CN102528176A

CN102528176A - 基于延伸全齿高强度设计的单头错齿微小型滚刀

Info

Publication number: CN102528176A
Application number: CN2012100092752A
Authority: CN
Inventors: 王西彬; 刘佳; 纪广波; 解丽静; 焦黎; 刘志兵; 周家花
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-07-04

Abstract

微小型滚刀的合理设计是加工出高精度微小型齿轮的基础和前提。为了解决模数m_n≤0.05mm的齿轮滚刀的齿根铲磨难、尺寸缩小以后加工误差变大的问题，本发明首次提出了一种新结构微小型齿轮滚刀——延伸单头错齿微小型滚刀，并且基于强度理论设计计算延伸齿的全齿高，该种微小型滚刀相比普通滚刀而言，其齿高向滚刀内部延伸，容屑槽加深，以增大容屑空间，齿距增大一倍，使滚刀易于铲磨，制备误差小，齿部强度、刚度提高；相比因制备工艺简单而在多头滚刀的基础上提出的普通错齿滚刀而言，由于其采用单头结构，所以大大提高了所加工齿轮的齿面光洁度和制造精度；相比跳齿加工法而言，加工效率及精度都大大提高，且在不用调整分度的情况下就可以加工出任意齿数的、符合要求的、高强度材料的微小型渐开线齿轮。

Description

基于延伸全齿高强度设计的单头错齿微小型滚刀

技术领域

本发明涉及一种新结构错齿滚刀的设计方法，是专门针对模数m≤0.05mm的微小型渐开线齿轮的高精加工而进行的滚刀结构的创新设计。

背景技术

模数小于0.1mm的齿轮一般称为微小型齿轮，在航空、航天、兵器等领域中的微小型精密传动、精密仪器、灵巧机构及微机电系统中，经常使用这种微小型齿轮。微小型齿轮的加工精度将直接影响系统总体的精度和性能。

滚齿是目前齿轮加工中用的较多的一种加工方法，生产效率高，使用普遍。滚刀和滚齿设备是滚齿加工方法的核心组成部分，是保证齿轮加工齿形精度的关键。微小型滚刀的合理设计是加工出高精度微小型齿轮的基础和前提。

模数大于或等于0.1mm的滚刀，可以通过查询国家标准、运用传统公式进行设计，但是对于模数小于0.1mm的滚刀，它与普通滚刀有很大的区别。当滚刀尺寸缩小以后，齿根部铲磨愈加困难，加工误差变大，而且微型滚刀寿命短，磨损以后不易重磨。因此对于微小型滚刀的设计，解决上述问题仍是一个难题。

发明内容

针对微小型滚刀齿根部铲磨困难、尺寸缩小以后加工误差变大及其寿命短、磨损以后不易重磨的缺点，提出一种新结构微小型齿轮滚刀——延伸单头错齿微小型滚刀，并且基于强度理论设计计算延伸齿的全齿高，其基本原理为滚刀采用单头结构，滚刀齿长向滚刀内侧延伸，每隔一个刀齿去掉一个刀齿。如附图1所示，图(a)为延伸单头错齿微小型滚刀第2i排刀齿的法向截形与正常齿滚刀的法向截形对比图，图(b)为延伸单头错齿微小型滚刀第2i+1排刀齿的法向截形与正常齿滚刀的法向截形对比图，由图可知，延伸单头错齿微小型滚刀的法向齿距是正常齿滚刀法向齿距的两倍。

附图说明

附图1为延伸单头错齿微小型滚刀与正常齿单头滚刀法向齿形对比图。

附图2为模数0.05mm延伸单头错齿微小型滚刀法向齿形图。

附图3为滚刀单个刀齿受力的三个方向分力的示意图。

附图4为滚刀刀齿xy平面内的受力简图，b_a为刀齿齿顶宽，b_f为刀齿齿根宽，h₀为刀岗全齿高。

附图5为滚刀刀齿yz平面内的受力简图，a_α为顶刃后角。

具体实施方式

本发明以加工下述参数的渐开线齿轮为例进行延伸单头错齿滚刀的结构设计：

模数m_n＝0.05mm，变位系数ξ＝0，螺旋升角β＝0°，分度圆压力角α_n＝20°，齿顶高系数径向间隙系数c^*＝0.35，厚度B＝0.4mm。

采用延伸单头错齿法设计所需结构的微小型齿轮滚刀，滚刀材料为YG6X，设计出的滚刀法向齿形如附图2所示，齿高向滚刀内侧延伸，虽然“延伸齿”的思想类似于非全切式滚刀，但传统的非全切式齿轮滚刀全齿高取值只是借助经验公式，并未给出其取值的理论解释，在此给出延伸单头错齿微小型滚刀全齿高h₀的理论推导计算过程如下：

将滚刀刀齿简化为附图3所示的悬臂梁，在附图4、附图5中，根据强度理论，可以推导出

h_{0} < \frac{{2 b}_{f} {({f \sin k}_{γ} \cos θ)}^{2} [τ]}{{3 \tan a}_{α} \sqrt{{F_{x}}^{2} + {F_{z}}^{2}}}

式中，f为进给量，k_γ为主偏角，θ为剪切角，[τ]为许用剪切应力。

滚齿切削用量f＝0.03mm/r，切削速度υ＝1m/s，则滚刀所受切削力约为F_z＝3.2N，F_y＝1.5N，F_x＝1.2N。

则延伸单头错齿微小型滚刀全齿高h₀＜0.1534mm，而全切式正常齿滚刀全齿高h＝h_a+h_f＝(1+0.35)m_n+m_n＝2.35m_n＝0.1175mm，则h₀的取值范围应在0.1175～0.1534mm之间，为了增大容屑空间，同时提高齿部强度、刚度，所以取h₀＝0.15mm。

经过计算得出延伸单头错齿微小型滚刀参数如表1所示。

表1延伸单头错齿微小型滚刀设计参数表

Claims

一种m≤0.05mm的新结构微小型齿轮滚刀，该种滚刀的结构设计涉及以下内容：

1.在一定的切削用量范围内，基于强度理论提出一种微小型非全切式滚刀全齿高的优化计算方法，通过该方法得出的全齿高与由经验公式得出的非全切式滚刀全齿高相比，其齿高向滚刀内部延伸，从而更易于滚刀齿根部铲磨，同时可以保证刀齿切削角度和齿廓精度，并且可以提高齿部强度和刚度。
2.一种新结构错齿滚刀，其区别于普通错齿滚刀的新特征：

(1)滚刀基本蜗杆为单头螺旋线。

(2)滚刀的容屑槽数为偶数。