CN101862867A - 基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法 - Google Patents

Abstract

基于可重复刃磨的面齿轮滚齿刀设计方法，其特征在于步骤如下：(1)选取面齿轮以及与面齿轮啮合的渐开线直齿轮的基本参数。(2)根据点接触面齿轮传动原理，确定面齿轮插齿加工刀具齿数。(3)分析建立面齿轮滚齿原理，建立面齿轮滚齿加工坐标系。(4)根据面齿轮插齿刀齿面方程及插齿刀齿面参数，建立面齿轮滚刀型面基本方程。(5)分析研究面齿轮滚刀型面边界限制条件，建立面齿轮滚刀型面参数取值范围。(6)根据面齿轮滚刀型面方程和滚刀型面参数取值范围，将面齿轮滚刀型面方程数值离散化，得到滚刀型面型值点。(7)通过离散数字化曲面啮合，建立面齿轮滚刀蜗杆基本模型。(8)根据面齿轮加工精度，确定出面齿轮滚刀精度等级，根据面齿轮滚刀基本参数，确定面齿轮滚刀其他切削参数，设计了可重复刃磨的面齿轮滚刀工程图。本发明建立了一套完整的面齿轮滚齿刀设计方法，所设计的滚刀提高了面齿轮加工精度和效率，并且可以重复刃磨，提高了刀具的使用寿命，该技术也为面齿轮磨齿奠定基础。

Description

基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法

技术领域

本发明涉及一种基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，适用于面齿轮滚齿加工中专用滚齿刀的设计。

背景技术

目前，从国外的技术资料显示，面齿轮可以采用插齿、滚齿和磨齿的加工方法加工，由于国外对面齿轮加工技术实行严格保密，致使其加工方法及刀具设计技术在国内还未能掌握，而国内对面齿轮的研究还主要集中于对面齿轮设计阶段，主要包括面齿轮齿面方程的研究、面齿轮接触分析的研究、面齿轮传动应力的研究、面齿轮弹流润滑的研究以及面齿轮插齿加工仿真的研究。国内针对面齿轮滚齿加工的相关技术，还没有相关的文献进行介绍，国外虽然有相关文献的介绍了面齿轮滚齿原理，但针对可重复刃磨的面齿轮滚刀设计尚无资料说明。

因此，目前尚缺乏一种基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，来解决面齿轮滚齿加工中滚刀的设计以及滚刀实际加工中可重复刃磨的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对面齿轮插齿效率和精度相对低的条件下，如何设计面齿轮滚齿刀具以提高面齿轮加工效率和精度的技术难题，提供一种基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，该方法能够根据面齿轮和与其啮合传动的小齿轮参数，设计出可重复刃磨面齿轮加工专用滚刀，提高面齿轮加工效率，同时也为面齿轮磨齿技术打下基础。

本发明的技术方案是：基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其方法流程如下：

(1)选取面齿轮和小齿轮基本参数。包括面齿轮齿数，小齿轮的齿数、模数、压力角。

(2)根据点接触面齿轮传动原理，确定出渐开线直齿轮刀具的齿数(比小齿轮齿数多1～3个)。

(3)根据面齿轮滚齿原理，建立面齿轮滚齿加工坐标系，包括渐开线刀具运动坐标系、面齿轮运动坐标系、滚刀运动坐标系。

(4)根据渐开线刀具齿面方程和从渐开线刀具坐标系到滚刀坐标转换矩阵得到面齿轮滚刀型面基本方程。

(5)根据根切发生的原理，分析面齿轮滚刀型面不发生齿根根切的边界条件，确定出面齿轮型面方程参数取值范围。

(6)将面齿轮滚刀型面参数在取值范围内离散化，通常在取一定的增长步长，分别计算对应的面齿轮滚刀型面点坐标。

(7)借助于三维造型软件，将计算的面齿轮滚刀型面离散点坐标通过点、线、面、体的生成顺序，建立面齿轮滚刀基本蜗杆模型。

(8)在建立的面齿轮滚刀基本蜗杆模型基础上，确定出面齿轮前角、后角、铲削量、容屑槽和槽形角，分度圆螺旋升角等参数；根据滚刀刃磨要求，得到面齿轮滚刀的齿深、轴向齿厚、尺距等，建立面齿轮滚刀工程图。

