床（chuáng）開發一款適用的具有自主知識產權的專用加工軟件。論文研究工作對 GCMT2500 數控（kòng）螺旋錐齒輪複合（hé）加工機床的係（xì）統功能實現起到重要的支撐作（zuò）用，對（duì）於開發基於 HEIDENHAIN 數（shù）控係統平台（tái）的其他機床專用軟件係統也具有借鑒意義。
1.2 螺旋錐（zhuī）齒輪加工技術與設備國內（nèi）外發展與現狀
目前，國外有（yǒu）多家廠商（shāng）生產錐齒輪加工設（shè）備。最具代表性的生產廠商（shāng）有美國的格裏森(GLEASON)，瑞士的奧利康(OERLIKON)和德國的克林貝格(Klingelnberg)，他們擁（yōng）有全套的螺旋錐齒輪生產技術，技術（shù）方麵各自獨立互不（bú）公開。這就形成了三種錐（zhuī）齒輪齒製和對應齒製的加工設備：格裏（lǐ）森弧齒製奧利康齒（chǐ）製和克林貝格齒製（後兩種可歸為擺線齒製）[5,6,7]。格裏森齒製錐齒輪即弧齒製錐齒輪采用（yòng）端麵銑刀盤（pán）單齒分（fèn）度加工，齒輪一般經初步加工後（hòu）熱處理最後采用專用的磨齒機進行精加工。奧力康齒製采用端麵銑刀盤的滾切法加工，輪齒的齒線變異近似於延伸外擺線，工件熱處理後需要使用專用的研齒機研齒以提（tí）高齒輪的齒麵質量提升齒（chǐ）輪精度[8]。最後是德國的Klingelnberg 製齒輪即擺線製齒輪，采用與（yǔ）奧力（lì）康（kāng）相同的區分內（nèi）外刀的分體式刀盤加工。擺線齒輪經熱處（chù）理後（hòu）通常需要（yào）利用高強度刀片通過銑削來消除齒輪變形誤差以提高加工精度。這幾家公司的加工方式都可以獲得（dé） 6 級以上精度的高精度螺旋錐齒輪（lún）。
從 20 世紀初期開始，格裏森（sēn）逐漸成為螺旋錐齒輪專用機床的全球主要供應商[9]。從 1913 年生產第一台格裏森製螺旋錐齒輪加工機床問世開始（shǐ），到1954 年的 NO.116型機床研製成功，格裏森（sēn）公司無疑成為了螺旋錐齒輪加工設備曆史上的奠基人。在（zài）車用（yòng）準雙曲麵齒輪副（fù）小輪加工（gōng）機床市場上格裏森占（zhàn）據（jù）著主要的份額。自 1989 年起格裏森（sēn）開始了鳳凰（huáng） I 型係（xì）列數控機床的（de）設計生產，如圖（tú） 1.1 所示。
這是一次具有劃時代意義的突（tū）破[10]。鳳凰 I 型係列機床實現了螺（luó）旋錐齒輪（lún）的加工的數控化，很大程度（dù）提高了設備加工（gōng）精度與生產效率。另外，鳳凰 I 可以進行（háng）兩種加工齒製（zhì）的切換：弧齒與奧力康擺線齒製，被稱作“萬能”設備。近（jìn）些年，格裏森公司又研製成功了機床結構（gòu）具有突破進展的鳳凰 I 型錐（zhuī）齒輪數控機床（如（rú）圖 .2），可以進行無切削液的幹式切削加工，減少了工作環境的汙染。同（tóng）時，格裏森開發出了（le） Gleason 專家製造係統解決方案 (GEMs)，基本實現螺旋錐齒輪參數設計、加工、TCA 分析、檢測（cè）等重要功能（néng）[11]。
圖 1.1 Phoenix I 型數控銑齒機
圖 1.2 Phoenix II 型數控銑齒機
