齒輪精滾刀制造技術(shù)

一種在滾刀齒機(jī)上精加工漸開線齒輪用的精滾刀，刀具切削部分為一段既不開容屑槽也不鏟背的蝸桿。工作側(cè)具有連續(xù)的圓柱螺旋線刀刃，無構(gòu)形誤差，刀刃連續(xù)切削無沖擊，刀具構(gòu)形簡(jiǎn)單，制造、測(cè)量、重磨、使用簡(jiǎn)單方便，具備合理后角，刀具蝸桿可按加大直徑或變齒厚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具備極高的重磨次數(shù)，具有加工精度高、刀具壽命長(zhǎng)、成本低、工藝簡(jiǎn)單、使用方便、通用性廣等一系列重要優(yōu)點(diǎn)。（*該技術(shù)在2012年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于漸開線齒輪精加工刀具領(lǐng)域。齒輪滾刀由于加工齒輪范圍廣、通用性強(qiáng)、切齒齒距精度高、切齒效率也較高，成為當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的齒輪刀具，但滾刀受構(gòu)形、鏟齒工藝、重磨等限制，存在下列諸多問題，這些問題對(duì)高精度滾刀影響尤為嚴(yán)重。1、采用代用蝸桿近似構(gòu)形，存在構(gòu)形誤差;2、由基本蝸桿開容屑槽形成前刀面，刀刃不連續(xù)，包絡(luò)齒形為折線且切削時(shí)產(chǎn)生沖擊;3、側(cè)刃后角小，耐用度降低;4、重磨后誤差變化，重磨次數(shù)受限，刀具壽命降低;5、精度檢測(cè)項(xiàng)目要求多且嚴(yán)格，制造、測(cè)量、重磨困難，成本提高。本專利技術(shù)的任務(wù)是提供一種全面解決上述問題的具有連續(xù)螺旋刀刃的齒輪精滾刀，滿足在滾齒機(jī)上精加工漸開線齒輪的需要。本專利技術(shù)上述任務(wù)可通過以下技術(shù)方案完成在滾齒機(jī)上精加工漸開線齒輪用的精滾刀，其特殊之處是刀具切削部分由一段蝸桿構(gòu)成(見附附圖說明圖1)，蝸桿的齒頂面A是刀具的前刀面，蝸桿的工作側(cè)面B是刀具的后刀面;刀具的刀刃是由多種形式的前刀面和后刀面截交構(gòu)成的連續(xù)圓柱螺旋線，并采用合理后角α;蝸桿工作側(cè)法向齒距Pn等于加工齒輪法向基節(jié)，蝸桿非工作側(cè)面C采用齒背角等于2αc的法向直紋螺旋面，其法向齒距Pc≥Pn;刀具直徑D＝2R，加大半徑設(shè)計(jì)時(shí)R′＝R+△，0≤△＜△max，△max為加工齒輪齒根沉割寬度，保持刀具安裝角ψ等于刀刃螺旋線螺旋升角λ;重磨后刀面或前、后刀面交替重磨或重磨后刀面兼磨修蝸桿螺紋一端F面對(duì)刀刃遞補(bǔ)。上述的后刀面可以采用內(nèi)凹后角為α的螺旋面，當(dāng)前刀面選用圓柱面時(shí)，前、后刀面截交形成的螺旋線與后刀面選用的螺旋面母線無關(guān)，當(dāng)前刀面選用螺旋面時(shí)，其螺旋導(dǎo)程與后力面螺旋導(dǎo)程相等。上述的后角α可取8°～15°，模數(shù)大時(shí)取大值，后刀面可制成多重后角結(jié)構(gòu)。當(dāng)前刀面采用形成正前角的螺旋面時(shí)，刀具需采用加大半徑R′。上述的非工作側(cè)C的齒背角2αc，計(jì)算公式為αc＝β+μ+η，β是齒輪加工側(cè)齒形上有效工作部分起點(diǎn)M的漸開線展開角，μ是基圓上對(duì)應(yīng)齒槽角，η是非加工側(cè)齒形上C點(diǎn)漸開角，C點(diǎn)是過嚙合節(jié)點(diǎn)的基圓切線與齒輪非加工側(cè)齒形的交點(diǎn)(見附圖10)。蝸桿非工作側(cè)法向齒距Pc≥Pn，當(dāng)Pc＝Pn時(shí)，為等齒厚蝸桿，重磨后刀面，當(dāng)Pc＞Pn時(shí)，為變齒厚蝸桿，重磨后刀面后，可修磨蝸桿螺紋一端F面使刀刃向前遞補(bǔ)。采用加大半徑設(shè)計(jì)時(shí)，前、后刀面可交替重磨。