CN102059597B - 一种硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，利用计算机开发语言开发插齿刀的建模程序，生成应用于负倒棱加工的插齿刀模型，在数控加工中心生成插齿刀渐开线倒棱的数控加工程序；通过加工中心的数控补偿功能自动实现倒棱运动轨迹，采用金刚石磨头，一次走刀完成所有齿的齿侧和齿顶的倒棱，连续完成倒棱加工。采用该方法加工的硬齿面插齿刀的负倒棱，具有使刀具刀刃强度高、不易崩刀刃、延长刀具寿命、可控制刃形误差等特点。

Description

一种硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法

技术领域

本发明涉及一种硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，属于刀具加工领域。

背景技术

目前，硬齿面齿轮插齿刀负倒棱的加工方法通常采用：(1)飞刀倒棱法，通过简单的传动机构使飞刀每转一周刀具转过一个齿距，当飞刀经过插齿刀时，将插齿刀一侧刀刃倒棱。(2)圆片砂轮自动倒棱法，固定砂轮，使其除旋转外，还按一定力矩浮动地压在刀具上，当刀具旋转时，由于径向磨削力的变化，使砂轮轴产生一定程度的摆动，保证砂轮沿刀具刀刃接触，当刀具旋转一周时，即完成倒棱。(3)蜗杆式砂轮倒棱法，利用砂轮的旋转带动刀具旋转，在其旋转过程中，由于砂轮安置得只与刀具刃部接触，实现倒棱目的。(4)端铣连续分度倒棱法，刀盘上装有一个或两个刀片，当刀盘旋转时，刀盘每转一周，刀具转过一个或两个刀齿距，刀片切出倒棱。(1)、(4)两种方法分段加工倒棱，存在接刀痕，需要进行修磨，对于前刀面底刃不易倒棱，倒出的棱宽宽度不一致，存在精度差；(2)、(3)两种方法加工倒棱，可连续倒棱，由于砂轮摆动，倒出的棱宽宽度不一致，存在精度差，同时棱面平面度差，棱面为弧形面。

综合上述几种加工方法可以看出其不足之处是：这几种方法加工出的倒棱，不能形成严格的渐开线，存在理论齿形误差，倒棱宽度的加工精度差，棱面的平面度差。倒棱宽度的加工精度差，一种是导致刃形误差，在进行齿轮加工时，降低了齿面加工精度；另一种是导致刀刃部强度不均匀，插齿时刀刃局部受力过大，使刀刃产生崩刃，降低刀具使用寿命，两种缺陷可同时存在。棱面平面度差，切削压强降低，加工效率降低，加工精度不易满足要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中倒棱宽度的加工精度差、棱面精度精度差以及加工效率低的缺陷，提供一种可以通过一次走刀完成硬齿面齿轮插齿刀所有齿的齿侧和齿顶的倒棱、倒棱加工精度高的硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

利用计算机开发语言开发插齿刀的建模程序，输入基本参数信息，包括插齿刀的齿数、模数、压力角、齿高、前刀面变位系数、公法线跨齿数、公法线长度、高度，计算齿顶圆、齿根圆、渐开线起始圆直径，并允许用户修改，输入齿槽定位角度，计算干涉极限磨削半径，输入磨削半径，生成应用于负倒棱加工的插齿刀模型，在数控加工中心生成插齿刀渐开线倒棱的数控加工程序；检验插齿刀表面平行度；确定插齿刀中心位置；确定插齿刀的周向位置，完成工件定位；输入工件实际周向位置参数，计算磨削半径干涉极限、生成磨头中心轨迹投影，通过加工中心的数控补偿功能自动实现倒棱运动轨迹，采用金刚石磨头，一次走刀完成所有齿的齿侧和齿顶的倒棱，连续完成倒棱加工。

所述的金刚石磨头由圆柱体的夹持部分和圆锥体的磨削部分组成，圆锥体磨削时其与插齿刀接触部分的回转半径小于其与插齿刀接触部分与相邻齿的对称部分的距离。

检验插齿刀表面平行度时，将测量计算出的插齿刀前刀面倾斜角度利用计算机软件生成的刀轨曲线绕y轴同向倾斜相同的角度，以矫正前刀面的倾斜带来的误差。

确定插齿刀的周向位置时，选取3个以上齿槽，测量各个齿槽中心实际角位置与计算机建立的插齿刀模型各个齿槽中心的角位置之差，按其各个角度差的平均值旋转模型后使之与工件的实际位置一致，以减小随机误差带来的影响。