目前，格裏森公司生產的螺旋錐（zhuī）齒輪設備主要是指齒輪直（zhí）徑在 1000mm 以下的螺旋錐齒輪機床。其代表為鳳凰 1000HC 如圖 1.3。大尺寸磨齒機代表為鳳凰 800G 如圖（tú）1.4 所示，最大加工直徑為 800mm。而在大尺寸齒輪方麵 NO.675 可加工直徑在2540mm 的大型（xíng）弧齒（chǐ）螺旋錐齒輪。
圖 1.3 鳳凰 1000H
1.4
圖 1.4 鳳凰 800G
瑞士奧利康(Oerhkon)第（dì）一個將可編程控製器控製技術應用（yòng）於錐齒輪機床研發中，開啟了錐齒（chǐ）輪加工數控化應用的新階段（duàn）。隨後奧利康公司（sī）又研製出了多（duō）軸數控錐齒輪設備 C28，齒輪加工精度（dù）提高至 6 級（jí）。德國的 Klingelnberg 公（gōng）司的發展與興起時間與格裏森相仿，但（dàn）其生產的齒輪為區別於（yú）格裏森弧齒製的齒線為擺線（xiàn）的錐齒輪。克林貝格公司開發的螺旋錐齒輪設備（bèi）不同於格裏森（sēn）機床需要配備較多規格（gé）的刀盤，參數設計與設（shè）備調整簡單，相應齒製的齒輪具有很高的強度，這些特（tè）性使克林貝格公司（sī）很快（kuài）形成自己的市場並迅速發展。1960 年，克林貝爾公司開發出了分體式（shì）銑刀盤推出了重（chóng）要的 AMK 係列螺旋錐齒輪專用機床。在該係（xì）列機床上，齒輪無須裝卸可以進行完（wán）整的加工過程，即齒麵的切削粗加工齒麵刮削的精（jīng）加工。但相比於格裏森（sēn）的加工效率，AKM 係列機床加工效率低下，不（bú）適合工件的大批量生產。在 20 世紀初期克林貝格公司（sī）收購了奧力康公司的錐齒輪（lún）部門（mén）開發了一係（xì）列奧力康製螺（luó）旋錐齒輪加工機床，即著名的 C 係列，在此基（jī）礎上克林貝（bèi）格公司又開發了自己的擺線（xiàn）齒機床[12]。隨後，又開發出配備可在設備顯示 TCA 分析的專家製造係統，該係統在（zài）加工（gōng）方麵稍遜於格裏森的專（zhuān）家（jiā）係統，但其在（zài）線精度（dù）檢測方麵擁很大的優勢有（yǒu）很高的市（shì）場占有率。大尺寸（cùn）螺旋錐齒輪方，
Klingelnberg 公司的 AMK1650（如圖 1.5）可加工（gōng）直徑可達 2540mm 螺旋錐齒輪，此設備作為軍用儲備限製對外出口隻接受加工訂單且大尺（chǐ）寸齒（chǐ）輪訂單受到了限製，一般的交貨周期在（zài） 14-16 個月且價格昂貴（guì）[13]。
圖（tú） 1.5 AMK1650
由於國外的技術封鎖（suǒ）加上缺乏相關知識的係統認識，中國（guó）在螺旋錐齒（chǐ）輪相關方（fāng）麵的（de）研究進展緩慢。我國曾組織巨（jù）大的（de）人力物力對（duì）螺旋錐齒輪設計加工理論進行了多年的探索，隨著理論成果的取得，技術的（de）發展，國內研究人員也取得了一（yī）定的成果。
