CN219818274U - 一种用于加工k形齿廓齿轮的滚刀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，主切削刃修正段对称且与齿轮齿廓修正段相同，两段时第一和第二直线段自外向内组成左侧齿廓，第三和第四直线段组成右侧齿廓，第一直线段和轴线X夹角为主切削刃的压力角α1，第二直线段和X夹角为压力角α2，第三直线段终点与主切削刃外侧延长线距离为转变高度Hz。三段时直线段一、二和三自外向内组成左侧齿廓，直线段四、五和六组成右侧齿廓，直线段一和X夹角为压力角α01，直线段二和X夹角为压力角α02，直线段二和X夹角为压力角α03，直线段四终点与延长线距离为第一段转变高度Hz0，直线段五终点与延长线距离为第二段转变高度Hz1，可完全满足K形齿廓的加工要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及滚刀设计领域，具体为一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀。
背景技术
目前常用剃齿修形后的齿廓公差带范围和齿廓形状如图1所示，剃齿加工后的齿廓形状必须处于要求的齿廓公差带范围内，其实际加工的齿廓形状的主要特点为：由两段或多段不同齿廓斜率偏差(fHα)修正齿廓连接而成，该形状类似K形，称为K形修形。齿轮在运转中承载扭矩后，齿廓形状一般会发生弹性变形，不利于齿轮精确传动，还会降低齿轮寿命，对齿轮齿廓进行K形修形后，承载扭矩后的齿廓更接近标准渐开线，传动精度更高，寿命也更长。
随着滚齿加工精度的提升，在齿轮齿数较少时，滚齿加工的齿形精度高于剃齿加工。传统滚刀加工的齿形是标准渐开线，因此为了使滚齿加工在齿轮齿数较少时代替剃齿加工，就需要滚刀具备K形齿廓修形的加工能力。
目前常用的滚刀主切削刃结构如图3所示，具有单一的压力角α，实际加工出的齿廓形状多为1条fHα无修正齿廓或1条带有fHα修正的齿廓，具体参见图2和图4，不具备加工两段或多段不同fHα修正齿廓的能力。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，可完全满足K形齿廓的加工要求。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述滚刀的主切削刃修正段数量与待加工齿轮齿廓修正段数量相同；
当待加工齿轮的齿廓修正段数为两段时，滚刀包括均沿滚刀主切削刃轴线X对称分布的第一直线段和第三直线段，以及第二直线段和第四直线段，第一直线段和第二直线段自外向内组成滚刀主切削刃的左侧齿廓，第二直线段的起点为第一直线段的终点，第三直线段和第四直线段自外向内组成滚刀主切削刃的右侧齿廓，第四直线段的起点为第三直线段的终点，第一直线段和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α1，第二直线段和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α2，第三直线段的终点与滚刀主切削刃外侧延长线Q的距离为滚刀的转变高度Hz；
当待加工齿轮的齿廓修正段数为三段时，滚刀包括均沿轴线X对称分布的直线段一和直线段四、直线段二和直线段五以及直线段三和直线段六，直线段一、直线段二和直线段三自外向内组成滚刀主切削刃的左侧齿廓，直线段二的起点为直线段一的终点，直线段三的起点为直线段二的终点，直线段四、直线段五和直线段六自外向内组成滚刀主切削刃的右侧齿廓，直线段五的起点为直线段四的终点，直线段六的起点为直线段五的终点，直线段一和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α01，直线段二和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α02，直线段二和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α03，直线段四的终点与延长线Q的距离为滚刀的第一段转变高度Hz0，直线段五的终点与延长线Q的距离为滚刀的第二段转变高度Hz1。
优选的，所述的压力角α1满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H1为待加工齿轮渐开线终止圆直径deap和修形转变直径dz1差值的二分之一，fHa1为待加工齿轮上端修形量。
优选的，所述的压力角α2满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H2为待加工齿轮修形转变直径dz1和渐开线起始圆直径dsap差值的二分之一，fHa2为待加工齿轮下端修形量。
优选的，所述的转变高度Hz为待加工齿轮修形转变直径dz1和齿根圆直径df1差值的二分之一。
优选的，所述的压力角α01满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H01为待加工齿轮渐开线终止圆直径deap和第一段修形转变直径dza差值的二分之一，fHa11为待加工齿轮第一段修形量。
优选的，所述的压力角α02如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H02为待加工齿轮第一段修形转变直径dza和第二段修形转变直径dzb差值的二分之一，fHa22为待加工齿轮第二段修形量。
优选的，所述的压力角α03如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H03为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和渐开线起始圆直径dsap差值的二分之一，fHa33为待加工齿轮第三段修形量。
优选的，所述的第一段转变高度Hz0为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和齿根圆直径df1差值的二分之一。