磨削结束后磨头高度不变，让磨头沿最后的原路径再做几次走刀，以光整磨削表面。

本发明的优点是：采用该方法加工的硬齿面插齿刀的负倒棱，具有在加工精度、加工效率、加工柔性等方面均优于原有的加工方法，使刀具刀刃强度高、不易崩刀刃、延长刀具寿命、可控制刃形误差，适用于硬齿面插齿刀负倒棱的加工。

附图说明

图1是插齿刀数控加工建模程序框图；

图2是插齿刀的刃面关系的平面示意图；

图3是插齿刀的刃面关系的立体示意图；

图4是插齿刀的周向位置确定方法示意图；

图5是金刚石磨头示意图；

图6是图5的左视图；

图7是本发明的加工方法示意图。

具体实施方式

如图2、图3所示为插齿刀的刃面关系示意图，硬质合金插齿刀前角通常为零，前刀面为平面，而后角不为零，后刀面为渐开线螺旋面，故以垂直于轴线的平面截插齿刀，得到的截面形状并不相同，不同截面相当于不同变位系数的渐开线齿轮。在插齿刀切削刃上一点沿切削刃的法平面截插齿刀的齿，形成法截面如图2所示，x方向为切削刃的法向，y方向为插齿刀轴向。其中DOB为未倒棱前法截面形状。倒棱的结果是沿切削刃去除一部份材料。如果采用严格的渐开线倒棱，沿切削刃材料的去除深度是均匀的，最后形成的新切削刃仍然是渐开线，只是位置相对于原来的渐开线有微小的变化，因而倒棱后的插齿刀并不存在理论齿形误差，只是由于齿侧渐开线彼此靠近，变位系数有一定的减小，可形成高精度的倒棱切削刃。

通常采用的倒棱加工方法，倒棱刀具的轨迹不是严格的渐开线，由于不均匀的刀轨法向误差δp的存在，材料的去除深度并不均匀，新切削刃投影并不是渐开线，因而具有理论齿形误差。根据插齿加工的原理可以知道，插齿刀切削刃的投影与被加工齿轮齿廓是一对啮合齿轮，加工过程中二者在各个啮合点上依次相切，具有公共法线，若插齿刀切削刃投影在一点A处的法向误差为δe，则在被加工齿轮对应啮合点上齿廓的法向误差与其绝对值相等而方向相反，为-δe。故插齿刀各点δe的大小决定了倒棱对被加工齿轮精度的影响。

本发明采用计算机进行插齿刀建模，确定渐开线，生成刀具轨迹。在数控加工中心上，检验插齿刀表面平行度，确定插齿刀中心位置，如图4所示方法确定插齿刀的周向位置，用图5、图6所示的金刚石磨头(刀具)底部锥面上不同半径的部位，按图7所示进行倒棱加工，图7中1是金刚石磨头(刀具)，2是倒棱轨迹(刀具运动轨迹)，3是被加工的硬齿面齿轮插齿刀。本发明采用的金刚石磨头的回转半径远小于普通砂轮，磨削线速度较低，工作部分制成锥面，选用半径较大的位置进行磨削有利于增加磨削的线速度，提高倒棱加工的效率和质量。

实施例：

1、完成计算机建模，生成数控加工程序

利用计算机开发语言在486计算机及其兼容机上开发插齿刀的建模程序，输入插齿刀的模数、齿数、压力角、前刀面变位系数等基本参数信息，生成应用于负倒棱加工的插齿刀模型，按生成的模型在数控加工中心上编制形成数控加工程序。

2、检验插齿刀表面平行度

将插齿刀平放在工作台上，前刀面向上。将千分表吸在机床主轴上，将主轴大致移动到插齿刀中心处，控制机床z轴下降至表的触头与前刀面接触。转动主轴观察千分表读数，检查前刀面水平程度。由于前刀面水平程度影响加工时刀具在各处相对前刀面的下降深度，而倒棱宽度为深度的

倍，其中γ为负前角角度，故深度的微小误差会通过较小的负前角角度放大后反映在倒棱宽度上，若前刀面倾斜严重，会导致各齿倒棱宽度明显不均匀，甚至低点附近的齿没有加工到。因此若千分表读数跳动超过10μm则不能直接加工，在前刀面最高和最低处作记号，在高低两处底部垫塞尺将前刀面找平，也可将插齿刀高低点连线方向置于机床x方向，通过千分表读数跳动计算前刀面倾斜角度(

)，将CAM软件生成的刀轨曲线绕y轴同向倾斜相同的角度，以矫正前刀面的倾斜带来的误差。

3、确定插齿刀中心位置

用压板压住插齿刀的边缘位置，千分表吸在主轴上，调整机床使千分表的触头与插齿刀定位孔的内圆柱面接触，转动主轴分别观察千分表在四个象限点上的读数变化，微调机床的x/y轴，使得转动主轴时千分表的读数基本没有跳动，将此时的x/y位置设为工件坐标系的零点，中心定位完成。