1972 年國家（jiā）機械部把“格裏森成套技術的研究”納入重點科研（yán）計劃，組織很多高校、科研單位和個人進行（háng）攻（gōng）關。1990 年，秦川機床廠與（yǔ）國（guó）內高校合作研製出（chū）了第一台數控螺旋錐齒輪樣機 YH2240[14]。天津第一機床廠成功研（yán）製了 Y2250A、Y2080I 等型號的機（jī）械（xiè）式錐齒輪設備[15]。中南大學曾韜（tāo）教授自 20 世紀末（mò）開始從事（shì）螺旋錐齒輪專用設備的研究，1999 年成功研製了 YK2212 數控螺旋錐齒輪專（zhuān）用加工機床。2001 研製出YK2245 數控（kòng）螺旋錐齒輪加工設備。2006 年研製成（chéng）功 YK221OO 螺旋錐齒輪專用加工機（jī）床（如圖 1.6 所示），最大加工（gōng）尺寸達到 1100mm。YK22100 是國內大尺寸螺旋錐齒輪加工設備（bèi）的一次突破，為我國大尺寸錐（zhuī）齒輪設（shè）備研發指明了方向。2010 年湖南（nán）中大創遠公司世界（jiè）最大（dà）規格全（quán）數控螺旋錐齒輪磨齒機（jī） YK20160（如圖 1.7）成功交付（fù），機床磨削（xuē）精度（dù）達（dá）到 GB5 級精度，齒麵粗糙度 ?Ra 0.8[16]。
圖 1.6 YK221100 數控銑齒機床
圖 1.7 YK20160 全數（shù）字數控磨齒機
2013 年沈陽工業大學大學（xué）與（yǔ）石家莊正奇精密重型齒輪設備（bèi）有限公（gōng）司合（hé）作研製（zhì）GCMT2500 數控螺旋錐齒輪複合加工機床（如圖 1.8），該機床（GCMT2500）采用海德漢 i TNC530 全數字數控係（xì）統，采用新型的機床結構，具有複合加工能力，可以完成圓弧齒錐齒輪和擺線齒錐齒輪兩種（zhǒng）螺旋錐齒輪的銑齒加工，並（bìng）且可（kě）以進行齒坯的車削（xuē）加工，GCMT2500 的研製成功填補了國內 2500mm 以上尺寸大型螺旋錐齒（chǐ）輪（lún）加工設備的空白。
圖 1.8 GCMT2500 螺（luó）旋錐（zhuī）齒輪數控（kòng）機床
1.3 課題研究主要內容
本文研究的主要內（nèi）容：研究螺旋錐齒輪加工過程涉及的重要參數和加工（gōng）方法；研究 i TNC530 數控係統的特點（diǎn）以及後期軟（ruǎn）件（jiàn）開發所使用的 python 語（yǔ）言的特點以及i TNC530 數控係統參數優化功能的說明；文章的核（hé）心內容為加工軟件的（de）設計，其中包括：軟件總體構建及各模塊的設計並（bìng）附上加工檢測實例以檢（jiǎn）測軟件（jiàn）的主體功能。總結（jié）了（le）本文的研究工作，並提出了進一（yī）步研究工作內容。
第 2 章 螺旋錐齒輪及加工參（cān）數研究
2.1 螺（luó）旋錐齒輪概述
錐齒輪副常用於傳（chuán）遞相交軸之間回轉運動的機械結構。錐齒輪（lún）按輪齒與中心軸線的關係分為直齒錐齒輪、斜齒錐齒輪、弧齒錐齒輪等（děng）三（sān）種（zhǒng）常（cháng）見類型[17]。由於弧齒錐齒輪具有傳動功率（lǜ）大、回轉穩定、轉動噪音小的（de）特點，因為被廣泛應用於航空、航海、采（cǎi）礦機械等重要機械領域。
2.1.1 螺（luó）旋錐齒輪的種（zhǒng）類
（1）按齒輪軸線位置分類
1）兩（liǎng）齒輪（lún）軸線垂（chuí）直相交軸線夾角成 90?的錐齒輪，通常指圓弧製螺旋錐齒輪和擺線製螺旋錐齒輪錐（zhuī）齒輪。這種齒輪的使用比較常（cháng）見，齒輪軸線垂（chuí）直相交（jiāo）的錐齒輪齧合（hé）過程中在齒輪徑向方向上（shàng）沒有（yǒu）相對滑移，齒麵硬度要求相對較低加工方便。