所述步骤(2)中点接面齿轮传动原理是指：如果加工面齿轮的齿轮插刀与实际啮合的圆柱齿轮相同，加工过程是模拟实际的啮合动动，则理论上可以使面齿轮传动实现线接触。事实上，这种线接触的情况是不会发生的。由于各种误差的影响，接触面会发生偏移，从而导致所不希望的边缘接触。为了避免这种情况，所使用的齿轮插刀的齿数要比圆柱齿轮的齿数多1～3个，这将使接触区局部化，成为点接触面齿轮传动。

所述步骤(3)中面齿轮滚齿加工坐标系是指包括直齿轮刀具静止坐标系和运动坐标系以及滚刀静止坐标系和运动坐标系。

所述步骤(5)中根切发生原理是指：齿轮传动的接触点在该齿轮坐标系内的速度矢量为0。

所述步骤(7)中面齿轮滚刀基本蜗杆模型是指：由于滚刀在没有铲背、切前角、切后角、切容屑槽等时的基形，由于滚刀螺旋升角的存在，使得滚刀模型像一个蜗杆，故称基本蜗杆模型。

所述步骤(8)中面齿轮滚刀工程图是指：在确定出面齿轮滚刀基本蜗杆模型尺寸的情况下，根据滚刀设计标准和刃磨要求，确定出滚刀设计其他参数，完成滚刀的设计。

本发明的原理：基于空间曲面啮合原理和面齿轮滚齿原理，建立面齿轮与渐开线直齿轮刀具、滚刀和面齿轮的啮合关系，通过渐开线刀具齿面方程，得到面齿轮滚刀型面基本方程，利用离散数值化拟合原理，建立面齿轮滚刀基本三维蜗杆模型，分析滚刀结构尺寸，根据滚刀设计标准，确定出面齿轮加工专用滚刀工程图。

本发明与现有技术相比的有益效果是：目前，国内针对面齿轮滚齿加工专用刀具的设计还没有相关的说明；国外由于技术保密，也没有相关的文献进行详细的介绍。因此，本发明的出现能够很好的解决了面齿轮滚刀设计的技术难题，所设计的滚刀不仅提高了面齿轮加工精度和效率，而且可以多次重复刃磨，提高了刀具的使用寿命，该技术也为面齿轮磨齿奠定基础。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为要加工的面齿轮尺寸结构图；

图3滚刀、圆柱小齿轮、面齿轮啮合图；

图4滚刀展成坐标系；

图5圆柱小齿轮渐开线齿面参数；

图6瞬时接触示意图；

图7滚刀部分型值点坐标；

图8滚刀一个型面图；

图9滚刀型面；

图10滚刀三维蜗杆基本模型；

图11可重复刃磨的面齿轮滚刀设计图；

图12可重复刃磨的面齿轮滚刀实物图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的方法流程如下：

步骤一：

(1)选取面齿轮和渐开线直齿轮基本参数。其中面齿轮参数是指面齿轮齿数；渐开线直齿轮参数包括直齿轮齿数、模数、压力角；渐开线直齿轮与面齿轮轴交角。

(2)依据点接触面齿轮传动原理，确定面齿轮插齿刀齿数，通常取为渐开线直齿轮齿数加1、加2、加3。

步骤二：

(3)利用空间曲面啮合原理和面齿轮滚齿原理，建立面齿轮滚齿加工坐标系，基于渐开线直齿轮刀具齿面方程和从渐开线刀具坐标系到滚刀坐标系的坐标转换矩阵推导出面齿轮滚刀型面方程，根据滚刀型面边界限制条件，推导出面齿轮滚刀型面参数的取值范围。

(4)将滚刀型面参数在取值范围内离散化，根据滚刀型面方程，分别滚刀型面参数取不同值时所对应的面齿轮滚刀型面点坐标。

步骤三：

(5)借助于三维立体造型软件，将离散点用样条曲线连接起来，通过样条曲线生成面齿轮滚刀型面，将面齿轮滚刀型面通过曲面缝合、裁剪等功能得到滚刀的完整型面图。

(6)根据滚刀设计标准，根据要加工的面齿轮精度等级，确定出滚刀精度等级；根据滚刀结构尺寸查阅标准手册确定出滚刀其他参数如：滚刀顶刃后角、滚刀第一铲削量、第二铲削量、侧刃后角、容屑槽深度、容屑槽底圆半径、槽形角以及轴台尺寸、轴向齿厚、尺距等。

