CN1781637A - 一种对剃齿刀进行修形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对剃齿刀进行修形的方法。本发明首先根据加工齿轮的ρ_max和ρ_min计算出加工齿轮剃齿时实际啮合点数转变点处曲率值ρ_LCP和ρ_HCP，并根据螺旋齿轮无侧隙啮合方程计算出与以上ρ_LCP和ρ_HCP相对应的剃齿刀剃齿过程中啮合点数转变点的曲率值ρ_HCP′和ρ_LCP′，ρ_LCP′和ρ_HCP′即是实际剃齿刀修形位置的曲率起始点和终止点，并可通过计算剃齿刀最大曲率半径及其有效渐开线起始点曲率半径ρ_max′和ρ_min′值及已计算出的ρ_HCP′和ρ_LCP′值，借鉴已有的凹入量经验值，就可以较为精确地设计出剃齿刀的修形曲线。该方法能快速、准确地确定剃齿刀反凹的位置范围，因此使用该方法修形效率高，且可有效降低生产成本。

Description

一种对剃齿刀进行修形的方法

技术领域

本发明涉及齿轮制造业中的剃齿工艺技术范畴，特别涉及一种对剃齿刀进行修形的方法。

背景技术

剃齿作为一种经济、高效的齿轮精加工工艺方法，在齿轮制造行业得到了广泛的应用。但是用标准齿形的剃齿刀剃齿后的齿轮齿形在节圆附近往往产生中凹，即“剃齿中凹”现象，使得被加工齿轮的齿形误差增大，直接导致齿轮传动过程中产生噪声。目前，在实际生产中解决剃齿中凹的有效途径是对剃齿刀进行修形，即在标准齿形的剃齿刀中部区域反凹修形。由于剃齿中凹现象是剃齿过程中多种误差因素的综合动态效应造成的，使剃齿刀修形的具体位置及修形量很难精确确定，其反凹位置和凹入量主要凭工艺经验主观判断(位置大约在中部，凹入长度基本与工件齿面凹入长度相当)，修形目标性差，修磨次数多，修形效果差，导致剃齿加工生产效率降低，生产成本高。

在有关的文献资料中，已有的剃齿刀修形方法是靠模板修形法、微机控制修形法等，这些方法仅仅提供了实现剃齿刀反凹修形的工艺方法，而修形的具体位置是靠试切法逐步确定的，修磨次数多，修形效果差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对剃齿刀进行修形的方法，使用该方法能精确确定剃齿刀修形的具体位置，进而借鉴已有的凹入量经验值，设计出较为精确的剃齿刀修形曲线，按此曲线对剃齿刀进行修形。

本发明基于剃齿中凹是由剃齿过程中剃齿刀与齿轮之间啮合点数的变化所引起的切削点切入压力的差异造成的理论，根据交错轴圆柱齿轮(螺旋齿轮)无侧隙啮合方程和推导的公式，就可以较为准确地计算出剃齿过程中剃齿刀与工件啮合点数发生变化的转折点上剃齿刀相应的曲率值，从而确定出剃齿刀上啮合点数少、切入压力大的具体区域，即确定出剃齿刀修形的具体位置范围。

为解决上述技术问题，本发明包括下列步骤：

①设加工齿轮的参数为：齿数Z₁、法向模数m_n、分圆法向压力角α_n、分圆螺旋角β₁、分圆法向弧齿厚

渐开线终止点曲率半径ρ_max、渐开线起始点曲率半径ρ_min、剃齿超越量δ；剃齿刀的参数为：齿数Z₂、法向模数m_n、分圆法向压力角α_n、分圆螺旋角β₂、分圆法向弧齿厚

根据交错轴齿轮传动啮合理论，计算出无侧隙啮合时齿轮与剃齿刀的理论啮合线长L；

②根据加工齿轮剃齿起始点曲率半径ρ_min及终止点曲率半径ρ_max，按啮合对应关系确定剃齿刀最大曲率半径及其有效渐开线起始点曲率半径ρ_max′和ρ_min′；

③根据下列公式可计算出加工齿轮剃齿时实际啮合点数转变点处曲率值ρ_LCP和ρ_HCP

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}=[\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}-P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b1}---\left(1\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}=[\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\min }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}+P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b1}---\left(2\right)$

式中：P_bn-齿轮和剃齿刀的法向基节；

      β_b1-齿轮的基圆螺旋角。

与以上ρ_LCP和ρ_HCP相对应的剃齿刀剃齿过程中啮合点数转变点的曲率值ρ_HCP′和ρ_LCP′由下列公式计算：

${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}}^{\′}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}+P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}---\left(3\right)$

${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}^{\′}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\min }}{{\cos }_{b1}}-P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}---\left(4\right)$

或 ${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}^{\′}=[\frac{{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}^{\′}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b2}}-P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}$

式中：β_b2-剃齿刀的基圆螺旋角。

ρ_LCP和ρ_HCP即是实际剃齿刀修形位置的曲率起始点和终止点；

④根据ρ_max′和ρ_min′及ρ_HCP′和ρ_LCP′值，借鉴已有的凹入量经验值(对于中等模数的剃齿刀推荐取值为0.003～0.008mm)，就可以较为精确地设计出剃齿刀的修形曲线。