2）兩齒輪軸線相交但不成直角的錐齒輪。該種齒輪副軸線間（jiān）可根據使用條件確定軸線相（xiàng）交角度，但這種齒（chǐ）輪軸線關係的齒輪副在傳動中使用較少。
3）兩齒輪軸線存在一定偏移（yí）距離錐齒輪。這（zhè）種傳動結構齒輪軸線空間（jiān）上垂直相交小輪軸線一（yī）般位於大齒輪軸線的下部或上部。它們之間存在一個偏移距離 E，這個偏移量Ｅ叫（jiào）做齒輪副的“偏置距”。偏置距可以使小齒輪（lún）具有比較（jiào）大的螺旋角（jiǎo），增大（dà）螺旋角的（de）同時增（zēng）大了小輪的端（duān）麵模數，從而（ér）提高（gāo）了齒輪副小齒輪的強度和壽命。這種齒輪在傳動過程中沿齒輪軸向和徑向兩個方向都會發生相對滑移。具有偏置距的齒輪副通常稱為“準雙曲麵齒輪”，這類（lèi）齒輪主要用於汽車（chē）的後橋部分。
（2）按齒麵節線分類
1）弧齒錐（zhuī）齒輪
弧齒錐齒輪使用廣泛可用於多種場合，通常利用圓（yuán）形端麵銑刀盤切削加工而成。圓弧齒是（shì）指工件齒麵節線作為圓弧（hú）的一（yī）部分，工件的齒形與假想平麵（miàn）齒輪共軛。為（wéi）了增大重疊係數，齒輪的螺旋角一般用 35?。與此同時圓弧齒的齒麵幾何特（tè）性也提高了磨齒機磨齒效率。
2）擺線齒錐齒輪
齒輪的齒麵節線可以視作延伸（shēn）外擺線的一部分，可以（yǐ）理解為擺線齒錐齒輪所處的設想齒輪齒麵節線直接視為該（gāi）擺形曲線部分截取。這種輪齒的（de）加工一般是用裝（zhuāng）有（yǒu）區分（fèn）內外刀具有一定刀片組數（shù）的端銑刀盤切（qiē）製。
2.1.2 螺旋錐齒輪加工方法
螺旋錐齒輪有三種齒製及不同的加（jiā）工方（fāng）法。格裏森齒製（Gleason），縱向齒形為圓弧形收縮齒，用展成法（如圖 2.1 所示）、成形法單分度加工。展（zhǎn）成法刀具刀（dāo）刃部分通（tōng）過一定（dìng）規律的運動形勢形成包絡線齒形，加工的過程與齒輪齧合過程類（lèi）似。成型法單分度加工采用與齒形相同的刀具切削，完（wán）成齒（chǐ）輪的一個齒後轉動一定的分度進行下一個輪齒的加工，最後一個輪齒加工完成即完成齒輪全部加工。
圖 2.1 展成法
奧林康（Oerlikon）製，沿齒（chǐ）麵齒形為延伸的外擺線，一般使用展（zhǎn）成法或非展成法（fǎ）端麵連（lián）續分（fèn）度（dù）加工如圖 2.2（連續加工最後一刀完成齒輪的最（zuì）後加工）。克林根貝格（gé）（Klingelnberg）製，縱向齒形為準漸開線等高齒，用錐形滾切連續滾切分度加工，但（dàn）此方（fāng）法加（jiā）工速率慢不適於大批量齒輪的加工[18,19,20]。克林貝格公司在收購奧力康公司後開發並采用了與奧力康製類似的加工方法。本文重點對格裏森齒製弧（hú）齒錐齒輪與克林貝格擺線齒錐齒輪進行討論（lùn）研究。
圖 2.2 連續分度加工
2.2 螺旋錐齒輪幾何參數
2.2.1 弧齒錐齒輪