下面结合实例进一步说明本发明。

本发明是针对面齿轮滚齿加工而设计专用的面齿轮滚齿刀具，如某型号结构图如图2所示，面齿轮齿数为160，齿深为2.4mm，面齿轮内外直径分别为

渐开线直齿轮齿数为24，模数为1.0583mm，压力角为20°，面齿轮与渐开线直齿轮轴夹角为90°。

下面按照本发明方法流程，逐步说明应用本发明的实例过程：

根据步骤(1)所述，选取面齿轮齿数N₂＝160；渐开线直齿轮齿数N₁＝24，模数m＝1.0583mm，压力角α＝20°，加工精度等级为6级；渐开线直齿轮与面齿轮的轴交角γ＝90°。

根据步骤(2)所述，确定面齿轮渐开线直齿插齿刀齿数为N_s＝26。

根据步骤(3)所述，推导面齿轮齿面方程的过程如下：

1)面齿轮滚齿加工坐标系的建立

面齿轮、直齿轮刀具、滚刀三者之间是相互啮合的，如图3所示，其中直齿轮刀具和滚刀之间可看作内啮合，既假想在瞬时传动的每一时刻，滚刀上始终有一点与直齿轮刀具速度矢量相同。因为，直齿轮刀具与面齿轮的对滚运动就能得到面齿轮的齿面，同理，将滚刀与面齿轮作相互旋转运动，与此同时滚刀再作轴向和径向进给就可展成出相同的面齿轮齿面。为此建立圆柱齿轮与滚刀的啮合坐标系如图4所示：

面齿轮滚齿加工可采用以下5个坐标系：分别与圆柱小齿轮和滚刀一同转动的两个坐标系S_s(x_s，y_s，z_s)和S_w(x_w，y_w，z_w)，分别与圆柱小齿轮和滚刀初始位置固联的两个固定坐标系S_a(x_a，y_a，z_a)和S_c(x_c，y_c，z_c)，辅助坐标系S_b(x_b，y_b，z_b)。坐标原点O_w、O_b、O_c重合，O_s与O_a重合；z_a和z_s同轴，为圆柱小齿轮转动轴线；z_w与z_c同轴，为滚刀的转动轴线。x_a、x_b、x_c在同一直线上。

图4中：E_ws-滚刀和直齿小齿轮中心距；γ_ws-滚刀和直齿小齿轮的轴交角；λ_w-滚刀的导程角；ψ_s，ψ_w为直齿小齿轮和滚刀的转角。且满足：

$\frac{{\mathrm{\ψ}}_s}{{\mathrm{\ψ}}_w}=\frac{n_w}{n_s}---\left(1\right)$

γ_ws＝90°±λ_w    (2)

n_s为直齿轮刀具的齿数、n_w为滚刀头数、λ_w为滚刀的螺旋升角，正负号分别对应着右旋滚刀和左旋滚刀。

2)渐开线直齿轮刀具齿面方程

图5为圆柱小齿轮齿面渐开线坐标系，圆柱小齿轮渐开线齿面向量方程为：

$\stackrel{\→}{r_s}(u_s,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})=\left[\begin{array}{c}\±r_{\mathrm{bs}}[\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}\cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})]\\ -r_{\mathrm{bs}}[\cos ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}\sin ({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{os}}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})\\ u_s\\ 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

${\stackrel{\→}{n}}_s=\left[\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{+}\cos ({\mathrm{\θ}}_{0s}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})\\ -\sin ({\mathrm{\θ}}_{0s}+{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})\\ 0\end{array}\right]---\left(4\right)$

图5中：r_bS为刀具渐开线基圆半径，u_s为刀具齿面上一点的轴向参数；θ_os为刀具渐开线上一点的角度参数。u_s和θ_ks为渐开线齿面的参数，

N_s为刀具齿数，α为刀具压力角。

3)面齿轮滚刀型面基本方程

根据图4得到从圆柱小齿轮坐标系到滚刀坐标系的坐标转换矩阵M_ws(ψ_s)如下：

$\left[M_{w,s}\right]=\left[\begin{array}{cccc}{K}_1& K_3& \sin {\mathrm{\ψ}}_w\cos {\mathrm{\λ}}_w& E_{\mathrm{ws}}\cos {\mathrm{\ψ}}_w\\ K_2& K_4& -\cos {\mathrm{\ψ}}_w\cos {\mathrm{\λ}}_w& E_{\mathrm{ws}}\sin {\mathrm{\ψ}}_w\\ \sin {\mathrm{\ψ}}_s\cos {\mathrm{\λ}}_w& \cos {\mathrm{\ψ}}_s\cos {\mathrm{\λ}}_w& -{\sin \mathrm{\λ}}_w& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中：

