CN101121210A - 滚刀完全利用的综合滚齿方法 - Google Patents

Abstract

一种滚刀完全利用的综合滚齿方法，滚齿前，按加工齿轮及滚刀的参数计算滚刀与工件的相对位置，滚刀轴中心线和滚刀端面的交点与工件端平面保持一定距离h，以滚刀端面与滚刀外径母线交点对准工件的轴线中心为切入点，进行径向不完全滚切、角向完整齿滚切、角向滚切全齿宽或轴向滚切全齿宽加工。集中、优选原有轴、径、角向滚齿方法的优点克服其不足，解决了轴向滚齿因滚刀外径加大，空切距离加长、生产效率下降的问题，将滚刀两端面的不完整齿充分、完全加以利用，提高了生产效率和滚刀的使用寿命，使滚刀磨损均匀，降低了生产成本，为选用大外径、高精度、高效、不重磨滚刀加工齿轮，提供了一种可行的加工工艺，此法可在数控滚齿机上方便地实施。

Description

滚刀完全利用的综合滚齿方法

技术领域

本发明涉及一种将滚刀上所有的齿都用于加工齿轮的方法，特别是一种将滚刀两端的不完整齿完全利用起来的滚刀完全利用的综合滚齿方法。

背景技术

滚齿加工是目前应用最广泛的一种齿轮加工工艺，滚刀是实现滚齿加工最重要的工艺装备，滚刀由于两端的齿是不完整的，不能包络出完整有效的齿形，所以在过去的加工工艺中一直不被利用，这已载入教科书，教科书中强调只能使用滚刀全长L中完整有效的L₁部分，要完全避免使用不完整的L₀部分，以免造成被加工齿轮的齿形误差而报废产品，如图1、图2所示。图2中3为滚刀1两端面上的不完整齿。

现滚齿加工普遍采用轴向滚齿方法，其次是径向和角向滚齿方法：

滚刀1按被加工工件4的轴向f所示方向进给的加工方法，称轴向滚齿，如图3所示，滚刀1从接触工件4到切出整齿形需移动一距离称空切距离a，若滚刀1′外径d′＞滚刀1外径d时，则空切距离a′＞a，当采用高效、高精度的大外径滚刀1′作轴向滚齿时，相对于小直径的滚刀1所需时间长，因此生产效率低，即此种加工方法与滚刀直径的大小有直接关系，不适宜采用大外径滚刀加工。如正齿轮： $\mathrm{\α}=\sqrt{h\·(d-h)}$ $a^{\text{'}}=\sqrt{h\·(d^{\text{'}}-h)}$

滚刀1按被加工工件4的径向fr所示方向进给的加工方法，称径向滚齿，如图4所示，虽不存在空切距离的问题，可以说是效率最高的方法，但此法不能切出全齿宽，且从开始切削到切出全齿深，其切削抗力成倍的增加，这对于进给过程的控制和对产品精度的控制都是不利的，局限性大，单独使用时仅能用来加工要求不高的蜗轮产品。

滚刀1不但按加工工件4的轴向f所示方向进给，同时也按滚刀的轴向f₁所示方向进给的加工方法，称角向滚齿，如图5II所示，此法滚刀磨损均匀、切齿表面质量好，齿轮传动工作平稳性、精度都有提高，但此法增加了滚刀的轴向运动，使设备的复杂性及工艺调整的难度增加，滚齿时的齿向误差增大，受上述因素的影响，此较先进的滚齿加工方法也未能得到普及。

上述的各加工方法各有利弊，但因滚刀两端的不完整齿一直未被利用，所以滚刀利用率低，使用寿命短，造成资源的浪费、生产成本的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种滚刀完全利用的综合滚齿方法，用此方法加工齿轮可将过去滚齿加工中，一直未被利用的滚刀两端的不完整齿完全、充分利用起来，即提高了滚齿加工的效率和质量，又提高了滚刀的使用寿命和滚切精度，使全部刀齿磨损均匀，减少材料的浪费。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：滚刀完全利用的综合滚齿方法，