弧（hú）齒錐齒輪主要以美國格裏森公司為代表。格裏森擁有全套成熟的弧齒（chǐ）錐齒輪設計、製造（zào）、檢測技術（shù），從而確定了其在弧齒錐齒輪行（háng）業（yè）的壟斷位置。近（jìn）年汽車行業（yè）與航空領域的（de）快速發展為弧齒製錐齒輪（lún）提供了更廣闊的（de）市場。弧齒（chǐ）錐齒輪是利（lì）用圓形端麵銑刀盤切削加（jiā）工而成，與直齒錐齒輪相比（bǐ），弧齒錐齒（chǐ）輪副在傳動時同時齧合的齒數對多於傳統（tǒng）的直齒錐齒輪。因此，傳動（dòng）更平穩，傳動噪聲分（fèn）貝低，承載力強[21]。弧齒錐齒輪副已經被應用到各種高速重載要求的傳動場合中，尤其是飛行器、汽車、重型機械和各類精密傳動設備等設備所使用（yòng）的齒輪箱的內（nèi）部（bù）重要部件已逐漸被弧齒錐齒輪替代。
如圖（tú） 2.3 為弧齒（chǐ）錐齒（chǐ）輪副，它與普通（tōng）的直齒錐齒輪副相比，弧齒錐齒輪可以視做直齒（chǐ）錐齒輪切成無數薄片後經扭轉與（yǔ）母線傾斜（xié）而形成（chéng）的。
圖 2.3 弧齒錐（zhuī）齒（chǐ）輪副
弧齒錐齒（chǐ）輪的輪線與（yǔ）節錐母線所成角度稱為（wéi）錐齒輪（lún）齒輪的螺旋角，螺（luó）旋角的計算與標準常以齒輪節線為基準。弧齒錐齒輪中把節線中點的螺旋角稱為弧齒錐齒（chǐ）輪的名義螺旋角，常用 ? 符（fú）號（hào）。弧齒錐齒輪副齧合時，除了要求壓力角相等外，還要具有相同的螺旋角[22]。
齒輪節線上的螺旋角在數學推導計算得出的數值與在齒線上實際測得的數值是（shì）完全相等的。因而，可以（yǐ）以齒線為基礎建立幾何計算模型得出節線上不同位置螺旋角的大小。格裏森製的弧（hú）齒錐齒輪就（jiù）是（shì）利用這一發現設（shè）計出錐齒輪（lún）加工用端麵銑刀盤，如圖 2.4 為端麵銑刀盤。
圖 2.4 端（duān）麵銑刀盤
銑刀盤因為刀具形狀的原因其切削麵為兩個圓錐麵。用平麵產形輪加工弧齒錐齒輪，其齒線可以看做圓弧的一部分。圖 2.5 給出了弧齒錐齒輪的齒線作圖過程（chéng）。由此可以求（qiú）出齒輪節線上任意位置的螺旋角。
圖 2.5 弧齒齒輪齒線
設圖中點 P 為齒線的中點，改（gǎi）點的錐距為 R，螺旋角為（wéi） β，齒線所在圓的半徑為0r 。在圖中的ΔOOO P 由餘弦定理可知：
最後，對弧齒錐齒輪副當量齒輪進行推導。根據直齒（chǐ）錐（zhuī）齒輪當量齒輪與斜齒輪當量齒輪的計算（suàn）過程，可以推導出弧齒錐齒輪副在法向齒（chǐ）麵內的（de）齧合（hé）也可以用當量齒輪來近似（sì），它們等效的圓柱齒輪副節圓半徑與齒數分別為
這樣在弧齒錐齒輪副齧合的一般性研究中使用當量齒輪對弧齒錐齒（chǐ）輪的計算和理解（jiě）方便而有效。
關於弧齒（chǐ）錐齒輪常用參數名稱如表 2.1 所示。
表 2.1 弧齒錐齒輪（lún）參數
弧齒螺旋錐齒輪主要基本（běn）參數包括，齒數、模數（shù）、旋向、軸交角、壓力角、螺旋角等[23]。部分參數說明如下:
1）弧齒錐齒（chǐ）輪副的軸交（jiāo）角 ? 和傳動比 i ，兩者依據齒輪副的實際（jì）傳動（dòng）要（yào）求（qiú）來選定。2）根據需求功率或傳動（dòng）負載情況來選定齒輪副小輪外端的節圓（yuán）直（zhí）徑d 1和小輪齒數z1 ，z1 數值不得（dé）少於 5。
3）弧齒錐齒輪的（de）外（wài）端模（mó）數 m 可以直接按計算公式（2.8）來確定，且（qiě）沒有具體的圓整要求。模數公式：
