CN110405289A - 一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法，涉及螺旋内齿轮拉刀技术领域，拉刀结构包括拉刀刀体，所述拉刀刀体两端分别连接有前柄和后柄，所述拉刀刀体上依次设置有前压紧装置、刀片、后导套和后压紧装置；所述刀片包括依次设置于拉刀刀体上的引导齿、切削齿、精切齿和校准齿；所述切削齿为渐成式的刀盘组合结构，所述精切齿能够进行齿侧精拉削和齿顶精拉削。本发明提供的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及基于本发明提供的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀所设计的刃磨方法，增加了拉刀使用寿命，提高了拉刀质量。

Description

一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法

技术领域

本发明涉及螺旋内齿轮拉刀技术领域，特别是涉及一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法。

背景技术

拉削直齿内齿圈的方法加工有插齿、拉齿等，拉齿因其加工效率高，且相较于插削、滚削加工，拉削加工的齿面粗糙度更好，拉削加工精度可以达到DIN7级，但是拉刀制造成本较高，大批量、精度要求的产品，一般都采用拉削。对于斜齿内齿圈插齿需要加装螺旋导轨，产品精度受设备精度和刀具精度影响较大，齿面粗糙度低。作为拉削加工方法之一的螺旋拉削，因刀具强度高，冷却润滑好，齿面粗糙度好、拉削精度高等特点，近年来被广泛用于汽车齿轮制造业、圆孔拉削和深孔拉削中，但目前我国能够生产的拉刀大部分为直齿拉刀，能够生产螺旋拉刀的公司很少，对于直径大于200mm的斜齿内齿圈(如：重型卡车轮边内齿圈、大型工程机械内齿圈等)大型螺旋拉刀还没有中国公司能制造，这主要因为螺旋拉刀制造加工困难，难以达到很高的加工精度，而且刃磨的拉刀需要根据试切结果进行成型磨削，而拉刀制造厂没有螺旋拉床，因此加工出的螺旋拉刀较国外进口的拉刀质量差别很大，实际上的拉刀只有“形似”，加工中会出现各种问题，寿命也比国外拉刀短了数倍。

发明内容

本发明的目的是提供一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法，以解决上述现有技术存在的问题，增加拉刀使用寿命和提高拉刀质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，包括拉刀刀体，所述拉刀刀体两端分别连接有前柄和后柄，所述拉刀刀体上依次设置有前压紧装置、刀片、后导套和后压紧装置；所述刀片包括依次设置于拉刀刀体上的引导齿、切削齿、精切齿和校准齿；所述切削齿为渐成式的刀盘组合结构，所述精切齿能够进行齿侧精拉削和齿顶精拉削。

可选的，所述刀片上设置有平键键槽，所述平键键槽径向旋转90⁰的位置处设置有矩形键槽，所述刀片与所述拉刀刀体通过平键和矩形键形成过定位结构。

可选的，所述刀片的法线与拉刀刀体的螺旋线平行。

可选的，所述刀片的刃带具有负前角。

可选的，所述切削齿为渐成式结构，所述精切齿为同廓式；所述刀片的精度为7～6级，齿面光洁度为8～9级。

本发明还提供一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀的刃磨方法，主要包括如下步骤：

步骤一；刀片刃磨

(1)采用格里森-胡尔特SR410磨床对刀片齿廓用成形法修磨，刀齿的齿廓形状由砂轮廓形保证，格里森磨床磨削精度可以达到DIN39634级，而传统拉刀磨削精度为DIN39637级，因此本发明的刀片精度远高于传统拉刀；

(2)前角磨削；针对不同的前角进行模拟仿真，测量在不同的角度下的拉削力，刀尖表面最大应力以及拉削热，通过综合比较，确定最优的刀具角度，采用高精度圆台磨床对前角进行磨削，由于是单片磨削，比传统整体拉刀磨削精度提高2级；

步骤二；装配后整体拉刀刃磨

针对不同的后角进行模拟仿真，测量在不同的角度下的拉削力，刀尖表面最大应力以及拉削热，通过综合比较，确定最优的刀具后角角度，采用高精度拉刀磨床进行后角修磨，保证刀齿M值和侧母线一致性；通过砂轮摆角和砂轮直径控制前刀面磨削，保证拉刀整体装配后的前角一致性。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明相较于传统拉刀工人微调的工作量减小。这主要是因为本身结构处于过定位，位置误差已经大幅减小，另外，微调过程中轴端不需要加入预紧力，这也使调整更为容易。

