CN109304524B - 一种凸角型滚刀及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种凸角型滚刀及其制作方法，主要解决当齿轮参数中SAP圆与Df圆差值过大时，现有凸角型渐开线滚刀的制作方法无法有效的保证SAP、Df与齿根厚度的问题。凸角型滚刀包括依次设置的齿顶圆弧、直线切削刃、过渡切削刃和主切削刃，直线切削刃与主切削刃平行设置，且直线切削刃与齿顶圆弧相切设置。同时，本发明还提供一种上述凸角型滚刀的制作方法：1)获取齿轮已知参数；2)根据步骤1)的参数计算凸角型滚刀参数；3)根据步骤2)获取的参数加工凸角型滚刀。

Description

一种凸角型滚刀及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种滚刀技术，具体涉及一种凸角型滚刀及其制作方法。
背景技术
在凸角型渐开线滚刀的设计中，凸角部分的参数设计，必须同时保证产品加工后具有符合设计要求的滚齿渐开线起始圆直径(SAP)、齿根圆直径(Df)和齿根厚度。当产品参数中要求的SAP与Df差值过大，超过齿全高的20％以上时，按照传统的滚刀制作方法，同时保证SAP、Df和齿根厚度是不可能的。现有普遍采用的妥协制作方法有两种：一种如图1、图2所示，降低SAP直径，来保证Df与齿根厚度，此种方式会使产品过渡曲线的长度减小、曲率增加，增加应力集中的风险，与产品设计要求不符；另一种如图3、图4所示，增加滚刀的凸角厚度d，此种方式虽能保证Df与SAP，但会使产品的齿根齿厚减小，降低了齿轮的齿根弯曲强度，增加齿轮的断齿风险。
发明内容
本发明的目的是解决现有凸角型渐开线滚刀的制作方法无法同时有效保证SAP、Df与齿根厚度的问题，提供一种根据已知齿轮参数要求，计算出设计参数的凸角型滚刀，以及该凸角型滚刀的制作方法。
本发明的技术方案是：
一种凸角型滚刀，包括依次设置的齿顶圆弧、直线切削刃、过渡切削刃和主切削刃，所述直线切削刃与主切削刃平行设置，且直线切削刃与齿顶圆弧相切设置；
所述直线切削刃下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离为b；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
其中，Ha0为齿轮齿根高；
αt为齿轮端面压力角；
d1为齿轮分度圆直径；
ρtmin为齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径；
ΔL为齿轮滚齿超越量；
所述直线切削刃与主切削刃的平行距离为d，
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)其中，
dwH为齿轮有效渐开线起始圆的直径；
db为齿轮分度圆直径；
αbw为齿轮dwH圆上齿槽宽应圆心角的一半；
hg为滚刀凸角起始位置到滚刀节线的距离；
αn为齿轮法向压力角；
ewhs为齿轮dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值；
β1为齿轮分圆螺旋角；
所述滚刀凸角齿顶圆弧的半径值为R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
其中，S0n为齿轮法向分圆齿槽宽；
αn为齿轮法向压力角；
所述直线切削刃的上端与齿顶圆弧的顶端的垂直距离为a；
a＝R×(1-sin(αn))
其中，R为滚刀齿顶圆弧半径；
所述过渡切削刃的下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离为c；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
其中，α'n为滚刀过渡切削刃法向压力角。
同时，本发明还提供一种凸角型滚刀的制作方法，包括以下步骤：
1)获取齿轮已知参数；
齿轮齿根高Ha0、齿轮端面压力角αt、齿轮分度圆直径d1、齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径ρtmin、齿轮滚齿超越量ΔL、齿轮有效渐开线起始圆的直径dwH、齿轮分度圆直径db、dwH圆上齿槽宽对应圆心角的一半为αbw、齿轮法向压力角αn、dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值为ewhs、齿轮分圆螺旋角β1、齿轮分圆齿槽宽S0n；
2)根据步骤1)的参数计算凸角型滚刀参数；
2.1)直线切削刃下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离b；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
2.2)直线切削刃与主切削刃的平行距离d；
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)
2.3)滚刀凸角齿顶圆弧的半径值R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
2.4)直线切削刃上端与齿顶圆弧顶端的垂直距离a；
a＝R×(1-sin(αn))
2.5)过渡切削刃与齿顶圆弧顶端的垂直距离c；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