5）依據大輪和（hé）小輪的旋轉方向（xiàng）要求（qiú）來確定旋向。實際旋向的確定（dìng）是根據轉動要求來（lái）設定，螺旋錐（zhuī）齒輪齒輪（lún）副中隻有兩個齒（chǐ）輪具（jù）有不同的旋向的前提下齒輪才可以正常才能齧合。
6）一般情況下要求齒輪副傳（chuán）動時有足（zú）夠的齒麵（miàn）接觸比Fm ，這時弧齒錐齒輪副須合理選用（yòng）螺旋角。 齒麵（miàn）接觸比（bǐ）公式為（wéi）：
7）弧齒錐齒輪（lún）副在節線（xiàn）某點齧合時，齧合點（diǎn）的法向矢量與節平麵所成角度 ? 為齒輪的壓力角。壓力角（jiǎo）有16?、 20?、 22.5?等數種標（biāo）準，但通常工程人員認為 20?更合（hé）適。壓力（lì）角（jiǎo）過小會（huì）降（jiàng）低齒輪強度，且齒輪易產（chǎn）生跟切（qiē）現象；壓（yā）力角過大則會使輪（lún）齒（chǐ）的（de）齒頂發生形狀變化，降低（dī）齧合時的重疊係數。
其他幾何參數與弧齒錐齒輪的輪坯修正參數可由程序和公式進行計算而求得，但（dàn）此部分工作在本文中不做具體討論。
2.2.2 擺線（xiàn）齒錐齒輪（lún）
擺線製齒輪通（tōng）常分為奧利康製（Oerlikon）和（hé）克林貝格製（Klinglnger）兩（liǎng）種（zhǒng），本（běn）文提及的（de）擺線齒製是指克林貝格製擺線齒製。
擺線錐齒輪因為其（qí）齒形特點加工刀具（jù）的（de）各項參數（shù）易於標準化，無須過（guò）多的刀盤調整（zhěng）過程。通常在一台設備上就可以完成大部分的加工任務。加工刀盤規格和數量較少的擺線齒輪（lún）（圖 2.6）采用區分內外刀（dāo）的分體式（shì）刀盤（結構如圖 2.7）采用連續分度加工，齒輪齒形由刀盤的（de）內外刀（dāo）確定。擺線製齒輪（lún）模數少直徑（jìng）大負（fù）載能力極強多用於大型工程機械領域，如礦山、港口、重型工程車輛等方麵（miàn）[24]。
圖 2.6 擺線齒輪圖
2.7 克林（lín）貝格分體式刀（dāo）盤
在實際計算中通常使用擺（bǎi）線齒的當量齒廓來（lái）進行基本參數的計算，圖 2.8 為其推導過程。
圖 2.8 擺線齒當（dāng）量齒推導
如圖 2.8a 中，設齒（chǐ）數 z ，分度圓錐角? ， M 位置分度圓半徑mr 。做輔助（zhù）圖形，以 C 為中做球麵，最後可以（yǐ）得到（dào）一個（gè）扇形（xíng）麵，設齒麵為齒輪麵，在（zài）圖 2.8b 中，可以近似求得（dé）扇形麵的分度圓半徑：
做分度圓，半徑為VR ，以扇形麵的參數為基準做支持圓柱齒輪，該齒輪（lún）則為擺線齒錐（zhuī）齒輪（lún）的當量齒輪，結合(2.13)、(2.14)式設當量（liàng）齒數為vnz ，壓力角 20n? ? 齒頂高係數*1ah ? 、頂隙係數 c*
?0.25 ，因為：
則可求得當量（liàng）齒數:
（1）擺（bǎi）線齒輪參（cān）數確定
圖 2.9 表示擺（bǎi）線（xiàn）齒的基（jī）本參數，其他相關參數都是由此推導或查閱資料（liào）得出。
圖 2.9 擺（bǎi）線（xiàn）齒基本參數
研究主要設計的（de）擺線齒輪常用參（cān）數如表 2.2 所示
表 2.2 擺線製齒輪主要參數