4、确定插齿刀的周向位置

不动插齿刀周边的压板，用螺母压紧插齿刀的中心，确定压紧后再卸除插齿刀周边的压板，以确保整个过程中工件位置不发生移动。

插齿刀的周向定位以齿槽中心线为准。定位时千分表吸在主轴上，调整机床使得主轴中心大致位于一个齿槽的中心线上，转动主轴时千分表的触头能与两个齿的对侧后刀面分别接触。转动主轴，观察当触头接触后刀面时读数的最大跳动量，微调机床的x/y轴，使得触头接触两个齿的对侧后刀面时千分表读数的最大跳动相等，此时主轴中心位于所选齿槽的中心线上，记录此时的xy坐标值。

选取不同的齿槽，依照上述方法将主轴中心调整到齿槽中心线上，记录多组齿槽中心坐标，根据坐标可以计算出各齿槽中心线的实际角位置。齿轮建模时的初始位置是一个齿槽对准x轴正方向，根据分度关系可以知道齿轮在初始位置时各个齿槽中心的角位置。

如图4所示，实线齿廓代表工件的实际位置，点划线齿廓代表建模时齿轮的初始位置。选取的各个测量齿槽与初始模型的对应齿槽均相差一定角度，图中测量了4个齿槽，得到的角度差分别为θ1、θ2、θ3、θ4，这四个角度可以通过计算或在CAD/CAM软件上取点测量得到。理想情况下四个角度值应该相等，实际由于测量误差和插齿刀本身误差的影响，各个角度会有微小的差别。测量得到工件与模型的角度差后需要旋转模型使之与工件的实际位置一致。取各个角度差的平均值进行旋转操作，以减小随机误差带来的影响。

5、加工操作

完成上述程序编制、插齿刀表面平行度检验、确定插齿刀中心位置、确定插齿刀的周向位置后，定位工件位置。将磨头移动到磨削路径的起点，调整z轴使得磨头与插齿刀刀刃接近，之后走刀试切，每次走刀后将z轴下移一个磨削深度量，直到开始磨到插齿刀刀刃为止。

z轴总下降量由倒棱宽度决定，为倒棱宽度乘以tanγ，γ为负前角角度，按单次磨削深度分次走完总深度。磨削结束后不动z轴，让磨头沿最后的原路径再做几次走刀，达到光整磨削表面的目的。

采用本发明的加工方法，其倒棱宽度差可达到百分之一毫米的精度，而采用其它方法加工，其倒棱宽度差可达到十分之一毫米的精度。

Claims (4)

1.一种硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，其特征是：利用计算机开发语言开发插齿刀的建模程序，输入基本参数信息，包括插齿刀的齿数、模数、压力角、齿高、前刀面变位系数、公法线跨齿数、公法线长度、高度，计算齿顶圆、齿根圆、渐开线起始圆直径，并允许用户修改，输入齿槽定位角度，计算干涉极限磨削半径，输入磨削半径，生成应用于负倒棱加工的插齿刀模型，在数控加工中心生成插齿刀渐开线倒棱的数控加工程序；检验插齿刀表面平行度；确定插齿刀中心位置；确定插齿刀的周向位置，完成工件定位；输入工件实际周向位置参数，计算磨削半径干涉极限、生成磨头中心轨迹投影，通过加工中心的数控补偿功能自动实现倒棱运动轨迹，采用金刚石磨头，一次走刀完成所有齿的齿侧和齿顶的倒棱，连续完成倒棱加工。

2.根据权利要求1所述的硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，其特征是：所述的金刚石磨头由圆柱体的夹持部分和圆锥体的磨削部分组成，圆锥体磨削时其与插齿刀接触部分的回转半径小于其与插齿刀接触部分与相邻齿的对称部分的距离。

3.根据权利要求1所述的硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，其特征是：检验插齿刀表面平行度时，将测量计算出的插齿刀前刀面倾斜角度利用计算机软件生成的刀轨曲线绕y轴同向倾斜相同的角度，以矫正前刀面的倾斜带来的误差。

4.根据权利要求1所述的硬齿面插齿刀负倒棱的加工方法，其特征是：确定插齿刀的周向位置时，选取3个以上齿槽，测量各个齿槽中心实际角位置与计算机建立的插齿刀模型各个齿槽中心的角位置之差，按其各个角度差的平均值旋转模型后使之与工件的实际位置一致。

Images