齒輪刮削滾刀制造技術

一種齒輪刮削滾刀，其特征為以凸曲的漸開面作為刀齒前刀面，以與之相匹配的具有特定導圓半徑的直紋螺旋面作為刀齒左、右側后刀面。本發明專利技術能確保齒形設計精度；刀刃上越往齒頂方向之點，其負前角的絕對值越大；鏟磨齒形時能測側后刀面任何部位的直線度，便于提高制造精度，且精度保持性好。本發明專利技術耐磨性高、抗崩刃性強、重磨次數多，總壽命可提高（２５～５０）％。（*該技術在2007年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于漸開線齒輪滾刀領域。刮削淬硬齒面所用的刀具即為齒輪刮削滾刀。所謂刮削硬齒面技術就是應用這類刀具對經過粗滾齒，并經過熱處理獲得較高硬度的齒面進行最終的或精磨齒前的精滾齒。目前，國內外已有的硬質合金刮削滾刀，其主要技術特征是前刀面均為平面，并具有較大絕對值的負徑向前角。此種刀具盡管刀齒有一定的抗沖擊性能，刀刃有一定的抗崩刃能力，但是，由于前刀面是平面，使其刀齒的抗沖擊性能和抗崩刃能力受到了局限，存在時有崩刃現象，也就是說，如果前刀面是凸曲面則會好得多。但是，作為齒輪刀具，為了嚴格遵守嚙合原理與滿足被加工齒輪的精度要求，滾刀前刀面的性質又是不可隨便確定的。從已有硬質合金刮削滾刀的構形方法上看，目前主要有兩種解決方案。其一是采用漸開線基本蝸桿，刀齒前刀面是平面，因此，刀齒的左、右側刃是兩條平面理論曲線，而刀齒的左、右側后刀面則是作為刀刃的平面理論曲線，按各自的導程作螺旋運動時形成的一種曲母線螺旋面，即該螺旋面與滾刀軸向剖面、蝸桿法剖面以及前刀面的交線均不是直線。這就使得在鏟磨滾刀齒形時，只能根據齒輪嚙合原理，利用PWF250型或PWF300型滾刀檢查儀測量滾刀刀刃精度情況，控制其不超差，但不能測量滾刀刀齒側后刀面除刀刃之外其他部位的精度情況，因此對滾刀重磨后的精度情況心中無數，往往造成滾刀重磨后精度下降，致使重磨次數減少，滾刀總使用壽命縮短。而且，為了實現這樣的測量需用價值十幾萬美元的PWF250型或PWF300型滾刀檢查儀檢查滾刀的嚙合線誤差△T∑。其二是刀齒前刀面也是平面，但刀齒的左、右側刃不是平面理論曲線，而是用平面理論曲線在分圓處的切線代替平面理論曲線，這表明滾刀刀齒的左、右側后刀面是這兩條代替的切線沿半徑為滾刀前刀面偏移量E的導圓，按各自的導程作螺旋運動時形成的直紋螺旋面，此時滾刀的設計基本蝸桿側表面也是直紋螺旋面，其導程等于同規格漸開線蝸桿的導程。由于此種構形方法其側后刀面是直紋螺旋面，因此在鏟磨滾刀齒形時能測量側后刀面上包括刀刃在內的任何部位，做到中心有數。但是，由于切線代替了平面理論曲線而帶來了滾刀齒形設計誤差(也稱齒形固有誤差或理論齒形誤差)，而且比較大。比如當MN＝4毫米時，前刀面上左側刃齒頂處的齒形設計誤差EL1＝2.7微米，左側刃齒根處的齒形設計誤差EL2＝3.1微米，遠遠超過用于加工8級精度齒輪(JB179-83)對應的滾刀所允許的0.8微米的齒形固有誤差。而且此時前刀面的偏移量E僅等于5毫米，即使取較小的外徑DE＝110毫米，其前角也只有-5.2°。因此，其抗沖擊性能和抗崩刃能力是有限的。而且滾刀重磨后齒形設計誤差上升很快，造成重磨次數下降，滾刀總壽命縮短。總之，上述兩種構形方法，均存在重磨次數少和時有崩刃的弱點。本專利技術的目的在于提供一種耐磨性高、抗崩刃性能強、重磨次數多，使用總壽命高的新構形法硬質合金(或其他刀具材料)的齒輪刮削滾刀。所謂新構形法就是提出一種以漸開面作為刮削滾刀刀齒前刀面(1′)，以與之相匹配的具有特定導圓半徑(23″和24″)的直紋螺旋面作為刮削滾刀刀齒左、右側后刀面(3′和4′)的構形方法。按這種新構形法設計的齒輪刮削滾刀，在結構上其技術特征與效能是1)該刮削滾刀刀齒的前刀面(1′)是漸開面，也是一種凸曲面，因此刀齒的抗沖擊能力加強。由于漸開線具有可分性，故滾刀重磨前刀面之后，其前刀面的性質不變，刃磨、重磨方便，精度保持性好;2)該刮削滾刀刀齒的左、右側后刀面(3′和4′)是與前刀面相匹配的具有特定導圓半徑(23″和24″)的直紋螺旋面，匹配特定導圓半徑(23″和24″)的主要前提是保證刀齒齒形設計精度達到加工7級或8級齒輪(JB179-83)的要求，故齒形設計精度高，又由于是直紋螺旋面，故鏟磨齒形時測量方便，可測側后刀面任何部位的直線度，進而增加重磨次數;3)該刮削滾刀刀齒兩側刃(5′和6′)是前刀面(1′)和與之相匹配的具有特定導圓半徑的直紋螺旋面(3′和4′)相交而得的兩條空間曲線，是相對過齒頂，齒根的平面的兩條凸形空間曲線，故耐磨性更高，刀刃上每一點都是漸開面前刀面的端面漸開線上的一點，該點的壓力角即為刀刃上此點的負前角，因此刀刃上越往齒頂方向之點，其負前角的絕對值越大，克服了現有刮削滾刀刀齒齒頂部位負前角的絕對值最小，因而均較薄弱的狀況，所以刀刃抗崩性能更佳。