CN111097973A

CN111097973A - 指状刀具半展成加工人字齿轮的方法

Info

Publication number: CN111097973A
Application number: CN201911377777.9A
Authority: CN
Inventors: 何国旗; 何瑛; 张毅
Original assignee: Hunan University of Technology
Current assignee: Hunan University of Technology
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-05-05

Abstract

指状刀具半展成加工人字齿轮的方法，具体包括以下步骤：S1：根据所需的人字齿轮齿廓，得出其端面齿廓形成的人字面和啮合面，并求出加工人字齿轮的指状刀具的齿廓；S2：指状刀具绕自身轴线旋转，对齿槽进行切削运动；S3：指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线的方向运动，被加工人字齿轮先绕其自身轴线旋转，再绕其自身轴线反方向以相同大小的角速度旋转，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削；S4：停止指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向的运动，被加工人字齿轮绕其轴线旋转分度；S5：重复上述S2‑S4，每一次循环中被加工人字齿轮绕其自身轴线开始旋转的方向与上一循环中旋转结束的方向相反。该方法加工效率及精度高，理论上无空刀槽。

Description

指状刀具半展成加工人字齿轮的方法

技术领域

本发明涉及齿轮加工技术领域，更具体地，涉及一种指状刀具半展成加工人字齿轮的方法。

背景技术

在同一齿轮轴体上加工左右旋向不同的两齿轮，统称人字齿轮。人字齿轮，是一种圆柱齿轮，在某一部分齿宽上为右旋转，而在另一部分齿宽上为左旋转。人字齿轮具有承载能力高、传动平稳和轴向载荷小等优点，在重型机械的传动系统中有广泛的应用。人字齿轮轴根据需要可将两侧分体制造，然后组合在一起；或虽将测量做成一体，但在两侧有效齿面之间留下必要的越程槽；或者采用插齿加工方法，但也需要将两侧齿面断开。

相对普通齿轮加工来说，人字齿的加工工艺较为复杂、难度较高，常用的加工方法一般使用指形齿轮铣刀来加工。人字齿轮在加工过程中由于受机床、操作技能等因素的影响，常出现齿轮加工后轮齿对中性差、齿厚不均匀、齿面粗糙度达不到精度要求等质量问题，导致齿轮装配后传动噪声大、齿轮载荷不均匀，从而降低齿轮的强度，削弱人字齿传动所具备的优势。

目前，国内外用展成法加工人字齿轮。展成法包括插齿工艺及强力刮齿工艺。

齿轮插齿为传统的加工工艺，其效率低，远远适应不了大批量生产的需求。而且加工工艺较为复杂，除了在普通的插齿机上加装相应的专用导轨，还需定制专用的齿轮插齿刀，其费用相当高。另外，插齿切削原理受机床、刀具、装夹等整个工艺系统的影响，尚不能完全满足7级及以上齿轮加工精度要求，插出的内斜齿直径较小时不能磨削，和磨削的外齿螺旋角将存在误差，啮合后的运转会造成噪声和磨损等。同时，加工一半人字齿槽时，不可避免的会产生超出一半人字齿槽的轨迹，即为空刀槽，使齿轮厚度增加，重量增加。

强力刮齿是根据交错轴齿轮啮合齿面有相对滑移的原理，采用了滚、插齿为一体的切削方式来加工内、外齿圆柱齿轮，在切齿加工过程中，切齿刀具既相当于滚刀又相当于插齿刀，其切削方式为工件和刀具连续旋转，将滚齿和插齿运动相结合来切齿。该工艺单件加工时间相比插齿而言，生产效率得以较大提高。但因切削原理限制，刀具磨损严重，需要频繁地换刀、调整和检测，其加工精度与插齿类似，当前只限于小批量生产，精度有待提升。同时，利用强力刮齿的方式在人字齿中部也会产生空刀槽。

切削人字齿时，必须使人字齿左右旋螺线交于退刀槽的中点，左、右旋齿厚应对称，对应齿偏移误差按7级精度要求控制在0.20mm以内，显然人字齿轮对称度要求很高，加工控制难度很大。

发明内容

为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出一种指状刀具半展成加工人字齿轮的方法，该方法加工效率及精度高，机床结构简单，操作方便。

