为满足航空、航天、汽车、风能等行业发展对特殊结构齿轮的需要,针对现有齿轮加工方法无法完成非贯通、无退刀槽内斜齿加工的问题,提出一种全新概念的齿轮加工方法—剐齿。从齿轮切削加工的实现、切屑的形成、切屑的排出等角度出发,给出剐齿概念和剐齿加工的特点。依据相错轴螺旋齿圆柱齿轮啮合原理,解释剐齿加工原理。根据剐齿原理,确定剐齿加工所需运动,并推导各个运动之间的关系,建立剐齿加工运动模型。应用微分几何知识,推导切削点处的相对运动速度,分析相对运动速度的影响因素,证明剐齿切削实现的可行性。利用自行设计的数控剐齿机床和刀具进行加工验证。最后给出结论,提出需要进一步展开的研究工作。
从表面成形原理出发,由毛坯形成圆柱齿轮轮齿表面的加工技术分为两大类,基于展成法的加工技术和基于成形法的加工技术。展成法加工包括滚齿、插齿等,成形法加工包括铣齿、拉齿等。这些加工技术已经发展得很成熟,在齿轮制造相关领域得到广泛应用。随着航空、航天、汽车、风能等行业的发展,各种具有特殊要求的齿轮涌现出来,这就需要对上述工艺方法加以改进,或者研究开发新的加工方法。针对helipoid新型齿轮的加工,WU等提出了一种新型插齿刀的设计理论;ANDRZEJ等针对螺旋齿插齿加工过程建立数学模型,进行有限元分析,提出了增强齿轮齿根强度的插齿刀齿顶圆角的设计方法;LIU等将可变阻尼器应用到滚齿机上,降低了机床振动,提高了机床的传动精度;XU等提出了一种齿面接触分析的新方法。这些研究工作在一定程度上弥补了现有圆柱齿轮加工工艺的不足,但也不难看出,这些研究成果仅仅是扩大了现有方法的工艺范围和能力,对于大量的新型齿轮的工艺要求还是无法满足。例如汽车自动变速器行星轮系齿套的内齿加工,由于受到空间限制,滚齿、铣齿无法实现;出于紧凑结构的考虑,有些内齿是非贯通的,且没有退刀槽,因而插齿和拉齿也无法实现。对于轴向贯通的内齿可以采用插齿或拉齿方法,但插齿方法效率和加工精度都不高,拉齿方法精度低、成本高,尤其是大直径螺旋内齿加工,螺旋拉刀的成本更是高得出奇。