CN209175042U - 蜗杆加工刀具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传动部件加工设备技术领域，尤其涉及一种蜗杆加工刀具，包括刀盘和设置于刀盘的刀体，用于加工蜗杆胚料，刀盘的一侧面为装夹面，刀盘的另一相对侧面为安装面，刀体设置于安装面上，且刀体环绕刀盘的轴线L1沿圆周设置，刀体上设有用于加工蜗杆传动齿的锥形工作面，锥形工作面的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，轴线L1与蜗杆胚料的轴线L2垂直设置。在保持轴线L1和轴线L2垂直的状态，通过改变蜗杆胚料的位置，从而调节蜗杆的导程角，实现对刀具或者蜗杆的装夹参数的调节，蜗杆加工刀具装夹简单，装夹速度快，刀具形状简单，加工的蜗杆齿形与渐开线蜗杆的偏差小。

Description

蜗杆加工刀具

技术领域

本实用新型属于传动部件加工设备技术领域，尤其涉及一种蜗杆加工刀具。

背景技术

蜗杆传动是实现90度轴交角传动的常用方式，蜗杆具有传动比大，体积小等优势。圆柱蜗杆多采用成形线为直线的刀具加工，根据加工时刀具的安装方位不同，生成的蜗杆齿形也有一定差异。蜗杆齿形主要包括阿基米德蜗杆ZA型，法向直廓ZN型和渐开线ZI型等。渐开线齿形的齿轮具有中心距可分性，是目前应用最为广泛的齿形形式。渐开线ZI型蜗杆可采用车削或者磨削等形式加工而成，磨削方案中，采用盘状砂轮，砂轮与蜗杆轴线在两个方向上具夹角，分别是螺旋角和齿形角，砂轮的装夹要求高，加班难度较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种蜗杆加工刀具，旨在解决现有技术中的砂轮装夹难度大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种蜗杆加工刀具，用于将蜗杆胚料加工成蜗杆，所述蜗杆加工刀具包括刀盘和设置于所述刀盘上的刀体，所述刀盘的一侧面为装夹面，所述刀盘的另一相对侧面为安装面，所述刀体设置于所述安装面上，且所述刀体环绕所述刀盘的轴线L1沿圆周设置，所述刀体上设有用于加工蜗杆传动齿的锥形工作面，所述锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于蜗杆的法向齿形角α，所述轴线L1与所述蜗杆胚料的轴线L2垂直设置。

可选地，所述锥形工作面包括内锥形工作面，所述内锥形工作面位于所述刀体的内侧，所述内锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α，

或者，所述锥形工作面包括外锥形工作面，所述外锥形工作面位于所述刀体的外侧，所述外锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α。

可选地，所述锥形工作面包括内锥形工作面和外锥形工作面，所述内锥形工作面位于所述刀体的内侧，所述内锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α，所述外锥形工作面位于所述刀体的外侧，所述外锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α。

可选地，所述刀体为多个间隔设置的刀齿。

可选地，各所述刀齿的朝向所述刀齿运动方向的侧面为刀面，所述刀面与所述外锥形工作面相交的边为外工作刃，所述刀面与所述内锥形工作面相交的边为内工作刃。

可选地，所述刀面与所述安装面形成的角度为45度至100度。

可选地，所述刀体呈连续设置的环状磨具。

可选地，所述轴线L2沿所述轴线L1投影至所述刀体上并与所述刀体形成第一交点，所述第一交点继续沿所述轴线L1投影至所述刀盘的安装面上并形成投影点，所述轴线L1与所述安装面的交点为第二交点，所述投影点与所述第二交点的连接线为连接线L3，所述连接线L3与所述轴线L2的夹角等于蜗杆的分度圆导程角γ。

