CN111805010A - 一种不等齿距滚刀、锥度齿厚平齿根结构齿轮的加工方法 - Google Patents

Abstract

为了在滚齿阶段，一次性装夹滚切出锥度齿厚平齿根结构的齿轮，避免多工序、重复装夹造成精度变差、效率低下、齿侧相接处刀痕的技术问题，本发明提出了一种不等齿距滚刀、锥度齿厚平齿根结构齿轮的加工方法。不等齿距滚刀包括刀体和齿排；齿排至少有八个，沿刀体端面圆周均布；单个齿排包括沿刀体轴线排布的至少三个切削齿；位于不同齿排的切削齿依次沿刀体作螺旋线排列；单个齿排中切削齿的结构和排布规律为：以刀体一侧的一个完整齿作为基准齿，以基准齿的齿厚和齿距为基准尺寸，在该基准尺寸上以齿厚增量Δss和齿距增量Δp使齿厚、齿距逐齿增大，形成变齿厚、变齿距的齿排。本发明可一次性滚削加工出锥度齿厚平齿根的齿轮成品。

Description

一种不等齿距滚刀、锥度齿厚平齿根结构齿轮的加工方法

技术领域

本发明涉及齿轮或齿条的制造技术领域，涉及一种不等齿距滚刀和利用该滚刀加工锥度齿厚平齿根结构齿轮的方法。

背景技术

如图1、2所示为现有常用的一种锥度齿厚锥度齿根结构的齿轮，该齿轮在齿向上从一侧端面到另一侧端面齿厚逐渐变小，为锥度齿厚结构，相应地，齿根圆从一侧端面到另一侧端面也逐渐变小，为锥度齿根结构。这种结构的齿轮，滚刀设计比较简单，按产品齿厚大端设计滚刀齿厚，按产品齿厚小端设计滚刀齿顶高，在滚齿加工时将滚刀走刀轨迹倾斜一个根锥角即可满足产品要求。

图3、4所示为锥度齿厚平齿根结构的齿轮，该齿轮已在汽车离合器中得到广泛应用，这种齿轮的齿厚在齿向方向上呈锥度，但齿根圆在齿向方向上为定值，保持不变。这种结构的齿轮，通用加工方法一般要经过滚直齿、成型磨磨齿侧两个工序，先对齿轮进行滚齿加工，再进行数次磨削，才能完成加工。这种加工方法不易控制尺寸和对称度，而且加工时间长、加工工序多，导致效率低、精度差、加工成本高。

发明内容

为了在滚齿阶段，一次性装夹滚切出锥度齿厚平齿根结构的齿轮，避免多工序、重复装夹造成精度变差、效率低下、齿侧相接处刀痕的技术问题，本发明提出了一种不等齿距滚刀、锥度齿厚平齿根结构齿轮的加工方法。

本发明的技术方案是：

一种不等齿距滚刀，包括中部具有轴向内孔的刀体和设置在刀体外表面上的齿排；其特殊之处在于：

所述齿排至少有八个，沿所述刀体端面圆周均布；

单个齿排包括沿刀体轴线方向排布的至少三个切削齿；位于不同齿排的切削齿依次沿刀体作螺旋线排列；

单个齿排中切削齿的结构和排布规律为：以刀体一侧的一个完整齿作为基准齿，以基准齿的齿厚和齿距为基准尺寸，在该基准尺寸上以齿厚增量Δss和齿距增量Δp使齿厚、齿距逐齿增大，形成变齿厚、变齿距的齿排；

齿厚增量Δss和齿距增量Δp由下式确定：

Δss＝Δp＝ΔS*Pn/(k*B)；

式中：B为待加工齿轮的齿宽；Pn为待加工齿轮的齿距；ΔS为待加工齿轮大端齿厚与齿轮小端齿厚的差值；k为滚齿机窜刀速度与轴向进给的速度比。

进一步地，所述完整齿为靠近刀体端面的第一个完整齿。

或者，所述完整齿为靠近刀体端面的第N个完整齿；N≥2。

进一步地，对同一齿排中相邻两个切削齿的压力角按照下述原则修形：

以对应的待加工轮齿的压力角为基准，模数大的切削齿对应的压力角相应增大，模数小的切削齿对应的压力角相应减少。

本发明还提供了一种利用上述的不等齿距滚刀加工锥度齿厚平齿根结构齿轮的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1，给滚刀安装刀杆；

步骤2，将滚刀安装在滚齿机上，并保证滚刀两端轴台跳动不大于0.015mm，且跳动方向一致；

步骤3，安装滚齿夹具并调整找正中心和端面，确保夹具下锥面径向跳动不大于0.01mm，端面跳动不大于0.01mm；

步骤4，安装待加工工件；

步骤5，设置滚刀切削参数，包括滚刀轴向进给速度、窜刀速度、窜刀起始位置和窜刀终止位置，其中，窜刀起始位置为滚刀基准齿的位置，窜刀终止位置为窜刀起始位置加上k倍的待加工齿轮齿宽；