步骤2.1)到2.5)中，如后一步骤对参数的计算，依赖于上一步骤的参数，则相互之间具有先后顺序；如后一步骤对参数的计算，不依赖于上一步骤的参数，则相互之间不具有先后顺序。
3)根据步骤2)获取的参数加工凸角型滚刀。
进一步地，滚刀过渡切削刃法向压力角α'n的值为xn-5。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.采用本发明方法制作滚刀，在加工的产品时，精确保证齿轮要求的渐开线起始圆直径(SAP)、齿根圆直径(Df)和产品齿根厚度；同时，不会使齿根过渡曲线长度减短，避免发生过渡曲线干涉的几率；由于凸角结构中所加直线与滚刀主切削刃平行，所以该段直线所加工产品的过渡曲线部分，与精加工齿面的渐开线平行，能最大程度的保证产品齿厚，保证齿轮的设计齿根弯曲强度。
2.本发明在凸角型渐开线滚刀的凸角结构中，增加一段与滚刀主切削刃平行的直线切削刃，上端与齿顶圆弧相切，下端延伸至产品要求的滚齿渐开线起始圆对应位置处。此种滚刀在加工产品时，能有效的保证滚齿SAP、Df与齿根厚度符合产品设计要求，且不会使产品的过渡曲线的长度减短，避免发生过渡曲线干涉的几率。
3.本发明增加的直线切削刃与滚刀主切削刃平行，所以直线切削刃所加工产品的过渡曲线部分，是精加工齿面的等距线，不会与精加工啮合线干涉，最大程度的保证齿根厚度和齿轮的设计齿根弯曲强度。
附图说明
图1为现有降低SAP直径的滚刀齿部形状示意图；
图2为使用降低SAP直径滚刀加工的产品齿部形状示意图；
图3为现有增加滚刀凸角厚度的滚刀齿部形状示意图；
图4为使用增加凸角厚度滚刀加工的产品齿部形状示意图；
图5为本发明凸角加直线结构示意图；
图6为本发明方法加工的产品齿部形状示意图；
图7为本发明凸角加直线滚刀制作方法相关参数示意图。
附图标记：1-齿顶圆弧，2-直线切削刃，3-过渡切削刃，4-主切削刃。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述：
本发明根据滚齿加工的展成原理，在滚刀的凸角结构中，增加一段与滚刀主切削刃平行的直线切削刃，由该段直线部分完成过渡曲线的大部分造型切削，采用这种滚刀结构加工的产品，能同时保齿轮设计要求的SAP、Df以及齿根厚度，并且不减小产品的过渡曲线长度，保证齿轮的齿根弯曲强度不降低。
增加的直线切削刃上端与齿顶圆弧相切，下端延伸至产品要求的滚齿渐开线起始圆对应位置处。采用此种形式的滚刀，在加工产品时，能有效的保证滚齿SAP、Df与齿根厚度符合产品设计要求，并且不会使产品的过渡曲线的长度减短；同时由于凸角结构中所加直线与滚刀主切削刃平行，所以该段直线所加工产品的过渡曲线部分，是精加工齿面的等距线，不会与精加工啮合线干涉，最大程度的保证齿根厚度，保证齿轮的设计齿根弯曲强度。
在已知齿轮设计参数中渐开线起始圆直径(SAP)与齿根圆直径(Df)差值过大的情况下，根据齿轮参数设计凸角型滚刀。
凸角加直线的滚刀设计方法除图7中标注参数外，其余参数的设计方法与传统设计方法相同。如图5、图6、图7所示的凸角型滚刀，包括依次设置的齿顶圆弧1、直线切削刃2、过渡切削刃3和主切削刃4，直线切削刃与主切削刃平行设置，且直线切削刃与齿顶圆弧相切设置；该滚刀具有保证加工后产品具有合适的渐开线起始直径、齿根挖根量以及产品要求的齿根圆直径。
直线切削刃下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离为b(滚刀凸角所加直线的终止高度b值)；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
其中，Ha0为滚刀齿顶高，等同于齿轮齿根高；
αt为齿轮端面压力角；
d1为齿轮分度圆直径；
ρtmin为齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径；
ΔL为齿轮滚齿超越量；
直线切削刃与主切削刃的平行距离为d(滚刀凸角厚度d值计算)，
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)
其中，
dwH为齿轮有效渐开线起始圆的直径；
db为齿轮分度圆直径；
αbw为齿轮dwH圆上齿槽宽对应圆心角的一半；
αn为齿轮法向压力角；
ewhs为齿轮dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值；
β1为齿轮分圆螺旋角；
滚刀凸角齿顶圆弧的半径值为R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
其中，S0n为滚刀法向齿厚，等同于齿轮分圆齿槽宽；
Ha0为滚刀齿顶高，等同于齿轮齿根高；
直线切削刃的上端与齿顶圆弧的顶端的垂直距离为a(滚刀凸角所加直线的起始高度a值计算)；
a＝R×(1-sin(αn))
其中，R为滚刀齿顶圆弧半径；
过渡切削刃的下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离为c(滚刀过渡切削刃终止高度c值计算)；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
α'n为滚刀过渡切削刃法向压力角，其值一般为(αn-5)。
同时，本发明还提供一种凸角型滚刀的制作方法，包括以下步骤：
1)获取齿轮已知参数；