K₁＝cosψ_scosψ_w+sinψ_ssinψ_wsinλ_w

K₂＝cosψ_ssinψ_w-sinψ_scosψ_wsinλ_w

K₃＝-sinψ_scosψ_w+cosψ_ssinψ_wsinλ_w

K₄＝-sinψ_ssinψ_w-cosψ_scosψ_wsinλ_w

已知渐开线圆柱小齿轮的型面方程和已建立滚齿加工原理坐标系，通过坐标转化原理可获得滚刀型面方程：

$r_w(u_s,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}},{\mathrm{\ψ}}_s)=M_{\mathrm{ws}}\left({\mathrm{\ψ}}_s\right)*r_s(u_s,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}})=\left\{\begin{array}{c}{x}_w=\±r_{\mathrm{bs}}({B\cos \mathrm{\ψ}}_w+{E\sin \mathrm{\ψ}}_w{\sin \mathrm{\λ}}_w)+\\ u_s\sin {\mathrm{\ψ}}_w\cos {\mathrm{\λ}}_w+E_{\mathrm{ws}}\cos {\mathrm{\ψ}}_w\\ y_w=\±r_{\mathrm{bs}}({B\sin \mathrm{\ψ}}_w\±{D\cos \mathrm{\ψ}}_w\sin {\mathrm{\λ}}_w)-\\ u_s\cos {\mathrm{\ψ}}_w\cos {\mathrm{\λ}}_w+E_{\mathrm{ws}}\sin {\mathrm{\ψ}}_w\\ z_w=-r_{\mathrm{bs}}D\cos {\mathrm{\λ}}_w-u_s\sin {\mathrm{\λ}}_w\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中：A＝θ_ks+θ_os±ψ_s；B＝sin A-θ_kscos A；C＝sin A+θ_kscos A；D＝cos A+θ_kssin A；

$E=\cos A\stackrel{\‾}{+}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}\sin A.$

已知滚刀与圆柱渐开线直齿轮刀具的内啮合满足啮合方程式：

$(\frac{{\∂r}_w}{{\∂u}_s}\×\frac{{\∂r}_w}{{\∂\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}})\·\frac{{\∂r}_w}{{\∂\mathrm{\ψ}}_s}=f_{\mathrm{ws}}(u_s,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}},{\mathrm{\ψ}}_s)=0---\left(7\right)$

将(6)带入(7)得到：

$\left\{\begin{array}{c}f(u_s,{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}},{\mathrm{\ψ}}_s)=r_{\mathrm{bs}}-K_5-N_s{u}_s\cos {\mathrm{\λ}}_w\sin {\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{ks}}=0\\ K_5=N_s\sin {\mathrm{\λ}}_w(r_{\mathrm{bs}}+E_{\mathrm{ws}}\cos {\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{ks}})\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中，ψ_ks＝ψ_s+(θ_ks+θ_os)

4)滚刀和直齿轮刀具中心距E_ws的计算

根据式(2)知，确定λ_w的值就可计算出轴交角的大小。λ_w由面齿轮面、直齿轮刀具面和滚刀面(∑_s、∑₂、∑_w)的瞬时接触情况分析得到的。假设三个型面某一瞬时在P点相互相切，且∑_s、∑₂、∑_w三个面都通过P点。瞬时接触图如图6。

由图6可知，在P点直齿轮刀具与滚刀瞬时啮合，由啮合原理可知，P点在两个刀面上的相对速度与直齿轮刀具的矢量方向垂直，即点积为0。建立公式如下：

$\stackrel{\→}{n_s}.\stackrel{\→}{{v_p}^{(s,w)}}=0---\left(9\right)$

已知P点，则滚刀型面和直齿轮刀具面上的相对速度

表达式如下：

$\stackrel{\→}{{v_p}^{(s,w)}}=\stackrel{\→}{v_{\mathrm{sp}}}-\stackrel{\→}{v_{\mathrm{wp}}}=w_{\mathrm{sp}}{k}_{\mathrm{sp}}\×r_{\mathrm{sp}}-w_{\mathrm{wp}}{k}_{\mathrm{wp}}\×r_{\mathrm{wp}}---\left(10\right)$

其中：

r_wp＝r_sp+E_ws.i_so    (11)

由坐标转换原理可知：

k_wp＝cosλ_w.sinψ_s.i_sp+cosλ_w.cosψ_s.j_sp-sinλ_w.k_sp    (12)