步骤6，滚切工件；

滚切工件时，滚刀同时沿轴向和切向走刀，两种走刀运动的合成结果使滚刀沿着与工件轴线交叉成某一角度的直线运动，滚切出平直齿根的齿轮；同时，滚刀的渐变齿厚连续切削出工件锥面，从滚刀的齿厚小端开始切入工件形成渐开线齿厚大端，直到滚刀的齿厚大端切出工件的齿厚小端为止。

本发明的优点是：

1.本发明可一次性滚削加工出图3、4所示锥度齿厚平齿根的齿轮成品，解决这类产品加工时多工序、重复装夹造成的对刀难度大、工件接刀痕明显、加工精度低的问题，同时省略了2*Z(Z为待加工齿轮齿数)倍的齿侧成型磨磨削加工，大大提高了生产效率。

2.本发明减少了磨齿工序机床、刀具、夹具、人力、电力、切削液等的投入，使加工成本降低了40％。

3.若齿厚增加，齿距不变，则滚刀需要定点磨削，而本发明的齿厚增加，齿距随之增加，这样可保证齿槽尺寸不变，有利于滚刀一次性加工完成，使得加工难度和加工效率都极大的降低。

附图说明

图1是锥度齿厚锥度齿根结构的齿轮示意图。

图2是图1中P向(单个齿)视图。

图3是锥度齿厚平齿根结构的齿轮示意图。

图4是图3中P向(单个齿)视图。

图5是本发明不等齿距滚刀的轴向结构图。

图6是本发明不等齿距滚刀的端面结构图。

图7是本发明不等齿距滚刀的立体图一。

图8是本发明不等齿距滚刀的立体图二。

附图标记说明：

1-刀体；11-轴向内孔；2-齿排；21-切削齿。

具体实施方式

如图5、6、7、8所示，本发明所提供的不等齿距滚刀包括中部具有轴向内孔11的刀体1和设置在刀体1外表面上的至少八个齿排2；八个齿排2沿刀体端面圆周均布；单个齿排2包括沿刀体轴向延伸排布的至少三个切削齿21，单个齿排2中相邻两个切削齿21之间为齿槽；切削齿21包括齿顶面、左右齿侧面、齿根面，齿侧面与刀体截面的夹角为压力角。位于不同齿排的切削齿依次沿刀体作螺旋线排列，构成的滚刀的螺旋升角为β，螺旋升角β由待加工齿轮的参数确定。

单个齿排2的切削齿21的结构特点和排布规律是：以刀体1一侧的某一个完整齿作为基准齿，以基准齿的齿厚和齿距为基准尺寸，在该基准尺寸上以齿厚增量Δss和齿距增量Δp使齿厚、齿距逐齿增大，形成变齿厚、变齿距齿排。

前述的完整齿可以为靠近刀体端面的第一个完整齿，此时，滚刀经济性最好，但是现场可能不便于调整；前述的完整齿也可以是靠近滚刀端面的第第二个、第三个或者滚刀中部的某一个完整齿，此时，留有一定的富余量，便于现场调整，但是滚刀整体长度较长，而且经济性会降低。

参照图5，上述齿厚增量Δss和齿距增量Δp的计算方法为：设待加工齿轮的齿宽为B，待加工齿轮的齿距为Pn，待加工齿轮大端齿厚S2与齿轮小端齿厚S1的差值为ΔS，滚齿机窜刀速度与轴向进给的速度比为k，则

切削齿的齿厚增量Δss＝s2-s1＝ΔS*Pn/(k*B)；其中：ΔS＝S2-S1；S1为待加工齿轮中单个齿的小端齿厚；S2为待加工齿轮中单个齿的大端齿厚；s1为前一个切削齿的齿厚，s2为后一个切削齿的齿厚。

切削齿的齿距增量Δp＝p2-p1＝Δss。

利用本发明加工图3、4所示齿轮的过程：

1.滚刀安装刀杆。安装刀杆前，用无纺布将刀杆擦拭干净，确保接触面上无杂物，在装刀架上用千分表检查滚刀轴台跳动，不得大于0.01mm。

2.在滚齿机安装滚刀。安装好后，用千分表检查滚刀两端轴台跳动，两端的轴台跳动应不大于0.015mm，且跳动方向要一致。

3.安装滚齿夹具。安装滚齿夹具并调整找正中心和端面，用千分表检查夹具下锥面径向和端面跳动，直至夹具下锥面径向跳动不大于0.01mm，端面跳动不大于0.01mm，调整找正完成。

4.安装工件。安装待加工工件，安装前用气枪吹干净定位孔和定位面，检查是否有毛刺、翻边，如果有毛刺、翻边，应打磨去毛刺、翻边。

5.设置滚刀切削参数，包括滚刀轴向进给速度、窜刀速度、窜刀起始位置和窜刀终止位置，其中，窜刀起始位置为滚刀基准齿的位置，窜刀终止位置为窜刀起始位置加上k倍的待加工齿轮齿宽，保证滚刀窜刀速度与滚刀轴向进给速度的比值与滚刀设计时的k值一致。