齿轮齿根高Ha0、齿轮端面压力角αt、齿轮分度圆直径d1、齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径ρtmin、齿轮滚齿超越量ΔL、齿轮有效渐开线起始圆的直径dwH、齿轮分度圆直径db、dwH圆上齿槽宽对应圆心角的一半为αbw、齿轮法向压力角αn、dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值为ewhs、齿轮分圆螺旋角β1、齿轮分圆齿槽宽S0n；
2)根据步骤1)的参数计算凸角型滚刀参数；
2.1)直线切削刃下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离b；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
2.2)直线切削刃与主切削刃的平行距离d；
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)
2.3)滚刀凸角齿顶圆弧的半径值R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
2.4)直线切削刃上端与齿顶圆弧顶端的垂直距离a；
a＝R×(1-sin(αn))
2.5)过渡切削刃与齿顶圆弧顶端的垂直距离c；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
3)根据步骤2)获取的参数加工凸角型滚刀。
以上步骤中，步骤2.1)和步骤2.2)可不分先后顺序，步骤2.4)和步骤2.5)可不分先后顺序。
根据以上实施方式即可完成凸角加直线的滚刀设计。

Claims (4)

1.一种凸角型滚刀，其特征在于：包括依次设置的齿顶圆弧(1)、直线切削刃(2)、过渡切削刃(3)和主切削刃(4)，所述直线切削刃(2)与主切削刃(4)平行设置，且直线切削刃(2)与齿顶圆弧(1)相切设置；
所述直线切削刃(2)下端与齿顶圆弧(1)顶端的垂直距离为b；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
其中，Ha0为齿轮齿根高；
αt为齿轮端面压力角；
d1为齿轮分度圆直径；
ρtmin为齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径；
ΔL为齿轮滚齿超越量；
所述直线切削刃(2)与主切削刃(4)的平行距离为d，
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)
其中，
dwH为齿轮有效渐开线起始圆的直径；
db为齿轮分度圆直径；
αbw为齿轮dwH圆上齿槽宽应圆心角的一半；
hg为滚刀凸角起始位置到滚刀节线的距离；
αn为齿轮法向压力角；
ewhs为齿轮dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值；
β1为齿轮分圆螺旋角；
所述滚刀的凸角的齿顶圆弧(1)的半径值为R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
其中，S0n为齿轮法向分圆齿槽宽；
所述直线切削刃(2)的上端与齿顶圆弧(1)的顶端的垂直距离为a；
a＝R×(1-sin(αn))
其中，R为滚刀齿顶圆弧半径；
所述过渡切削刃(3)的下端与齿顶圆弧(1)顶端的垂直距离为c；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
其中，α'n为滚刀过渡切削刃法向压力角。
2.根据权利要求1所述的凸角型滚刀，其特征在于：滚刀过渡切削刃法向压力角α'n的值为αn-5。
3.一种凸角型滚刀的制作方法，用于制作如权利要求1或2所述的一种凸角型滚刀，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取齿轮已知参数；
齿轮齿根高Ha0、齿轮端面压力角αt、齿轮分度圆直径d1、齿轮渐开线起始圆对应的曲率半径ρtmin、齿轮滚齿超越量ΔL、齿轮有效渐开线起始圆的直径dwH、齿轮分度圆直径db、dwH圆上齿槽宽对应圆心角的一半为αbw、齿轮法向压力角αn、dwH圆与齿轮分圆对应的渐开线角差值为ewhs、齿轮分圆螺旋角β1、齿轮分圆齿槽宽S0n；
2)根据步骤1)的参数计算凸角型滚刀参数；
2.1)直线切削刃下端与齿顶圆弧顶端的垂直距离b；
b＝Ha0-sin(αt)×(d1×sin(αt)/2-ρtmin+ΔL)
2.2)直线切削刃与主切削刃的平行距离d；
d＝(dwH×sin(αbw)/2+hg×tan(αn)-d1×(αbw+ewhs)/2)×cos(β1)×cos(αn)
2.3)滚刀凸角齿顶圆弧的半径值R；
R＝(S0n×cos(αn)/2-Ha0×sin(αn)+d)/(1-sin(αn))
2.4)直线切削刃上端与齿顶圆弧顶端的垂直距离a；
a＝R×(1-sin(αn))
2.5)过渡切削刃与齿顶圆弧顶端的垂直距离c；
c＝b+d/(tan(αn)-tan(α′n))
α'n为滚刀过渡切削刃法向压力角；
3)根据步骤2)获取的参数加工凸角型滚刀。
4.根据权利要求3所述的凸角型滚刀的制作方法，其特征在于：步骤2.5)中，滚刀过渡切削刃法向压力角α'n的值为αn-5。
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