主要（yào）的（de）基本參數如（rú）：齒數、軸交角、分（fèn）度圓直徑、齒麵寬、偏置（zhì）距、齒數比等。相關參數計算（suàn）及說明（míng）如下：
1）齒數一般（bān）由設計人員根據實際使用來確定。齒數通常應大於 8，有變速（sù）要求的要求齒數（shù）最大不（bú）可超過 120，齒（chǐ）數比（bǐ）在 1 至（zhì） 15 左右。
2）軸交（jiāo）角 ? 應時刻滿足等於大小齒輪的節錐角的（de）代數和。當軸交角為直角時：
3）齒寬 b 的（de）選擇通常要根據實際的（de）應用場合，可以通過查表獲得所需（xū）工況的齒寬 b。
4）法向模（mó）數nm 指擺線齒輪齒寬中點位置所在垂直於切線的平麵的法向模數。通常，要（yào）獲得良好的工（gōng）作狀態齒寬與模數比要維持在一定範圍內（nèi），
5）螺旋角m? 擺（bǎi）線齒輪螺旋角一般是指齒寬中點出的螺旋角。螺（luó）旋角大小可以為任何值，不（bú）過考慮到傳動性能通（tōng）常選擇30 ~ 45? ?，常用的計算公式為：
以上為擺線製齒輪（lún）設計及（jí）加工（gōng）重要的參數，其他相關參數由以上參數（shù）經公式計算（suàn）或查表得出。
2.3 刀具參（cān）數
刀具作為螺（luó）旋錐齒輪加工過程中的重（chóng）要因（yīn）素直接影響著齒輪的加工精（jīng）度與表麵質量[25]。在以往的加工過程中刀具（jù）參數在通常（cháng）情況下可由計算卡片求得，而在現代（dài）的專用設備中（zhōng）刀具參數由計算模塊得出。
刀具的主要參數：刀盤齒形角 a 、刀盤（pán）半（bàn）徑? 、刀頂距 w 。計（jì）算參數一般須（xū）計（jì）算後進行圓整選擇。刀具材料則需要根據切削材料通過查閱（yuè）手（shǒu）冊確定。
2.4 螺（luó）旋錐齒輪切齒機床模型與機床調整參數
如圖 2.10 所示為螺旋錐齒輪傳統加工設備的簡化模型。搖台所代表的假想齒輪，稱為產形輪。產形輪軸線與刀（dāo）尖假想平麵的交（jiāo）點，稱為機床中心。刀盤軸線與（yǔ）和刀尖假想平麵的交點，稱為刀（dāo）盤中（zhōng）心（xīn）。過機床中心並與搖台軸線垂直的平麵，稱為機（jī）床平麵。若機床平麵剛好與刀尖平麵重合（hé），機床平麵（miàn）是（shì）平麵產形（xíng）輪的麵錐。機床（chuáng）中心與刀盤中心之間的距離，稱為徑向刀位（wèi）。機床中心與刀盤中心的連線與水平軸線之（zhī）間的夾角，稱為角向刀位。大輪或小輪軸線與機床平麵的夾（jiá）角，稱為輪坯（pī）安裝角。大輪或小輪軸線（xiàn）與產形輪軸線的偏置距，稱為垂直（zhí）輪位。大輪或小輪設（shè）計時的交叉點與切齒交叉點之間的距離，稱（chēng）為（wéi）軸向輪位修正值。切齒交叉點到機床平麵的距離，稱為床位。產形輪與大輪或小輪的傳動比，稱（chēng）為機床滾比[26][27]。
機床調整參數包括：刀盤相對於（yú）產形輪的位置（刀位）、大輪相對於（yú）產形輪的位置（輪位）和產形輪與大輪之間（jiān）的傳動比（滾比）。
1—刀具箱，2—搖台，3—偏心鼓輪，4—刀轉體，5—刀傾體，6—工件箱，7—偏置距滑（huá）台8—滑動底座（zuò） 圖 2.10 螺旋錐（zhuī）齒輪切齒機模型