方法步骤：I、径向不完整齿滚切：

滚切前，按加工工件及滚刀的参数计算调整滚刀1与工件4的相对位置，需将滚刀轴中心线和滚刀端面的交点与工件端平面保持一定的距离h，

$h=(\frac{m_n\×\mathrm{\π}}{2}+k\×m_n)\×\frac{f}{f_1}$

K为安全系数，K×m_n为安全距离，m_n×π为齿轮一完整齿距，m_n为法向模数，f、f₁为轴向及切向进给量，

滚刀1的一个端平面上与滚刀外径母线的交点对准工件4的轴线中心作切入点，工件4朝f_r方向径向进给至全齿深；

II、角向完整齿滚切：

紧接上述全齿深加工后，再进行角向滚齿，滚刀1按轴向f和切向f₁方向进给，当滚刀有效、完整齿的啮合展成中心5与工件上端面平齐时，切出完整的齿形；

III、角向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，再进行角向滚齿，滚刀按轴向f和切向f₁方向进给，直至切出全齿宽；

III′、轴向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，由角向滚齿变为轴向滚齿，滚刀按轴向f方向进给，直至切出全齿宽；

IV、当滚刀1一端的不完整齿3经过一段时间使用后，可将滚刀调头安装，通过改变滚刀的旋转方向或铣削方向再按I、II、III或III′步骤加工，这时仍使用步骤I中的h，不用再计算。

与现有技术相比，本发明的优点在于：与过去滚刀不能完全利用的单一滚齿加工方法相比，此综合法集中、优化了原各种滚齿加工方法的优点，克服了其的不足。如有效地解决了轴向滚齿因随滚刀外径的加大会使空切距离加大，生产效率下降的问题，其抬高距离h与滚刀外径无关，此综合法撇开了轴向滚齿起始段所需的空切距离a，为大外径、高效、高精度、不重磨滚刀的使用，提供了一种完美的加工工艺。此综合法实现了滚刀的完全利用，提高了滚刀的使用寿命，使滚刀磨损均匀，克服了由于刀齿磨损不均引起的切齿齿形误差，提高了齿轮工作平稳性和精度。另外原使用的滚齿工艺，因缺少明确的对刀基准，很难找准滚刀的完整齿啮合中心即切入点，为防止滚切出齿形不合格的废品，对刀时总是靠近滚刀的中心部位，因此使滚刀磨损不均，滚刀利用率低，现明确以滚刀端面上与滚刀外径母线交点为切入点，基准点明确便于操作对刀，即使用手工对刀滚切斜齿轮，也能准确地对准工件中心。

附图说明

图1、滚刀的结构示意图。

图2、图1的左视图。

图3、轴向滚齿示意图。

图4、径向滚齿示意图。

图5、本发明相关计算示意图：I、h示意图，II、啮合展成中心示意图。

图6、本发明滚齿方法步骤示意图：I、径向不完整齿滚切，II、角向完整齿滚切，III、角向滚切全齿宽，III′、轴向滚切全齿宽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

不完整齿3虽不能最终展成包络齿轮完整的齿形，但对于齿槽的粗切加工却十分有利，因不完整齿3部分不但十分锋利，且其齿高的递增在滚刀端截面上呈现出图2所示的阿基米德螺旋线2，使得滚切时刀齿是逐渐切深的，刀齿的负荷分布均匀，因此对于起始粗切不完整齿来讲，滚刀两端的不完整齿3是完全能胜任，且是可以利用的。

方法步骤：I、径向不完整滚切：

滚切前，按加工工件齿轮及滚刀的参数计算调整滚刀1与工件4的相对位置，需将滚刀轴中心线和滚刀端面的交点与工件端平面保持一定的距离h，如图5I所示，滚刀抬高高度h要满足角向滚齿时，滚刀的有效完整齿部分的啮合展成中心5与工件4端面平齐时，能包络出有效、完整的齿轮轮齿，如图5II所示。

$h=(\frac{m_n\×\mathrm{\π}}{2}+k\×m_n)\×\frac{f}{f_1}$

K×m_n为安全距离，K为安全系数，m_n×π为齿轮一完整齿距，m_n为法向模数，f、f₁为轴向及切向进给量，h与滚刀外径无关，主要与加工齿轮参数及角向进给比例有关；

滚刀1的一个端平面上的不完整齿3与滚刀外径母线的交点对准工件的轴线中心作切入点，如图6I所示，工件4朝f_r方向径向进给至全齿深，由于滚刀中心高于工件上端面，切出的齿形不完整，这时虽用滚刀1的不完整齿3参与切削，因初始加工对齿形无任何影响，相反可以加大径向进给量，即使刀齿磨损也不会影响齿形，滚齿时间为 $T_I=\frac{\mathrm{zg}}{{\mathrm{nf}}_r{z}_0},$