可选地，所述刀体的顶部设有圆角。

可选地，所述刀体沿所述刀盘的外圆边缘设置。

本实用新型的有益效果：本实用新型的蜗杆加工刀具，刀盘的安装面上设有沿圆周设置的刀体，刀盘转动，从而带动刀体对蜗杆胚料进行加工。刀盘的安装面为刀盘的其中一个侧面，蜗杆胚料与刀盘的轴线L1垂直，即蜗杆胚料的轴线L2与刀盘的轴线L1垂直，改变蜗杆胚料的装夹位置，当沿移动蜗杆胚料或者移动蜗杆加工刀具时，刀体上用于加工蜗杆胚料的加工位置发生变化，刀体的不同加工位置的法线不一样，这就使得不同位置能够加工出不同的导程角，因此，本实用新型中，在保持轴线L1和轴线L2垂直的状态，通过改变蜗杆胚料的位置，从而调节蜗杆的导程角，简单来说，本实用新型中，通过调节蜗杆胚料的位置或者蜗杆加工刀具的位置，可以实现对刀具或者蜗杆的装夹参数的调节，蜗杆加工刀具装夹简单，装夹速度快。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的刀体具有内锥形工作面的实施方式的剖视图；

图3为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的刀体具有内锥形工作面和外锥形工作面的实施方式的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的刀体为环状磨具的实施方式的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的移除蜗杆胚料的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的刀体具有内锥形工作面且移除蜗杆胚料的剖视图；

图7为本实用新型实施例提供的蜗杆加工刀具的刀体为刀齿的结构示意图；

图8为图7中局部区域A的剖视图；

图9为图7中局部区域B的剖视图；

图10为多种加工方式加工蜗杆所形成的齿形截面对比图。

其中，图中各附图标记：1—刀盘，11—安装面，12—装夹面，2—刀体，21—锥形工作面，211—内锥形工作面，212—外锥形工作面，2a—环状磨具，2b—刀齿，22—刀面，23—内工作刃，24—外工作刃，3—蜗杆胚料。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图1至附图10中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图1至附图10描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供了一种蜗杆加工刀具，用于将蜗杆胚料3加工成渐开线蜗杆，蜗杆加工刀具包括刀盘1和设置于刀盘1的刀体2，用于将蜗杆胚料3加工成渐开线蜗杆，刀盘1的一侧面为装夹面12，刀盘1的另一相对侧面为安装面11，刀体2设置于安装面11上，且刀体2环绕刀盘1的轴线L1沿圆周设置，刀体2上设有用于加工蜗杆传动齿的锥形工作面21，锥形工作面21的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，轴线L1与蜗杆胚料33的轴线L2垂直设置。本实施例中，刀盘1的安装面11上设有沿圆周设置的刀体2，刀盘1转动，从而带动刀体2对蜗杆胚料3进行加工。刀盘1的安装面11为刀盘1的其中一个侧面，蜗杆胚料3与刀盘1的轴线L1垂直，即蜗杆胚料3的轴线L2与刀盘1的轴线L1垂直，改变蜗杆胚料3的装夹位置，当沿移动蜗杆胚料3或者移动蜗杆加工刀具时，刀体2上用于加工蜗杆胚料3的加工位置发生变化，刀体2的不同加工位置的法线不一样，这就使得不同位置能够加工出不同的导程角，因此，本实施例中，在保持轴线L1和轴线L2垂直的状态，通过改变蜗杆胚料3的位置，从而调节蜗杆的导程角，简单来说，本实施例中，通过调节蜗杆胚料3的位置或者蜗杆加工刀具的位置，可以实现对刀具或者蜗杆的装夹参数的调节，蜗杆加工刀具装夹简单，装夹速度快。

另外，本实施例中的刀具结构简单，加工的蜗杆齿形与渐开线蜗杆的偏差小。

应该理解的是，蜗杆胚料3的轴线L2即为蜗杆的轴线L2。

可选地，本实施例中，如图5、图6所示，锥形工作面21包括内锥形工作面211，内锥形工作面211位于刀体2的内侧，呈倒锥形状，内锥形工作面211的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，或者说内锥形工作面211的锥角是法向齿形角α的2倍。本实施例中，如图所示方式装夹刀具和蜗杆胚料3时，蜗杆加工刀具能够加工蜗杆朝向上方的一侧齿面。另外，本实施例中，通过对内锥形工作面211的母线与轴线L1的夹角进行定义，从而确定蜗杆的法向齿形角α，避免在装夹的过程中调节刀具和蜗杆胚料3的装夹角度，降低刀具和蜗杆胚料3的装夹难度。