P点在直齿轮刀具坐标系中的向量表达式为：r_sp＝[r_ps 0 0]^T

其中r_ps为直齿轮刀具的节圆半径。

将上述几式(11)、(12)代入(10)可得：

$\stackrel{\→}{{v_p}^{(s,w)}}=w_{\mathrm{sp}}.\left[\begin{array}{c}0\\ -r_{\mathrm{ps}}+N_s.(r_{\mathrm{ps}}+E_{\mathrm{ws}}).\sin \\ N_s.\cos {\mathrm{\λ}}_w.(r_{\mathrm{ps}}+E_{\mathrm{ws}})\end{array}{\mathrm{\λ}}_w\right]---\left(13\right)$

将式(4)、(13)代入(9)可得：

sinλ_w＝r_ps/N_s.(E_ws+r_ps)    (14)

E_ws＝r_ps/N_s.sinλ_w-r_ps    (15)

由上式可以计算直齿轮刀具和滚刀轴心距的大小，轴心距E_ws的值决定了滚刀直径的大小。

5)面齿轮滚刀型面边界限制条件

面齿轮滚齿加工过程中，接触点沿着刀具齿面和与圆柱齿轮齿面移动的速度

和满足下列方程：

其中为接触点的相对移动速度。当

时，滚刀型面出现根切。即滚刀型面出现根切的条件为：

$\stackrel{\→}{v_r^s}+\stackrel{\→}{v_r^{\mathrm{sw}}}=0---\left(16\right)$

考虑啮合微分方程：

$\frac{\∂f}{\∂s}\frac{{\mathrm{du}}_s}{\mathrm{dt}}+\frac{\∂f}{{\∂\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}}\frac{d{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ks}}}{\mathrm{dt}}+\frac{\∂f}{{\∂\mathrm{\ψ}}_s}\frac{d{\mathrm{\ψ}}_s}{\mathrm{dt}}=0---\left(17\right)$

为了求出滚刀型面不发生根切的临界尺寸，可求根切界限与圆柱小齿轮齿顶圆的交点对应的φ_ks

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{ks}}=\frac{\sqrt{r_{\mathrm{as}}^2-r_{\mathrm{bs}}^2}}{r_{\mathrm{bs}}}---\left(18\right)$

其中：r_as为圆柱小齿轮齿顶圆半径。

将(18)带入(16)、(17)式进而可求出发生根切界限ψ_s。

根据步骤(4)所述，取滚刀滚刀导程角λ_w＝1°，头数N_w＝1。采用右旋，经过计算得到面齿轮部分型值点的坐标如图7所示。

根据步骤(5)所述，本例借助于三维造型软件UG建立滚刀基本蜗杆模型的过程如下：

1)已知刀位数据点的数据文件，打开UG系统，单独建立文档，进入建模模式，点击工具栏中的插入样条曲面功能按钮，通过点建立曲线。

2)建立样条曲线后，通过曲线拟合功能得到，一个滚刀型面，如图8所示。

3)同理，可求得另一个滚刀型面，运用曲线拟合方法，建立滚刀的另一个型面，再通过UG软件的曲面缝合、裁剪等功能得到滚刀的完整型面图，如图9所示。

4)得到滚刀型面后，进行三维实体建模，由曲面网格、曲面桥接、求交、剪切、缝合等功能得到滚刀的三维整体模型如图10所示。

根据步骤(6)所述，根据滚刀设计标准，面齿轮滚刀其他参数确定过程如下：

1)整体齿轮滚刀的基本尺寸

滚刀模数m＝1.0583，滚刀顶圆直径d_a0＝63.6，滚刀常用铲削量选择I型。导程角为1°；容屑槽数Z_R＝16，滚刀精度等级选择AA级。

2)滚刀齿形尺寸

齿顶高其中

为齿顶高系数，取1，c′为顶隙系数，取0.25。

齿根高h_fo＝1.25m＝1.25×1.0583＝1.323mm。

齿全高h₀＝h_fo+h_ao＝2.65mm；

分圆直径d₀＝d_a0-2h_a0-(0.2～0.4)K＝59.96mm；

分度圆螺旋升角

其中z₀为滚刀头数。

法向齿距p_0n＝πm＝3.14×1.0583＝3.323mm；

轴向齿距 $p_{0x}=\frac{p_{0n}}{\cos {\mathrm{\λ}}_0}=3.323\mathrm{mm}$

法向齿厚

其中，S_n为被切齿轮法向弧齿厚，Δ为刃磨量，当模数为1.0583时，取为0.25。

轴向齿厚 $S_{0x}=\frac{S_{0n}}{\cos {\mathrm{\λ}}_0}=1.41237\mathrm{mm};$

3)滚刀切削部分尺寸

a.铲削量

滚刀顶刃后角一般取10°-12°，取α₀＝12°。

滚刀第一铲削量

查表取第二铲削量K₁＝4。

b.侧刃后角

滚刀分度圆压力角α_n＝20°，

所以侧刃后角α_c0＝4.158°(α_c0不应小于3°)