本发明的有益效果是：

①修形目标性强：剃齿刀反凹的位置范围是经过计算获得的，减少了随意试修形的盲目性。

②响应速度快：借助计算机编程技术，只要输入重磨后剃齿刀的分圆弧齿厚 值，就可以很快地得到ρ_max′和ρ_min′及ρ_HCP′和ρ_LCP′值。

③适应性广：修形对象是普通剃齿刀及径向剃齿刀，设计上除了对啮合角稍有要求之外，其余条件与设计普通剃刀完全相同。

④效率高：利用本技术方法通常1次就可以达到较佳的修形效果，经2～3次修正就可以满足现工艺条件下的齿形有关设计要求。

⑤成本低：减少了剃齿刀无效的修磨次数，提高了刀具的使用寿命和剃齿加工的生产效率。

附图说明

图1剃齿刀修形示意图；

图2利用本发明进行剃齿刀修形后剃齿加工的齿轮齿形图；

图3普通剃齿刀剃齿加工的齿轮齿形图；

图4未使用本发明而试修磨的剃齿刀剃齿加工的齿轮齿形图。

具体实施方式

实施例：

以下利用本发明的剃齿刀修形方法对需剃齿加工的齿轮用剃齿刀进行修形；

已知加工齿轮的有关参数是

齿数Z₁＝17

法向模数m_n＝4.7736

分圆法向压力角α_n＝18.80°

分圆螺旋角β₁＝0°

分圆弧齿厚 ${\stackrel{)}{S}}_{n1}=8.939$

渐开线终止点曲率半径ρ_max＝27.5

渐开线起始圆曲率半径ρ_min＝7.82

剃齿超越量δ＝1.5

所用剃齿刀的有关参数是：

齿数Z₂＝47

法向模数m_n＝4.7736

分圆法向压力角α_n＝18.8°

分圆螺旋角β₂＝10°

分圆弧齿厚 ${\stackrel{)}{S}}_{n2}=7.336$

根据交错轴齿轮无侧隙啮合理论计算公式和推导公式(1)、(2)、(3)和(4)，就可以计算得：

剃齿刀最大曲率半径ρ_max′＝49.125

剃齿刀最小曲率半径ρ_min′＝28.233

剃齿刀最高转变点曲率半径ρ_HCP′＝43.00

剃齿刀最低转变点曲率半径ρ_LCP′＝34.35

这样就确定了剃齿刀修形的具体位置，再根据工艺经验确定凹入量值后就完成了剃齿刀的修形(如图1所示)。

修形后的剃齿刀剃加工所得的齿轮齿形(如图2所示)与未经修形的普通剃齿刀(标准渐开线齿形)剃加工所得的齿轮齿形(图3所示)和未使用本发明而试修磨的剃齿刀剃加工所得的齿轮齿形(图4所示)相比，该发明的修形方法解决剃齿中凹问题的有效性是显而易见的。

依据本发明的剃齿刀修形方法对普通剃齿刀修形试剃后齿轮齿形若仍不满足设计要求时，通常仅仅只需对剃齿刀实际齿形角和凹入量或对剃齿刀最高转变点曲率半径ρ_HCP′和剃齿刀最低转变点曲率半径ρ_LCP′稍作调整就可以使加工的齿轮齿形满足设计要求。

Claims (2)

1、一种对剃齿刀进行修形的方法，其特征是：它包括下列步骤：

①设加工齿轮的参数为：齿数Z₁、法向模数m_n、分圆法向压力角a_n、分圆螺旋角β₁、分圆法向弧齿厚

渐开线终止点曲率半径ρ_max、渐开线起始点曲率半径ρ_min、剃齿超越量δ；剃齿刀的参数为：齿数Z₂、法向模数m_n、分圆法向压力角a_n、分圆螺旋角β₂、分圆法向弧齿厚

根据交错轴齿轮传动啮合理论，计算出无侧隙啮合时齿轮与剃齿刀的理论啮合线长L；

②根据加工齿轮剃齿起始点曲率半径ρ_min及终止点曲率半径ρ_max，按啮合对应关系确定剃齿刀最大曲率半径及其有效渐开线起始点曲率半径ρ_max和ρ_min；

③根据下列公式计算出加工齿轮剃齿时实际啮合点数转变点处曲率值ρ_LCP和ρ_HCP

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}=[\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}-P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b1}---\left(1\right)$

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}=[\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\min }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}+P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b1}---\left(2\right)$

式中：P_bn-齿轮和剃齿刀的法向基节；

      β_b1-齿轮的基圆螺旋角；

与以上ρ_LCP和ρ_HCP相对应的剃齿刀剃齿过程中啮合点数转变点的曲率值ρ_HCP′和ρ_LCP′由下列公式计算：

${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}}^{\′}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}+P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}---\left(3\right)$

${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}^{\′}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{HCP}}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b1}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}=[L-\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\min }}{{\cos }_{b1}}-P_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}---\left(4\right)$

或 ${{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{LCP}}}^{\′}=[\frac{{{\mathrm{\ρ}}_{\max }}^{\′}}{\cos {\mathrm{\β}}_{b2}}-p_{\mathrm{bn}}]\cos {\mathrm{\β}}_{b2}$

式中：β_b2-剃齿刀的基圆螺旋角；

ρ_LCP′和ρ_HCP′即是实际剃齿刀修形位置的曲率起始点和终止点；

④根据ρ_max′和ρ_min′及ρ_HCP′和ρ_LCP′值，借鉴已有的凹入量经验值就可以较为精确地设计出剃齿刀的修形曲线。

2、根据权利要求1所述的对剃齿刀进行修形的方法，其特征是：所述已有的凹入量经验值对于中等模数的剃齿刀取值为0.003～0.008mm。

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