可选地，本实施例中，锥形工作面21包括外锥形工作面212，外锥形工作面212位于刀体2的外侧，外锥形工作面212的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，或者说外锥形工作面212的锥角是法向齿形角α的2倍。本实施例中，如图所示方式装夹刀具和蜗杆胚料3时，蜗杆加工刀具能够加工蜗杆朝向下方的一侧齿面。另外，本实施例中，通过对内锥形工作面211的母线与轴线L1的夹角进行定义，从而确定蜗杆的法向齿形角α，避免在装夹的过程中调节刀具和蜗杆胚料3的装夹角度，降低刀具和蜗杆胚料3的装夹难度。

渐开线ZI型蜗杆可采用车削或者磨削等形式加工而成，车削加工中刀具成形线为直线，刀具偏离中心轴线一定距离，受螺旋角影响，一次只能加工蜗杆一侧的齿面。与车削类似，砂轮的成形线也为直线，一次只能加工一侧齿面。为了解决前述技术问题，本实施例中，如图5所示，锥形工作面21包括内锥形工作面211和外锥形工作面212，内锥形工作面211位于刀体2的内侧，内锥形工作面211的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，或者说内锥形工作面211的锥角是法向齿形角α的2倍，外锥形工作面212位于刀体2的外侧，外锥形工作面212的母线与轴线L1的夹角等于法向齿形角α，或者说外锥形工作面212的锥角是法向齿形角α的2倍。本实施例中，内锥形工作面211能够加工蜗杆朝向上方的一侧齿面，外锥形工作面212能够加工蜗杆朝向下方的一侧齿面，从而能够同时对蜗杆的两侧齿面同时加工，加快了加工速度。另外，本实施例中，通过对内锥形工作面211的母线与轴线L1的夹角进行定义，以及对外锥形工作面212的母线与轴线L1的夹角进行定义，从而确定蜗杆的法向齿形角α，避免在装夹的过程中调节刀具和蜗杆胚料3的装夹角度，降低刀具和蜗杆胚料3的装夹难度

应该理解的是，前述母线是指过轴线L1的平面与内锥形工作面211相交所形成的线为内锥形工作面211的母线，轴线L1的平面与外锥形工作面212相交所形成的线为外锥形工作面212的母线。

可选地，如图4所示，刀体2呈连续设置的环状磨具2a，本实施例中，通过磨削的方式来加工蜗杆胚料3。具体来说，环状磨具2a为固结磨具，由结合剂将磨料固结成型。

可选地，在环状磨具2a上设置内锥形工作面211或外锥形工作面212，当然也可以同时设置内锥形工作面211和外锥形工作面212。环状磨具2a上设置内锥形工作面211，环状磨具2a能够加工蜗杆朝向上方的一侧齿面；环状磨具2a上设置外锥形工作面212，环状磨具2a能够加工蜗杆朝向下方的一侧齿面。

可选地，刀盘1与环状磨具2a均为由结合剂将磨料固结成，并且刀盘1与环状磨具2a一体固结成型。

除了磨削加工外，本实施例中的刀体2还可以对蜗杆进行铣削。可选地，如图7所示，刀体2为多个间隔设置的刀齿2b。转动刀盘1，刀齿2b跟随刀盘1转，从而对蜗杆胚料3进行铣削，从而加工出蜗杆。

具体地，如图8、图9所示，各刀齿2b跟随刀盘1转动，各刀齿2b的朝向刀齿2b运动方向的侧面为刀面22，刀面22与外锥形工作面212相交的边为外工作刃24，刀面22与内锥形工作面211相交的边为内工作刃23。本实施例中，在刀齿2b的朝向运动方向的侧面设置为刀面22，刀面22与内锥形工作面211以及外锥形工作面212相交，形成内工作刃23和外工作刃24，通过内工作刃23和外工作刃24分别加工蜗杆的两侧齿面。

可选地，刀面22与安装面11形成的角度为45度至100度角。刀面22与安装面11所成的角度是指从安装面11转向刀面22的角度，具体角度包括45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°、100°以及45°至100°之间的其他数值。

本实施例中，在刀齿2b上设置内锥形工作面211或外锥形工作面212，当然也可以同时设置内锥形工作面211和外锥形工作面212。刀齿2b上设置内锥形工作面211，刀齿2b上具有内工作刃23，刀齿2b能够加工蜗杆朝向上方的一侧齿面；刀齿2b上设置外锥形工作面212，刀齿2b上具有外工作刃24，刀齿2b能够加工蜗杆朝向下方的一侧齿面。本实施例所述的上方和下方，是指图2或图3中的上下方向。