非工作側(cè)法向齒距Pc＝rb(tgαs-tgαc)，式中rb為齒輪基圓半徑，αs＝β+τ+μ+η′，其中τ是齒數(shù)為Z的加工齒輪每齒所占中心角，η′是相隔齒槽非加工側(cè)齒形上S點(diǎn)漸開角，S點(diǎn)是過嚙合節(jié)點(diǎn)的基圓切線與相隔齒槽非加工側(cè)齒形的交點(diǎn)(見附圖11)。本專利技術(shù)的另一特點(diǎn)是工作運(yùn)動(dòng)與普通滾齒完全一致，其安裝則如附圖2及附圖3示，安裝參數(shù)有中心距A、偏距B及刀具安裝角ψ;通過安裝角ψ調(diào)整，可降低刀具蝸桿制造精度要求或消除加工齒輪誤差;精滾刀以工作側(cè)連續(xù)螺旋線刀刃單側(cè)精加工齒輪齒面。結(jié)合附圖詳述本專利技術(shù)的上述內(nèi)容圖1是精滾刀主要結(jié)構(gòu)參數(shù)圖，其中N-N為法向齒形剖面;圖2是精滾刀安裝圖;圖3是精滾刀構(gòu)成原理圖，a)圖為正視圖;b)圖為俯視圖;圖4是0°齒形角齒條刀加工原理圖;圖5是加工齒輪齒面切削軌跡圖;圖6是加工余量分布圖;圖7是蝸桿法向齒形圖，a)圖是零前角齒形，b)圖是正前角齒形，c)圖是多重后角齒形;圖8是加大半徑設(shè)計(jì)精滾刀構(gòu)成原理圖，a)圖是正視圖，b)圖是俯視圖;圖9是計(jì)算蝸桿螺紋最小長(zhǎng)度尺寸幾何關(guān)系圖;圖10是計(jì)算蝸桿牙齒齒頂寬度及非工作側(cè)齒背角幾何關(guān)系圖;圖11是計(jì)算變齒厚蝸桿非工作側(cè)螺旋參數(shù)幾何關(guān)系圖。首先需要具體說明的是精滾刀怎樣精切齒面。以單頭蝸桿精滾刀加工直齒輪為例，如附圖4示，以假想的0°齒形角齒條刀加工齒輪時(shí)，齒輪以基圓與齒條節(jié)線PQ保持純滾切，齒條齒距MM1＝πmnCOSαn(齒輪法向基節(jié)，mn-齒輪法向模數(shù)，αn-齒數(shù)法向分圓壓力角)，按圖示運(yùn)動(dòng)方向齒輪勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒條齒頂M、M1點(diǎn)在沿PQ向左勻速移動(dòng)過程中，將對(duì)齒輪右側(cè)漸開線齒形自齒頂至齒根進(jìn)行精加工，此時(shí)齒條齒頂為刀具前刀面，齒條齒側(cè)為刀具后刀面。如圖3a)示以半徑為R，導(dǎo)程ρ ＝ (πmnCOSαn)/(COSλ) 的圓柱螺旋線為刀刃的精滾刀，按ψ＝λ在滾齒機(jī)刀架上傾斜安裝時(shí)，法向齒距Pn＝πmnCOSαn，其俯視圖b)中，刀刃螺旋線投影為變態(tài)擺線，在M、M1點(diǎn)處變態(tài)擺線的切線與精滾刀軸線投影相垂直，與附圖4中假想0°齒形角齒條刀齒側(cè)一致。當(dāng)精滾刀勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，M、M1點(diǎn)同樣沿PQ線勻速移動(dòng)，保持加工中心距A＝R+rb，精滾刀刀刃同樣自齒頂至齒根精切齒輪齒面，不過由于M、M1點(diǎn)高度不同，切削軌跡則如附圖5示，自齒頂至齒根向上傾斜。顯然本專利技術(shù)精滾刀本身不存在構(gòu)形誤差。為提高切齒效率，蝸桿可采用多頭，頭數(shù)為i時(shí)，導(dǎo)程中P ＝ (iπmnCOSαn)/(COSλ) 。加工斜齒輪時(shí)，ψ＝λ±βb(βb-齒輪基圓螺旋角，“-”號(hào)用于刀具，齒輪旋向相同，“+”號(hào)用于旋向相異)。為實(shí)現(xiàn)斷屑，齒側(cè)余量分布可采用附圖6示齒根具有沉割的方式，沉割部分寬度為△max，可起到“空刀”作用。另外需要具體說明的是前、后刀面可選擇多種形式截交構(gòu)成螺旋線刀刃，當(dāng)前刀面選用圓柱面時(shí)，刀刃螺旋線的形成與后刀面選用的螺旋面母線形狀無關(guān)，當(dāng)前刀面也選用螺旋面時(shí)，只需前、后刀面螺旋導(dǎo)程相等即可。