汽车同步器齿套滑块槽复轨迹加工法.pdf

汽车同步器齿套滑块槽复轨迹加工法，根据摆线轨迹形成原理，在同步器齿套轴线方向投影面上选择适当的基圆与工件固联，选择适当的发生圆与刀轴固联，切削时工件以速度n1绕O旋转，刀具以速度n2绕O’旋转，n1与n2呈比例关系，使刀尖与工件产生相对运动，从而形成滑块槽径向切削轨迹。本发明采用多轴数字控制技术，使刀具切削点相对工件按摆线轨迹和滑块槽齿向截面轮廓线的复合轨迹法运动，实现用普通不重磨刀具完成滑块槽的加工，不仅保持了摆线轨迹切削的高效率优点，而且极大地降低了刀具置备成本。实践证明此项技术已达国际领先水平。

1.  汽车同步器齿套滑块槽复轨迹加工法，其特征是在同步器齿套端面上做摆线的基圆，在刀具端面上做摆线的发生圆，工件以速度n₁绕O旋转，刀具以速度n₂绕O’旋转，n₁与n₂呈比例关系，刀尖切削点P随同刀轴旋转，定义P点到发生圆回转中心O’的距离为e，P点的运动轨迹为：

其中，R和r分别为基圆和发生圆半径，α为发生圆瞬时位置角，θ为发生圆自转角，刀尖切削点相对于工件按摆线轨迹运动，在齿向方向上采用两个伺服电机控制刀具切削实现截面轮廓轨迹插补。

汽车同步器齿套滑块槽复轨迹加工法
                              技术领域
本发明涉及到汽车同步器齿套加工技术。
                              背景技术
目前国内普遍采用成型铣刀分度铣削的方法加工汽车同步器齿套的滑块槽。利用与滑块槽齿向截面形状相同的铣刀先铣出一个槽，再依次分度120°铣出另两个槽。这种间歇分度铣削加工的方法决定了其生产效率低，加工精度和表面质量差，而且成型铣刀的置备成本高。国外有些厂商采用工件和刀具按一定的转速比、控制刀具相对工件按照摆线轨迹运动的方法对汽车同步器的齿套滑块槽进行加工，此举提高了生产效率，但仍没有克服成型铣刀的置备难和成本高的缺点。中国已经成为生产汽车品牌最多的国家，全世界几乎所有知名品牌的汽车都在中国落户。就同步器齿套加工而言，国内现有加工工艺水平显然满足不了市场需求，而引进国外技术，仅对单一产品的一台设备就需要数百万元人民币，不可能大面积引进，况且现有国外技术也有不尽人意之处。即仍然解决不了加工一种形状的齿套就需要提供一组专用成型铣刀的问题。制作成型铣刀不仅价格昂贵，而且加工繁琐。因此如果能采用普通不重磨刀具完成滑块槽的加工，对此类技术难度较大的机加工将非常有意义。在此技术背景下，本发明采用多轴控制技术，使刀具切削点相对工件按摆线轨迹和滑块槽齿向截面轮廓线的复合轨迹法运动，实现用普通不重磨刀具完成滑块槽的加工，不仅保持了摆线轨迹切削的高效率优点，而且极大地降低了刀具置备成本。实践证明此项技术已达国际领先水平。
                              发明内容
本发明的目的是提供一种多轴复合运动的方法，使刀具切削点相对工件按摆线轨迹和滑块槽齿向截面轮廓线的复合轨迹法运动，克服同步器齿套加工需要专用成型铣刀的缺点。
以下结合附图1～6对本发明做进一步的说明。如图1，汽车同步器齿套滑块槽复轨迹加工法根据摆线轨迹形成原理，在同步器齿套端面上做摆线的基圆，在刀具端面上做摆线的发生圆，工件以速度n₁绕O旋转，刀具以速度n₂绕O’旋转，n₁与n₂呈比例关系，刀尖切削点P随同刀轴旋转，定义P点到发生圆回转中心O’的距离为e。合理调整R、r、n₁、n₂，及e，使刀尖与工件产生相对运动，运动轨迹与图2所示的摆线轨迹相仿，从而形成滑块槽径向切削轨迹。P点的运动轨迹为：