可选地，如图7所示，轴线L2沿轴线L1投影至刀体2上并与刀体2形成第一交点，第一交点继续沿轴线L1投影至刀盘1的安装面11上并形成投影点，轴线L1与安装面11的交点为第二交点，投影点与第二交点的连接线为连接线L3，连接线L3与轴线L2的夹角等于蜗杆的分度圆导程角γ。蜗杆胚料3的轴线L2位于安装面11上的投影与刀体2形成第一交点，轴线L1与安装面11的交点为第二交点，相当于第二交底位于圆心，第一交点位于刀体2所在的圆上，投影点为第一交点投影至安装面11的点，投影点和第二交点的连接线L3为第一交点所在的圆上的法线，连接线L3与蜗杆胚料3的轴线L2的夹角即为,蜗杆螺旋线的切线与垂直螺旋线轴线平面的夹角，连接线L3与蜗杆胚料3的轴线L2的夹角为分度圆导程角γ。因此，本实施例中，通过在保持蜗杆胚料3的轴线L2与蜗杆加工刀具的轴线L1垂直的状态下，移动蜗杆胚料3的轴线L2，或者移动刀盘1，改变蜗杆胚料3与刀盘1在水平方向上的相对位置，即可改变分度圆导程角γ，从而形成不同的分度圆螺旋线。因此，本实施例，蜗杆与砂轮的交错角为90度，蜗杆胚料3的轴线L2相对于刀盘1的轴线L1偏移一定距离，通过移动蜗杆胚料3或刀盘1，改变蜗杆胚料3的轴线L2相对于刀盘1的轴线L1之间的偏移距离，即可实现对分度圆螺旋线的参数调节，或者说实现对螺旋角的参数调节，通过移动的方式来调节加工参数，移动距离更容易把控，调节更加简单。

具体来说，是改变轴线L2和轴线L1之间的距离，蜗杆胚料3的或者刀盘1的移动路径平行安装面11，并且垂直蜗杆胚料3的轴线L2。

可选地，为了避免蜗杆齿根应力集中，刀体2的顶部设有圆角，即在刀齿2b的顶部设置圆角，在环状磨具2a的顶部设置圆角。

可选地，为优化刀盘1上刀体2的部件，以及提高空间利用率，本实施例中，刀体2沿刀盘1的外圆边缘设置。

本实用新型实施例还提供了一种渐开线蜗杆加工方法，本加工方法应用前述蜗杆加工刀具，将蜗杆胚料3加工渐开线蜗杆，包括如下步骤：

S1：装夹蜗杆加工刀具；

S2：装夹蜗杆胚料3，使得蜗杆胚料3的轴线L2与蜗杆加工刀具的轴线L1垂直，轴线L2投影至刀盘1的安装面11上并与刀体2形成第一交点，轴线L1与安装面11的交点为第二交点，第一交点与第二交点的连接线为连接线L3，连接线L3与轴线L2的夹角等于蜗杆的分度圆导程角γ；

S3：通过动力元件带动蜗杆加工刀具以轴线L1为转轴转动；

S4：沿轴线L2移动蜗杆坯料，同时蜗杆坯料绕轴线L2旋转。

其中，蜗杆胚料3的移动速度v和转动速度ω满足：tanγ＝v/ωr，其中r为分度圆半径。

步骤S1中，具体是装夹刀盘1，步骤S2用于装夹蜗杆胚料3，通过调节蜗杆胚料3与刀盘1之间的距离，即轴线L2与轴线L1的距离，从而改变蜗杆的分度圆导程角γ。步骤S4为进给步骤，蜗杆胚料3的移动速度v和转动速度ω满足：tanγ＝v/ωr，使得螺旋的角度和移动的距离满足蜗杆分度圆螺旋角的要求。

本实用新型通过前述步骤加工出渐开线蜗杆，加工过程中，只需要调节轴线L2与轴线L1的距离，无需调校刀具和蜗杆胚料3的装夹角度，刀具和蜗杆胚料3装夹简单。

从整体上来将，本实用新型实施例的蜗杆加工方法由环状磨具2a磨削加工，或由刀齿2b铣削加工，对硬度高和硬度低的材料均可加工。刀盘1的直径大，加工时相对线速度大，加工效率高，表面光洁度好。