拉刀在拉削加工过程中的变形较小，这主要是因为，由于结构为过定位，其承载主要由三个键共同承担，而矩形键承载面积较平键大，因此分担承载的力也较大，故平键分析中的金属承受的拉削力相对要降低，相对变形较小，主要起到稳定精度的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀结构示意图；

图2为本发明分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀的刀片结构示意图；

图3为本发明分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀的刀片结构的侧视图；

图4为本发明分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀的精切齿齿形示意图；

图5为本发明分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀加工工件状态示意图；

其中，1为三爪卡盘、2为刀体、2-1为前柄、2-2为后柄、2-3为前压紧装置、2-4为后导套、2-5为后压紧装置、2-6为引导齿、2-7为切削齿、2-8为精切齿、2-81为齿侧精拉削部、2-82为齿顶精拉削部、2-83为粗拉削部2-9为校准齿、3为工件、4为导向套、5为导杆、6为尾座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀及其刃磨方法，以解决上述现有技术存在的问题，增加拉刀使用寿命和提高拉刀质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，如图1-图5所示，包括拉刀刀体2，拉刀刀体2两端分别连接有前柄2-1和后柄2-2，拉刀刀体2上依次设置有前压紧装置2-3、刀片、后导套2-4和后压紧装置2-5；刀片包括依次设置于拉刀刀体2上的引导齿2-6、切削齿2-7、精切齿2-8和校准齿2-9；切削齿2-7为渐成式的刀盘组合结构，精切齿2-8包括齿侧精拉削部2-81、齿顶精拉削部2-82和粗拉削部2-83，从而能够进行两侧的齿侧精拉削和齿顶精拉削。

具体的，前柄2-1为拉刀与拉床的连接部分，用于吊装和夹持拉刀，起连接作用，拉刀刃磨时作为定位基准。前压紧装置2-3为刀片夹紧装置，与后压紧装置2-5配合共同夹紧固定刀片。引导齿2-6用于引导拉刀的切削齿2-7正确地进入工件内孔，防止拉刀进入工件内孔后发生歪斜，同时还可以检查拉削孔径是否符合，避免拉刀的第一排刀齿切削量过大而损坏。

切削齿2-7(粗切齿)担负主要切削工作，切除内齿拉削余量，完成内齿开槽及挖深其刀齿尺寸逐渐增大，本发明采用刀盘组合式结构，与传统拉刀刀齿相比，粗切齿采用渐成式，其刀齿结构简单，目的是最大程度的提高加工效率。精切齿工作时用来切除粗切齿加工后的余量，完成内齿最终齿形加工。与直齿拉刀刀齿不同的是解决了因磨削斜齿而造成的砂轮廓型改变的问题，针对牙型工件残留在拉刀后半部设计了完全与齿轮廓型相同的同廓式切削方式，并且采用单边拉削的方式，即先拉削左侧廓型，再拉削右侧廓型的加工方式，并设计部分的齿顶精拉削齿，完成齿顶部分最后的精拉削，可以达到较高的加工精度。目前全形拉刀精度可达到7～6级，齿面光洁度可达到8～9级。

校准齿2-9用于校准与修光被切削表面，保证最终齿形精度，起到提高内齿加工精度和表面质量的作用，其刀齿尺寸不变，当精切齿2-8经过刃磨尺寸变小后，前几组校准齿依次变成精切齿，以提高拉刀整体寿命，因此校准齿具有精切齿2-8的后备齿作用。

后导套用于拉刀切削终了前保证拉刀最后校准齿的正确位置，防止刀齿在切离前因同时工作齿不足导致拉刀振动而损坏已加工表面和刀齿；后压紧装置为刀片夹紧装置，与前压紧装置配合共同夹紧固定刀片。后柄用于夹持拉刀传递动力，起连接作用，拉刀刃磨时作为定位基准。

针对现有拉削方式的不足，本发明设计了针对精密拉削加工的新型拉削方式，这种拉削方式在原有渐成式拉削方式的基础上，针对牙型工件残留在拉刀后半部设计了完全与齿轮廓型相同的同廓式切削方式，并且采用单边拉削的方式，即先拉削左侧廓型，再拉削右侧廓型的加工方式。并设计一部分的齿顶精拉削齿，完成齿顶部分最后的精拉削。装配时主要步骤为，先装配平键，然后以平键为辅助定位，装配矩形键，在两种键都装配完毕后，进行细微调整，由于此时已经为过定位结构，所以相较原来的调整工作来说，任务量小了很多，调整较为容易。然后再在平键处浇入金属，最后通过轴端螺母施加预紧力完成定位。