6.滚切工件。滚切工件时，滚刀同时沿轴向和切向走刀，两种走刀运动的合成结果使滚刀沿着与工件轴线交叉成某一角度的直线运动，滚切出平直齿根的齿轮。同时，滚刀的渐变齿厚连续切削出工件锥面，从滚刀的齿厚小端开始切入工件形成渐开线齿厚大端，直到滚刀的齿厚大端切出工件的齿厚小端为止。

利用本发明的滚刀切削工件时，为保证切削齿与待加工齿轮正确啮合，滚刀基节与工件基节要相等。滚刀上同一齿排中相邻的两个切削齿切削的是齿轮一个齿的两个齿侧面，所以，滚刀上同一齿排中相邻两个切削齿的基节都要等于待加工齿轮的基节，见式1。由于不等齿距滚刀的齿距、齿厚在逐渐变化，滚刀上同一齿排中相邻两个齿的齿距不等，而齿距等于π和模数的乘积，也相当于滚刀上同一齿排中相邻两个切削齿的模数不等，见式2～式5。基节相等，模数不等，那么模数大的那个切削齿对应的压力角要相应增大，模数小的那个切削齿对应的压力角要相应减少，见式6。

按照此规律，对滚刀的压力角进行修形。

m1*cos(α1)＝m2*cos(α2)＝m*cos(α) 式1

P1＝π*m1 式2

P2＝π*m2 式3

P1≠P2 式4

m1≠m2 式5

α1<α<α2 式6

上式中：

m1为前一个切削齿的模数；

m2为后一个切削齿的模数；

m为齿轮的模数；

α1为前一个切削齿的压力角；

α2为后一个切削齿的压力角；

α为齿轮的压力角；

P1为前一个切削齿的齿距；

P2为后一个切削齿的齿距。

Claims (5)

1.一种不等齿距滚刀，包括中部具有轴向内孔的刀体和设置在刀体外表面上的齿排；其特征在于：

所述齿排至少有八个，沿所述刀体端面圆周均布；

单个齿排包括沿刀体轴线方向排布的至少三个切削齿；位于不同齿排的切削齿依次沿刀体作螺旋线排列；

单个齿排中切削齿的结构和排布规律为：以刀体一侧的一个完整齿作为基准齿，以基准齿的齿厚和齿距为基准尺寸，在该基准尺寸上以齿厚增量Δss和齿距增量Δp使齿厚、齿距逐齿增大，形成变齿厚、变齿距的齿排；

齿厚增量Δss和齿距增量Δp由下式确定：

Δss＝Δp＝ΔS*Pn/(k*B)；

式中：B为待加工齿轮的齿宽；Pn为待加工齿轮的齿距；ΔS为待加工齿轮大端齿厚与齿轮小端齿厚的差值；k为滚齿机窜刀速度与轴向进给的速度比。

2.根据权利要求1所述的不等齿距滚刀，其特征在于：

所述完整齿为靠近刀体端面的第一个完整齿。

3.根据权利要求1所述的不等齿距滚刀，其特征在于：

所述完整齿为靠近刀体端面的第N个完整齿；N≥2。

4.根据权利要求1-3任一所述的不等齿距滚刀，其特征在于：

对同一齿排中相邻两个切削齿的压力角按照下述原则修形：

以对应的待加工轮齿的压力角为基准，模数大的切削齿对应的压力角相应增大，模数小的切削齿对应的压力角相应减少。

5.利用权利要求1-4任一所述的不等齿距滚刀加工锥度齿厚平齿根结构齿轮的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，给滚刀安装刀杆；

步骤2，将滚刀安装在滚齿机上，并保证滚刀两端轴台跳动不大于0.015mm，且跳动方向一致；

步骤3，安装滚齿夹具并调整找正中心和端面，确保夹具下锥面径向跳动不大于0.01mm，端面跳动不大于0.01mm；

步骤4，安装待加工工件；

步骤5，设置滚刀切削参数，包括滚刀轴向进给速度、窜刀速度、窜刀起始位置和窜刀终止位置，其中，窜刀起始位置为滚刀基准齿的位置，窜刀终止位置为窜刀起始位置加上k倍的待加工齿轮齿宽；

步骤6，滚切工件；

滚切工件时，滚刀同时沿轴向和切向走刀，两种走刀运动的合成结果使滚刀沿着与工件轴线交叉成某一角度的直线运动，滚切出平直齿根的齿轮；同时，滚刀的渐变齿厚连续切削出工件锥面，从滚刀的齿厚小端开始切入工件形成渐开线齿厚大端，直到滚刀的齿厚大端切出工件的齿厚小端为止。

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