其中，R和r分别为基圆和发生圆半径；α为发生圆瞬时位置角；θ为发生圆自转角。刀尖切削点相对于工件按摆线轨迹运动，每种同步器齿套的齿向截面轮廓不尽相同，因此在齿向方向上采用两个伺服电机控制刀具沿截面轮廓切削，实现截面轮廓轨迹插补。图3给出的是由四段直线和三段圆弧构成的截面轮廓，对于其它形状的截面轮廓，方法不变。注意到摆线的特殊性质，一方面它可以用两个旋转运动实现连续轨迹，所需运动个数较少，另一方面通过改变参数还可以获得不同的轨迹。如果能使刀尖点相对于内齿套走出摆线轨迹，同时控制刀具沿着滑块槽齿向方向的廓线做进给运动，即可形成完整的加工过程。
                              附图说明
附图1为参数定义图。
附图2为径向切削轨迹。
附图3为齿向切削轨迹。
附图4为内摆线参数。
附图5为摆线轨迹加工滑块槽。
附图6为齿向截面轮廓切削。
本发明的有益效果在于：采用多轴联动的方式，使刀具切削点相对工件按摆线轨迹和滑块槽齿向截面轮廓线的复合轨迹法运动，实现用普通不重磨刀具完成滑块槽的加工，不仅保持了摆线轨迹切削的高效率优点，而且极大地降低了刀具置备成本。
                              具体实施方式
以下通过实施例对本发明做详尽的说明。摆线有内、外摆线之分，本发明涉及的是内摆线。如图4所示，摆线基圆半径为R，发生圆半径为r。发生圆由水平位置I开始沿基圆做纯滚动，N点为纯滚动点。当发生圆滚动到位置II(位置I与位置II的夹角为α)时，发生圆的自转角为θ。若将发生圆视为盘状刚体上的一个圆，轨迹生成点P位于x轴上，且固联在刚体上，通过调整摆线的基圆半径R、发生圆半径r及刚体上P点到发生圆中心的距离e，即可以获得不同的轨迹。摆线的这个性质恰好可以用于各种特殊形状表面的加工。
当R＝3r，前面(1)式变为：

此时摆线呈现三个顶端状，如图2所示，与同步器齿套圆周上均布的三个滑块槽相吻合。
欲加工图5所示的圆周均匀分布的三个滑块槽，先加工水平位置的槽，再依次加工另外两个槽。要求刀尖点所形成的摆线轨迹通过滑块槽底面圆弧与x轴的交点M。设滑块槽底面圆弧半径为R_arc，M点到齿套设计中心O的距离为D，则M点到发生圆圆心的距离即为图1中P点到发生圆圆心的距离e。当R＝3r，r＝(D-e)/2，(1)式的摆线方程变为：

式中，D是被加工零件图给定的尺寸，因此只要合理地选择e值，就可以调整摆线的轨迹，进而逼近圆弧。对于给定参数的齿套内花键，合理地确定e值，总可使摆线逼近滑块槽底面圆弧的误差为最小，最终达到图纸要求。
刀具与工件按摆线轨迹相对运动，只完成了经向切削。在齿向方向上，滑块槽还有不同的截面轮廓，这些轮廓多以直线和圆弧组合的形式出现，可以通过控制刀具在与齿套做摆线运动的同时沿着滑块槽齿向方向的轮廓运动。如图6所示，设刀具沿Z轴方向地进给量为δZ，可求得轮廓线上若干节点，过每个节点可以作一个横截面，在每个横截面上作一条与节点相对应的摆线，这一系列摆线扫顶端掠过的空间即为欲加工表面。利用四轴联动运动控制技术，控制刀具相对于工件按照图3所示的轨迹进给，逐段走出所有摆线，即可完成滑块槽表面加工。
选择某轿车的一、二档换档同步器齿套为加工的具体实施例，零件的具体参数如表1所列，所选工艺系统参数如表2所列。与现行成型铣刀铣削的工艺方法比较，采用本发明方法加工的滑块槽，单件加工时间缩短了10秒，加工精度也有明显提高，尤其是采用普通不重磨刀具加工，大幅度地降低了成本。
                   表1实施例零件参数