這表明前、后刀面可按多種表面構(gòu)成并容易構(gòu)成合理幾何角度，也同時(shí)說明制造精滾刀時(shí)，對(duì)前、后刀面齒形精度不必嚴(yán)格要求。選擇制造，測(cè)量最方便的表面構(gòu)成精滾刀如附圖7示附圖7a)示前刀面為圓柱面，后刀面為內(nèi)凹α角(后角)的法向直紋螺旋面;附圖7b)示前刀面為具有γ角(前角)的法向直紋螺旋面，后刀面為內(nèi)凹α角的法向直紋螺旋面。后角α可采用8°～15°，滿足精加工后角合理值要求，后刀面允許采用附圖7c)示，磨有移邊b，或多重后角以減少重磨面積。非工作側(cè)齒面也以選擇法向直紋螺旋面最為簡(jiǎn)單。另外還需要具體說明的是采取加大半徑或變出厚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以增加重磨次數(shù)，精滾刀設(shè)計(jì)為等齒厚蝸桿時(shí)，當(dāng)重磨后刀面后，蝸桿齒頂寬度b(見附圖1)將變窄，影響強(qiáng)度、壽命。附圖8示加大半徑設(shè)計(jì)，將精滾刀半徑加大至R′＝R+△(△允許最大值應(yīng)小于齒輪齒根沉割寬度△max)，保持ψ＝λ，在俯視圖b)中，刀刃螺旋線投影為變態(tài)長(zhǎng)幅擺線，在半徑為R的切削點(diǎn)M、M1處仍保持ガ假想齒形角為0°，MM1＝Pn不變，仍能正確切削出面。此時(shí)由于R′增大，刀具螺旋線刀刃螺旋升角減小為λ′，tgλ’ = (mnCOSαn)/(2R′COSλ) 。采用加大半徑設(shè)計(jì)后，重磨前刀面時(shí)，由于α＜2αc(非工作側(cè)齒背角，對(duì)加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪，2αC在30°左右)，b將變寬，交替重磨前、后刀面可大大提高重磨次數(shù)。另外需補(bǔ)充說明的是，前述附圖7b)示前刀面為具有前角r＞0的螺旋面時(shí)，必須采取加大半徑設(shè)計(jì)，以避免因重磨后刀面后，直徑變小不能滿足加工要求。如附圖1示蝸桿法剖面N-N中，使非工作側(cè)齒距Pc大于工作側(cè)齒距Pn，蝸桿成為變齒厚蝸桿。重磨后刀面b值減小后，可修磨F面使b恢復(fù)尺寸，實(shí)現(xiàn)刀刃逐漸向前遞補(bǔ)，從而大大提高重磨次數(shù)，此時(shí)要求蝸桿螺紋圈數(shù)適當(dāng)增加。最后需要具體說明的是，根據(jù)加大半徑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)原理，當(dāng)精滾刀刀刃螺旋線導(dǎo)程P存在制造誤差△P時(shí)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
在滾齒機(jī)上精加工漸開線齒輪用的精滾刀，其特征是刀具切削部分由一段蝸桿構(gòu)成，蝸桿的齒頂面Ａ是刀具的前刀面，蝸桿的工作側(cè)面Ｂ是刀具的后刀面；刀具的刀刃是由多種形式的前刀面和后刀面截交構(gòu)成的連續(xù)圓柱螺旋線，并采用合理后角α；蝸桿工作側(cè)法向齒距Ｐ↓［ｎ］等于加工齒輪法向基節(jié)，蝸桿非工作側(cè)面Ｃ采用齒背角等于２α↓［ｃ］的法向直紋螺旋面，其法向齒距Ｐ↓［ｃ］≥Ｐ↓［ｎ］；刀具直徑為Ｄ＝２Ｒ，加大半徑設(shè)計(jì)時(shí)，Ｒ′＝Ｒ＋Δ，０≤Δ＜Δｍａｘ，Δｍａｘ為加工齒輪齒根沉割寬度；保持安裝角ψ等于刀刃螺旋升角λ，重磨后刀面或前、后刀面交替重磨或重磨后刀面兼修磨蝸桿螺紋一端Ｆ面對(duì)刀刃遞補(bǔ)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭福華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：吉林工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：22[中國(guó)|吉林]