本发明采用以下技术方案：

指状刀具半展成加工人字齿轮的方法，具体包括以下步骤：

S1：根据所需的人字齿轮齿廓，得出其端面齿廓形成的人字面和啮合面，并求出加工人字齿轮的指状刀具的齿廓；

S2：指状刀具绕自身轴线旋转，对齿槽进行切削运动；

S3：指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线的方向运动，被加工人字齿轮先绕其自身轴线旋转，再绕其自身轴线反方向以相同大小的角速度旋转，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削；

S4：停止指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向的运动，被加工人字齿轮绕其轴线旋转分度；

S5：重复上述S2-S4，每一次循环中被加工人字齿轮绕其自身轴线开始旋转的方向与上一循环中旋转结束的方向相反。

优选的，所述S3中指状刀具与被加工人字齿轮做相对螺旋运动加工到齿槽的一半时，被加工人字齿轮绕其自身轴线的旋转先暂停，再反向。

优选的，所述S3亦可为：指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向移动的同时，指状刀具轴线先绕被加工人字齿轮的轴线旋转，再绕被加工人字齿轮的轴线反方向以相同大小的角速度旋转，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削。

优选的，所述指状刀具与被加工人字齿轮做相对螺旋运动加工到齿槽的一半时，指状刀具绕被加工人字齿轮轴线的旋转先暂停，再反向。

优选的，齿槽切削的运动中，所述指状刀具与被加工人字齿轮所做的相对螺旋运动的瞬时旋转角度大小始终等于理论人字齿槽螺旋角大小。

优选的，所述指状刀具轴线垂直于被加工人字齿轮的轴线。

优选的，所述指状刀具可同时设置若干个在刀具驱动轴末端的圆周上，所述刀具驱动轴与被加工人字齿轮所在平面垂直。

优选的，所述指状刀具加工人字齿轮至其高度一半时，螺旋运动转向，左右旋螺线交于人字齿轮高度的中点。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提出的加工方法中，指状刀具与加工完毕的人字齿轮的齿槽是相互包络的，其属于展成法的一种变式，故相较于成形法，本发明加工精度高；同时相较于一般展成法，本发明能够同时加工多个齿槽，加工效率显著提高，指状刀具磨损可以得到控制，无需频繁进行刀具的更换；

（2）当指状刀具刀头磨损变小时也可方便的进行修磨，较成形拉削工艺而言修磨成本大大降低；

（3）本发明提出的加工方法，指状刀具加工人字形齿槽理论上无空刀槽，人字齿轮高度减小，重量减轻；

（4）本发明提出的方法不仅能对人字齿轮进行铣削加工，在同一套设备上将指状刀头更换成磨削工具，还能方便的实现磨削加工，对人字齿轮可以完成从粗加工、半精加工到精加工的整套工艺，满足较高级别的加工精度要求；

（5）本发明提出的加工方法中，指状刀具的轴线与被加工人字齿轮的轴线始终垂直，可以较容易地控制整个铣削加工过程中的主运动与进给运动，故采用本发明加工方法的机床结构简单、成本低。

附图说明

图1为本发明加工内人字齿轮示意图；

图2为本发明加工内人字齿轮刀具机构主视图；

图3为图2刀具机构主轴结构示意图；

图4为本发明加工外人字齿轮示意图；

图5为本发明加工外人字齿轮刀具机构主视图；

图6为本发明加工人字齿轮方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

如图1、6所示，本实施例公开用指状刀具半展成加工内人字齿轮的方法：

第一步，根据所需的人字齿轮齿廓，得出其端面齿廓形成的人字面和啮合面，并求出加工内人字齿轮的无理论误差的指状刀具的齿廓，故指状刀具回转曲面与内人字齿轮的齿面是相互包络的；在实际加工过程中，可同时设置若干个指状刀具在如图2、3所示的刀具驱动轴末端的圆周上，刀具驱动轴与被加工内人字齿轮所在平面垂直，指状刀具轴线垂直于被加工人字齿轮的轴线，刀头背离圆心，待加工内人字齿轮用夹具夹住设置在若干刀头连线所形成的圆周外部。当设置多个指状刀具时，可同时加工过个齿槽，大大提高加工效率，并且指状刀具磨损可得到控制，无需频繁进行刀具的更换，即使刀头有磨损，也能较为方便的进行修磨，较成形拉削工艺而言修磨成本大大降低。