為方便說明下（xià）麵以傳（chuán）統錐（zhuī）齒輪設備（bèi）展成法（fǎ）加（jiā）工（gōng）準雙（shuāng）曲麵大輪為例說明螺旋錐齒輪加工（gōng）過程（chéng）中機床調整參數的確（què）定。
在圖 2.10 中從機床自頂部向下看，可以（yǐ）得到圖 2.11 中的 a 俯視圖。從機床正前部看，可以（yǐ）得到圖 2.11 中的 b 主視圖。
機床中心O 、刀盤中心Oc、徑向（xiàng）刀位2S 、角向刀位（wèi）2q 、輪坯安裝角M2? 、垂直輪位02E 、軸（zhóu）向輪位fZ 修正值2X 、床位 B2X
圖 2.11 機床調整參數用（yòng）計算
如（rú）圖 2.12 所示為 GCMT2500 機床結構。GCMT2500 以傳統錐齒（chǐ）輪設備設計為基礎在結構（gòu）上進行了改進。以調整 A 軸上刀盤實際運（yùn）動（dòng）的位移、角度進行切削的加工方（fāng）式代替了傳統錐齒輪設（shè）備直接調整工件空間位（wèi）置的加工方式。工件可直接置於 C 軸的工作台（tái）上以確定的轉速配合其他聯動軸進行銑削加（jiā）工，這項改進極大的方便了（le）齒輪毛坯件特別是大尺寸毛坯件的上下料和調整工作，提高了加工效率降（jiàng）低了立式加工對設備（bèi）的要求。而對於上述機床調整參數的說明示（shì）例，通（tōng）過采用不同的方法加工和計算公式可以（yǐ）實現不同齒製（zhì）的（de）不同加工方法的機床調整參數的確（què）定，以這些（xiē）參數為基礎通過（guò）特（tè）定的轉換（huàn），最後得到的數據都可以用來確定 GCMT2500 設備加工齒輪（lún）的機床調整參數（shù）。
圖 2.12 GCMT2500 機床結（jié）構
2.5 加工工藝參數
加工工藝參數通常指（zhǐ）在齒（chǐ）輪加工過程中機床設定的工藝參數。如主（zhǔ）軸轉速 S ，切削進給量 f ，切（qiē）削跨齒數 N ，安（ān）全餘量 P ，潤滑方式等因素。 工藝參數的選定都有嚴格的標準。其中，主軸轉速 S 選擇的主要影響（xiǎng）因素有：加工材料的（de）種類（lèi），材（cái）料熱處理的狀態，刀具材料性質等（děng）。切削進給量 f 則需參考（kǎo）刀具進行切削加（jiā）工時的線速（sù）度查閱（yuè）切削（xuē）手冊給定具體數值。切削（xuē）跨（kuà）齒（chǐ）數 N 目的為減少連續加工方式產生的齒間積累誤差（chà），通常根據加工錐齒輪齒數（shù）確定（dìng），以不能為齒數整除的奇數為標準。安全餘量 P 保證（zhèng）切削安（ān）全設定（dìng）的安全（quán）距離（lí）。潤滑方式，GCMT2500 切削潤滑方式分為氣潤滑、油氣潤（rùn）滑、幹切等幾種潤滑方式，可根據加工條（tiáo）件自行選擇潤滑方式。
2.6 本章小結
本（běn）章主（zhǔ）要介紹了螺旋錐齒輪加工的重要參數研究（jiū），對研究主要涉及的弧齒製錐齒輪（lún）與擺線齒錐（zhuī）齒輪（lún）的相關幾（jǐ）何原理與輪坯設計過程中的主（zhǔ）要參（cān）數、公式進行了相關推導和計算。對加工（gōng）過程（chéng）中的機床調整參數和工藝參數進行了說明軟件參數（shù）設計部分提供了數據支持。
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