而且，本实用新型实施例的刀具工作面或工作刃由直线回转生成，外形简单，易于加工制造。

本实施例还模拟加工蜗杆，并与ZN，ZA等加工方法进行对比，本实用新型实施例加工的蜗杆齿形更接近渐开线的理论齿形，尤其是对于多头渐开线蜗杆来说，齿形偏差更小。

如图10所示，图10为齿形截面对比图，ZA型蜗杆，ZN型蜗杆，ZI型蜗杆以及本实用新型实施例分别加工蜗杆而获得的齿形截面图，蜗杆具体为2头渐开线蜗杆，1.0模数，导程角20度，齿形角20度。

图中ZA所指示的齿形截面为ZA型蜗杆齿形截面，ZN所指示的齿形截面为ZN型蜗杆齿形截面，ZI所指示的齿形截面为ZI型蜗杆齿形截面，线条Z为本实施例齿形截面。

与ZI所指示ZI型蜗杆齿形截面相比，

ZA型齿形截面，最大偏差0.119mm，最小偏差0.000mm，齿形偏差0.119mm；

ZN型齿形截面，最大偏差0.097mm，最小偏差0.000mm，齿形偏差0.097mm

本实施例型齿形截面，最大偏差0.044mm，最小偏差0.025mm，齿形偏差0.019mm。

因此，对于多头蜗杆，本方案的齿形偏差比ZN型蜗杆，ZA型蜗杆等蜗杆，可大幅减小齿形偏差。

本方案与理论渐开线蜗杆的差异在于，理论渐开线蜗杆的加工面为平面，如通过砂轮加工渐开线蜗杆时，砂轮的加工面为平面，本方案采用较大直径的刀盘1，并且以刀体2上的内锥形工作面211或者外锥形工作面212为加工平面，当直径越大，越接近于平面，本方案与理论渐开线蜗杆的齿形偏差越小。

以上描述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种蜗杆加工刀具，用于将蜗杆胚料加工成蜗杆，所述蜗杆加工刀具包括刀盘和设置于所述刀盘上的刀体，其特征在于：所述刀盘的一侧面为装夹面，所述刀盘的另一相对侧面为安装面，所述刀体设置于所述安装面上，且所述刀体环绕所述刀盘的轴线L1沿圆周设置，所述刀体上设有用于加工蜗杆传动齿的锥形工作面，所述锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于蜗杆的法向齿形角α，所述轴线L1与所述蜗杆胚料的轴线L2垂直设置。

2.根据权利要求1所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述锥形工作面包括内锥形工作面，所述内锥形工作面位于所述刀体的内侧，所述内锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α，

或者，所述锥形工作面包括外锥形工作面，所述外锥形工作面位于所述刀体的外侧，所述外锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α。

3.根据权利要求1所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述锥形工作面包括内锥形工作面和外锥形工作面，所述内锥形工作面位于所述刀体的内侧，所述内锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α，所述外锥形工作面位于所述刀体的外侧，所述外锥形工作面的母线与所述轴线L1的夹角等于法向齿形角α。

4.根据权利要求3所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述刀体为多个间隔设置的刀齿。

5.根据权利要求4所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：各所述刀齿的朝向所述刀齿运动方向的侧面为刀面，所述刀面与所述外锥形工作面相交的边为外工作刃，所述刀面与所述内锥形工作面相交的边为内工作刃。

6.根据权利要求5所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述刀面与所述安装面形成的角度为45度至100度。

7.根据权利要求1所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述刀体呈连续设置的环状磨具。

8.根据权利要求1至7任一项所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述轴线L2沿所述轴线L1投影至所述刀体上并与所述刀体形成第一交点，所述第一交点继续沿所述轴线L1投影至所述刀盘的安装面上并形成投影点，所述轴线L1与所述安装面的交点为第二交点，所述投影点与所述第二交点的连接线为连接线L3，所述连接线L3与所述轴线L2的夹角等于蜗杆的分度圆导程角γ。

9.根据权利要求1至7任一项所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述刀体的顶部设有圆角。

10.根据权利要求1至7任一项所述的蜗杆加工刀具，其特征在于：所述刀体沿所述刀盘的外圆边缘设置。