第二步，指状刀具刀头接触内人字齿轮，刀具绕自身轴线旋转，完成对齿槽的切削运动。

第三步，指状刀具沿平行于被加工内人字齿轮轴线的方向运动（本实施例中即为竖直方向上下运动），被加工内人字齿轮先绕其自身轴线旋转，再绕其自身轴线反方向旋转相同角度，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削；故指状刀具在竖直方向做自旋转运动同时相对于内人字齿轮做螺旋运动，此种加工齿槽方式属于展成法一类。本切削运动步骤中，指状刀具与被加工人字齿轮所做的相对螺旋运动的瞬时旋转角度大小始终等于理论人字齿槽螺旋角大小，且指状刀具加工人字齿轮至其高度一半时，被加工人字齿轮旋转停止，然后再绕其自身轴线反方向以相同大小的角速度旋转，则左右旋螺线理论上交于人字齿轮高度的中点，左、右旋齿厚对称。运用本是实施例方法加工内人字齿轮，理论上而言左、右旋齿中点处是没有空刀槽的，这样使齿轮重量大大降低。

第四步，停止指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向的运动（本实施例中即为停止竖直方向的运动），被加工人字齿轮绕其轴线旋转分度，为下次齿槽的切削作准备。

重复上述步骤二至步骤四，运用展成法结合分度法直至内人字齿槽加工完毕，其中，每一次循环里被加工内人字齿轮绕其自身轴线开始旋转的方向，与上一循环中旋转结束的方向相反，这样指状刀具可通过沿平行于被加工人字内齿轮轴线的往返移动进行齿槽切削，没有空行程，从而提高加工效率。

实施例2

如图4至6所示，本实施例公开用指状刀具半展成加工外人字齿轮的方法，其步骤与上述实施例1相同，区别点在于改变了指状刀具的装配方式：同时设置若干个指状刀具在如图5所示的刀具驱动轴末端的圆周上，刀头指向圆心，待加工外人字齿轮用夹具夹住设置在若干刀头连线所形成的圆周内部。

实施例3

本实施例与上述实施例1、2的方法区别在于：步骤三可替换为：指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向移动的同时，指状刀具轴线先绕被加工人字齿轮的轴线旋转，当指状刀具与被加工人字齿轮做相对螺旋运动加工到齿槽的一半时，指状刀具轴线绕被加工人字齿轮的轴线旋转先暂停，再绕被加工人字齿轮的轴线反方向以相同大小的角速度旋转，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.指状刀具半展成加工人字齿轮的方法，具体包括以下步骤：

S2：指状刀具绕自身轴线旋转，对齿槽进行切削运动；

2.根据权利要求1所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述S3中指状刀具与被加工人字齿轮做相对螺旋运动加工到齿槽的一半时，被加工人字齿轮绕其自身轴线的旋转先暂停，再反向。

3.根据权利要求1所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述S3亦可为：指状刀具沿平行于被加工人字齿轮轴线方向移动的同时，指状刀具轴线先绕被加工人字齿轮的轴线旋转，再绕被加工人字齿轮的轴线反方向以相同大小的角速度旋转，形成人字形齿槽，完成一次齿槽切削。

4.根据权利要求2所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述指状刀具与被加工人字齿轮做相对螺旋运动加工到齿槽的一半时，指状刀具绕被加工人字齿轮轴线的旋转先暂停，再反向。

5.根据权利要求1或3所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，齿槽切削的运动中，所述指状刀具与被加工人字齿轮所做的相对螺旋运动的瞬时旋转角度大小始终等于理论人字齿槽螺旋角大小。

6.根据权利要求1或3所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述指状刀具轴线垂直于被加工人字齿轮的轴线。

7.根据权利要求6所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述指状刀具可同时设置若干个在刀具驱动轴末端的圆周上，所述刀具驱动轴与被加工人字齿轮所在平面垂直。

8.根据权利要求1或3所述的加工人字齿轮的方法，其特征在于，所述指状刀具加工人字齿轮至其高度一半时，螺旋运动转向，左右旋螺线交于人字齿轮高度的中点。