本发明刀片之间用导向套固定，这一结构可不用专业拉床，在普通的车床上即可实现加工。如图5所示，拉刀刀体2上的刀片之间用导向套4固定之后拉刀刀体2通过三爪卡盘1固定于车床上；通过尾座6的顶尖顶紧导杆5，进而通过导杆5将工件3顶入拉刀刀体2中，即可实现加工。本发明针对现有拉刀结构进行了大胆创新。改变了以往工件不动，拉刀运动的固定模式，采用拉刀不动，工件进行旋转运动的结构。从而使拉削振动大大降低，拉削精度较以往拉床大大提高。不仅如此，在实际加工中还发现螺旋拉刀的寿命也比以往要长得多。传统的拉刀制造方法是通过将拉刀轴抬高的方式来磨削后刀面和侧刃后刀面。由于目前国内刃磨螺旋拉刀的专用机床并不多，很多工厂都采用对现有机床进行改造的方法加工螺旋拉刀。

考虑到互换性的问题，若将主轴设计为矩形花键式的拉刀，这一标准难以确定，对于不同直径的刀环可能难以装配。优化的思路主要为在原有一工具厂设计的装配式拉刀的基础上，在各刀环轴端，与原有平键径向旋转90⁰的位置添加一个矩形键，从而形成过定位结构，进而达到在原有定位精度基础上的提高。在这里仅为对径向定位进行改进，因此图中只有针对径向部分结构的示意。本结构的主要特点是整个结构为平键与矩形键所组成的过定位结构，对原有平键的精度和新加入的矩形键的精度要求大大降低。另外仅在刀环轴端处加入矩形键，对整个主轴和拉刀环的削弱较小，基本不会对主轴及刀环强度有较大的影响。

本发明针对现有技术的不足和缺陷，对螺旋内齿轮花键拉刀进行了进一步的设计，以及一部分的制造工艺的研究。在对拉削机理的进一步研究的基础上，通过有限元仿真分析和理论计算实现了拉刀刀具基本参数的最优化设计，以及拉削方式的进一步改进。对现有的数控磨床中出现的砂轮修型的问题提供了解决方案。并在最终确定了整个加工过程的工艺流程并对其中重要的环节做了优化改进，最后还在拉刀的检测方式上提出改进方案。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，其特征在于：包括拉刀刀体，所述拉刀刀体两端分别连接有前柄和后柄，所述拉刀刀体上依次设置有前压紧装置、刀片、后导套和后压紧装置；所述刀片包括依次设置于拉刀刀体上的引导齿、切削齿、精切齿和校准齿；所述切削齿为渐成式的刀盘组合结构，所述精切齿能够进行齿侧精拉削和齿顶精拉削。

2.根据权利要求1所述的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，其特征在于：所述刀片上设置有平键键槽，所述平键键槽径向旋转90⁰的位置处设置有矩形键槽，所述刀片与所述拉刀刀体通过平键和矩形键形成过定位结构。

3.根据权利要求1所述的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，其特征在于：所述刀片的法线与拉刀刀体的螺旋线平行。

4.根据权利要求1所述的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，其特征在于：所述刀片的刃带具有负前角。

5.根据权利要求1所述的分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀，其特征在于：所述切削齿为渐成式结构，所述精切齿为同廓式；所述刀片的精度为7～6级，齿面光洁度为8～9级。

6.一种分装式渐开线螺旋内齿轮拉刀的刃磨方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一；刀片刃磨

(1)齿廓和侧刃后角磨削；采用磨床对刀片齿廓用成形法修磨，刀齿的齿廓形状由砂轮廓形保证，格里森磨床磨削精度为DIN39634级；

(2)前角磨削；针对不同的前角进行模拟仿真，测量在不同的角度下的拉削力，刀尖表面最大应力以及拉削热，通过综合比较，确定最优的刀具角度，采用高精度圆台磨床对前角进行磨削；

步骤二；装配后整体拉刀刃磨

针对不同的后角进行模拟仿真，测量在不同的角度下的拉削力，刀尖表面最大应力以及拉削热，通过综合比较，确定最优的刀具后角角度，采用高精度拉刀磨床进行后角修磨，保证刀齿M值和侧母线一致性；通过砂轮摆角和砂轮直径控制前刀面磨削，保证拉刀整体装配后的前角一致性。