4)滾刀的設計基本蝸桿是刀刃按其導程(等于同規格漸開線蝸桿的導程)作螺旋運動時形成的一種曲母線蝸桿，它與理論漸開線蝸桿非常相近，故能保證刀齒齒形設計精度達到加工7級或8級齒輪(JB179-83)的要求;5)該刮削滾刀刀齒頂后面(2′)是其端剖面截形為阿基米德螺線的一種曲面，不僅制造方便，而且滾刀重磨前刀面之后，其頂刃后角基本保持不變;6)該刮削滾刀容屑槽(8′)的端截形，由齒背直線(11′)、半徑(20″)確定的槽底圓弧、前刀面(1′)的端面漸開線(9′)，以及端面漸開線(9′)與半徑(20″)確定的槽底圓弧之間的一段從基圓(18′)開始的徑向線(10′)組成。徑向線(10′)與齒背線(11′)的夾角稱齒背角，其角度(17″)為20°～40°。容屑槽(8′)為直槽，易制造準確。新構形法齒輪刮削滾刀，其設計計算理論公式推導如下(一)具有特定導圓半徑(23″和24″)的直紋螺旋面作為滾刀刀齒(2)的左、右側后刀面(3′與4′)，見圖3和圖4，其方程為 其中PL-左側后刀面螺旋面導程PR-右側后刀面螺旋面導程ry-討論點B的矢量在端面上的投影rML-左側后刀面的導圓半徑rMR-右側后刀面的導圓半徑θ-討論點的轉角αL-左側螺旋面的直母線與端面的夾角，即在導圓的切平面內左側后刀面的齒形角αR-右側螺旋面的直母線與端面的夾角，即在導圓的切平面內右側后刀面的齒形角(二)能使左、右側刃(5′和6′)上各點具有大負前角的漸開面作為滾刀刀齒的前刀面(1′)(見圖5)，其方程為 其中θy-討論點B的漸開線函數θey-滾刀刀齒齒頂處的漸開線函數αy-討論點的壓力角，即相應刀刃上之點的負前角值γ αey-滾刀刀齒齒頂處的壓力角，即刀齒頂刃處的負前角值γ re-滾刀刀齒齒頂半徑rc-漸開面前刀面的基圓半徑ry-討論點B的半徑由上述可見，漸開面前刀面(1′)，是一種凸曲面，且可使兩側刃(5′和6′)獲得絕對值很大的負前角。(三)聯立方程式(a)和(b)便得滾刀刀齒左、右側刀刃(5′和6′)的方程 (四)滾刀設計基本蝸桿的螺旋面方程令切削刃按滾刀設計基本蝸桿的螺旋參數(等于同規格漸開線蝸桿的螺旋參數)作螺旋運動，便得到設計基本蝸桿的側面螺旋面，如設計基本蝸桿的導程為P，刀刃上某一點轉過ω角，則設計基本蝸桿側表面上的這點X坐標為 設(θ+αXL)+ω＝θ′，即θ+ω＝θ′-αXL則上式變為下式 其中αX，用于左側時為αXL，用于右側時為αXR。(五)設計基本蝸桿的軸向齒形方程令(θ+ω)＝(θ′+αX)＝0即得 (六)設計基本蝸桿軸向齒形在滾刀分圓處的斜率對(e)式求導即得 其中ro-滾刀分圓半徑由于漸開面前刀面也屬直槽滾刀，因此存在下列關系 其中Kt-在導圓(12′或14′)切平面內的鏟背量Zk-滾刀容屑槽數滾刀在導圓(12′或14′)切平面內的鏟背量Kt與徑向剖面內的鏟背量K存在下列關系，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種由刀體（１）與刀片（２）組成的齒輪刮削滾刀，其特征在于：刀齒前刀面（１′）為一種凸曲的漸開面，刀齒左、右側后刀面（３′和４′）為與前刀面（１′）相匹配的具有特定導圓半徑（２３″和２４″）的直紋螺旋面；刀齒左、右側刃（５′和６′）為前刀面（１′）與兩側后刀面（３′和４′）相交而得的兩條空間曲線，是相對過齒頂、齒根平面的兩條凸曲線；滾刀設計基本蝸桿為一種由刀刃按蝸桿導程作螺旋運動而形成的曲母線蝸桿；容屑槽（８′）的端截形由齒背直線（１１′）、槽底圓弧、前刀面（１′）的端面漸開線（９′）以及端面漸開線（９′）和槽底圓弧之間的一段從基圓（１８′）開始的徑向線（１０′）組成，齒背直線（１１′）和徑向線（１０′）構成槽齒背角（１７′）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：全玉璋，李芳，溫奇志，
申請(專利權)人：吉林工業大學，
類型：發明
國別省市：22[中國|吉林]