c.容屑槽深度

$H=h_0+\frac{K+K_1}{2}+(0.5~1)=6.5$

d.容屑槽底圆半径

$R=\frac{\mathrm{\π}(d_{a0}-2H)}{10Z_R}\≈1$

e.槽形角

一般取θ＝25°

4).轴台尺寸

轴台直径D＝d_a0-2H-(1～2)＝49。

轴台高度a＝5。

综上，可以设计出面齿轮滚刀工程图，如图11所示。滚刀实物图如图12所示。

总之，本发明以空间曲面啮合原理和面齿轮滚齿加工原理为基础，建立了一套完整的面齿轮滚刀设计方法。应用本发明方法设计的滚刀，提高了面齿轮加工精度和效率，并且可以重复刃磨，提高了刀具的使用寿命。本发明适用于各种面齿轮滚齿加工的刀具的设计，为面齿轮加工提供了一种刀具设计方法。

Claims (9)

1.基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于步骤如下：

(1)选取面齿轮以及与面齿轮啮合的渐开线直齿轮的基本参数。

(2)根据点接触面齿轮传动原理，确定面齿轮插齿加工刀具齿数。

(3)分析建立面齿轮滚齿原理，建立面齿轮滚齿加工坐标系。

(4)根据面齿轮插齿刀齿面方程及插齿刀齿面参数，建立面齿轮滚刀型面基本方程。

(5)分析研究面齿轮滚刀型面边界限制条件，建立面齿轮滚刀型面参数取值范围。

(6)根据面齿轮滚刀型面方程和滚刀型面参数取值范围，将面齿轮滚刀型面方程数值离散化，得到滚刀型面型值点。

(7)通过离散数字化曲面啮合，建立面齿轮滚刀蜗杆基本模型。

(8)根据面齿轮加工精度，确定出面齿轮滚刀精度等级，根据面齿轮滚刀基本参数，确定面齿轮滚刀其他切削参数，设计了可重复刃磨的面齿轮滚刀工程图。

2.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中面齿轮基本参数是指面齿轮齿数，渐开线直齿轮齿面参数是指齿数、模数、压力角。

3.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中点接触面齿轮传动原理是：对于理论上是线接触的面齿轮传动，由于各种误差的影响，接触面会发生偏移，从而导致不所希望的边缘接触。为了避免这种情况，所使用的齿轮插刀的齿数要比圆柱齿轮的齿数多些(1～3)，这将使接触区局部化，成为点接触面齿轮传动。

4.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中面齿轮滚齿原理是指：面齿轮、直齿轮插齿刀具、滚刀三者之间是相互啮合的，其中直齿轮插齿刀具和滚刀之间可看作内啮合，既假想在瞬时传动的每一时刻，滚刀上始终有一点与直齿轮刀具速度矢量相同。因为，直齿轮插齿刀具与面齿轮的对滚运动就能得到面齿轮的齿面，同理，将滚刀与面齿轮作相互旋转运动，与此同时滚刀再作轴向和径向进给就可展成出相同的面齿轮齿面；面齿轮滚齿坐标系是指基于面齿轮滚齿原理建立的面齿轮滚齿加工坐标系。

5.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中面齿轮插齿刀齿面方程是指渐开线直齿轮齿面方程，插齿刀齿面参数是指渐开线基圆半径、渐开线角度参数、渐开线齿面参数、渐开线齿面轴向参数，滚刀型面方程为这些参数的函数。

6.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中滚刀型面边界限制条件是指：面齿轮滚刀不发生齿根根切的边界限制条件。

7.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中滚刀型面方程数值离散化是指：在型面参数在取值范围内离散，然后对应的求取滚刀型面离散点。

8.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(7)中滚刀蜗杆基本模型是通过将型面离散点通过样条曲线连接，然后生成面进而生成体完成的。

9.根据权利要求1所述的基于可重复刃磨的面齿轮滚刀设计方法，其特征在于：所述步骤(8)中滚刀切削参数是指：铲削量、侧刃后角、容屑槽深度、容屑槽底圆半径、槽形角以及齿距、齿厚、分度圆螺旋升角等。

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