II、角向完整齿滚切：

紧接上述全齿深加工后，再进行角向滚齿，如图6II所示，滚刀1按轴向f和切向f₁方向进给，当滚刀有效、完整的齿啮合展成中心5与工件上端面平齐时，切出完整的齿形，滚齿时间为T_II；

III、角向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，再进行角向滚齿，如图6III所示，滚刀按轴向f和切向f₁方向进给，直至切出全齿宽，工件4加工成，用上述步骤加工成的齿轮最好，滚齿时间为T_III

$T_{\mathrm{II}+\mathrm{III}}=\frac{z(h+b)}{{\mathrm{nfz}}_0}$

但在实际生产中受到滚刀长度的限制，滚刀轴向移动距离及工件齿宽三因素的制约限制，若不能采用上述的角向滚齿切完全齿时，可在结束图6II加工后，由角向滚齿变为轴向滚齿；

III′、轴向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，由角向滚齿变为轴向滚齿，滚刀按轴向f方向进给直至切出全齿宽，如图6III′所示，滚齿时间为T_III′，

$T_{{\mathrm{II}+\mathrm{III}}^{\′}}=\frac{z(h+b)}{{\mathrm{nfz}}_0}$

IV、当滚刀1一端的不完整齿3经过一段时间使用后，可将滚刀调头安装，通过改变滚刀的旋转方向或铣削方向再按I、II、III或III′步骤加工，这时仍使用步骤I中的h，不用再计算，就可达到完全利用滚刀两端不完全齿的目的。

在普通滚齿机上，只要具备切向刀架，就可实施此综合法加工齿轮。

数控滚齿机具备轴向、径向、切向加工的功能，随着数控滚齿机的普及应用，利用数控滚齿机使滚刀完全利用的综合滚齿方法成为可能。

实施例

加工一法向模数m_n＝2mm，齿数Z＝20，齿宽b＝30mm，切深g＝4.5的正齿轮。

滚刀外径d＝100mm，滚刀头数Z0＝1

加工工艺：滚刀转速n＝400转/分  安全系数k＝0.2

轴向进给量f＝0.66毫米/转

切向进给量f₁＝0.22毫米/转

径向进给量f_r＝1.2毫米/转

滚刀抬高：

滚齿时间：

$=\frac{\mathrm{zg}}{{\mathrm{nf}}_r{z}_0}+\frac{z(h+b)}{{\mathrm{nfz}}_0}=\frac{20\×4.5}{400\×1.2\×1}+\frac{20(10.62+30)}{400\×0.66\×1}$

Claims (1)

1.一种滚刀完全利用的综合滚齿方法，其特征在于方法步骤：I、径向不完整齿滚切：

滚切前，按加工工件及滚刀的参数计算调整滚刀(1)与工件(4)的相对位置，需将滚刀轴中心和滚刀端面的交点与工件端平面保持一定的距离h，

$h=(\frac{m_n\×\mathrm{\π}}{2}+k\×m_n)\×\frac{f}{f_1}$

K为安全系数，K×m_n为安全距离，m_n×π为齿轮一完整齿距，m_n为法向模数，f、f₁为轴向及切向进给量；

滚刀(1)的一个端平面上的不完整齿(3)与滚刀外径母线的交点对准工件(4)的轴线中心作切入点，工件(4)朝f_r方向径向进给至全齿深；

II、角向完整齿滚切：

紧接上述全齿深加工后，再进行角向滚齿，滚刀(1)按轴向f和切向f₁方向进给，当滚刀有效、完整的齿啮合展成中心(5)与工件(4)上端面平齐时，切出完整的齿形；

III、角向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，再进行角向滚齿，滚刀按轴向f和切向f₁方向进给，直至切出全齿宽；

III′、轴向滚切全齿宽：

紧接上述切出完整的齿形后，由角向滚齿变为轴向滚齿，滚刀按轴向f方向进给，直至切出全齿宽；

IV、当滚刀(1)一端的不完整齿(3)经过一段时间使用后，可将滚刀调头安装，通过改变滚刀的旋转方向或铣削方向再按I、II、III或III′步骤加工，这时直接采用步骤I中的h，不用再计算。