优选的，所述第二段转变高度Hz1为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和第一段修形转变直径dza差值的二分之一。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，滚刀的主切削刃修正段数量与待加工齿轮齿廓修正段数量相同，滚刀的左侧齿廓和右侧齿廓沿滚刀主切削刃轴线X对称分布，当待加工齿轮的齿廓修正段数为两段时，滚刀主切削刃任意一侧由两段连续直线组成，第一直线段和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α1，第二直线段和轴线X的夹角形成滚刀主切削刃的压力角α2，第三直线段的终点与滚刀主切削刃外侧延长线Q的距离为滚刀的转变高度Hz。当待加工齿轮的齿廓修正段数为三段时，滚刀的主切削刃满足类似的结构，形成3个压力角和二段转变高度，每一个主切削刃在待加工齿轮的齿廓上加工出不同的fHα修正齿廓，达到满足齿轮K形齿廓修形的目的，可完全满足K形齿廓的加工要求，且由于滚刀的切削刃是直线形状，可轴向铲磨加工，制作工艺简单，刃磨后齿形不发生变化。
附图说明
图1为现有技术中剃齿加工的齿廓公差带范围和常见的实际加工齿廓形状。
图2为目前滚齿加工的齿廓公差带范围和实际加工的齿廓形状。
图3为常用滚刀主切削刃的结构示意图。
图4为常用滚刀加工的齿廓形状示意图。
图5为本实用新型以2段不同fHα修形为例的滚刀主切削刃结构示意图。
图6为图5所示的主切削刃加工的齿形结构示意图。
图7为本实用新型以3段不同fHα修形为例的滚刀主切削刃结构示意图。
图8为图7所示的主切削刃加工的齿形结构示意图。
图中：1-滚刀，2-第一直线段，3-第二直线段，4-第三直线段，5-第四直线段，6-直线段一，7-直线段二，8-直线段三，9-直线段四，10-直线段五，11-直线段六。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，在待加工齿轮上可加工两段或三段不同齿廓斜率偏差(fHα)修正的齿廓，滚刀的主切削刃修正段数量与待加工齿轮齿廓修正段数量相同，每一个主切削刃在待加工齿轮的齿廓上加工出不同的fHα修正齿廓，达到满足齿轮K形齿廓修形的目的。
本实用新型滚刀的主要关键点为确定滚刀主切削刃上各个段的压力角及转变高度，以图5展示的2段不同fHα的齿廓为示例，如有三段不同fHα的齿廓，可根据待加工齿轮不同的修形转变直径重复示例即可，每两段之间有一个转变点，因此2段不同fHα的齿廓有1个转变点，对应一个修形转变直径。3段不同fHα的齿廓有2个转变点，对应两个修形转变直径，其他的设计与普通滚刀设计相同。图6中，齿轮的修形范围H1是由压力角α1加工的，修形范围H2由压力角α2加工的，齿轮的两段修形范围在修形转变直径处分界，滚刀的2种压力角在转变高度Hz处分界。
图5中，本实用新型用于加工K形齿廓齿轮的滚刀包括第一直线段2、第二直线段3、第三直线段4和第四直线段5，其中第一直线段2和第二直线段3自外向内组成主切削刃的左侧齿廓，第二直线段3起点为第一直线段2终点，类似地，第三直线段4和第四直线段5自外向内组成主切削刃的右侧齿廓，第四直线段5起点为第三直线段4终点，第一直线段2和第三直线段4沿主切削刃轴线X对称分布，同样地，第二直线段3和第四直线段5沿主切削刃轴线X对称分布，第一直线段2和轴线X的夹角为主切削刃的压力角α1，第二直线段3和轴线X的夹角为主切削刃的压力角α2，第三直线段4终点与主切削刃外侧延长线Q的距离为滚刀1的转变高度Hz。
图5中，确定主切削刃上2段不同的压力角及转变高度的过程如下：
首先对于待加工的齿轮，需要已知压力角α0、修形转变直径dz1、齿根圆直径df1、渐开线起始圆直径dsap、渐开线终止圆直径deap、上端修形量fHa1、下端修形量fHa2。
步骤1、计算滚刀转变高度Hz，由于上端修形量和下端修形量远小于齿轮分圆齿厚(两个修形量与齿轮分圆齿厚的比值均小于1％)，故忽略基圆直径变化，直接使用下式计算：
Hz＝(dz1-df1)/2
步骤2、分别计算齿轮各段齿廓高度H1、H2
H1＝(deap-dz1)/2
H2＝(dz1-dsap)/2
步骤3、计算主切削刃压力角α01、α02
如有三段不同修形量的齿廓修形，按待加工齿轮要求扩充至三段，压力角从上往下，齿轮对应的齿形修行量从下往上。
图7中，当进行齿轮三段修形时，本实用新型用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，包括直线段一6、直线段二7、直线段三8、直线段四9、直线段五10以及直线段六11。直线段一6、直线段二7和直线段三8自外向内组成主切削刃的左侧齿廓，直线段二7起点为直线段一6终点，直线段三8起点为直线段二7终点。直线段四9、直线段五10和直线段六11自外向内组成主切削刃的右侧齿廓，类似地，直线段五10起点为直线段四9终点，直线段六11起点为直线段五10终点。直线段一6和直线段四9沿轴线X对称分布，直线段二7和直线段五10沿轴线X对称分布，直线段三8和直线段六11沿轴线X对称分布，直线段一6和轴线X的夹角为主切削刃的压力角α01，直线段二7和轴线X的夹角为主切削刃的压力角α02，直线段二8和轴线X的夹角为主切削刃的压力角α03，此外，直线段四9终点与延长线Q的距离为滚刀1的第一段转变高度Hz0，而直线段五10终点与延长线Q的距离为第二段转变高度Hz1。
图7中，确定主切削刃上3段不同的压力角及转变高度的过程如下：
对于待加工的齿轮，需要已知压力角α0、齿根圆直径df1、渐开线终止圆直径deap、渐开线起始圆直径dsap、第一段修形转变直径dza，第一段修形量fHa11、第二段修形转变直径dzb，第二段修形量fHa22和第三段修形量fHa33；
步骤1：滚刀第一段(位于最上方)与第二段的转变高度Hz0使用下式计算：
Hz0＝(dzb-df1)/2
滚刀第二段与第三段的转变高度Hz1使用下式计算：
Hz1＝(dza-dzb)/2
步骤2、分别计算齿轮各段齿廓高度H01、H02、H03
H01＝(deap-dza)/2
H02＝(dza-dzb)/2
H03＝(dzb-dsap)/2
其中H01对应第一段修形的齿廓范围，H02对应第二段修形的齿廓范围，H03对应第三段修形的齿廓范围。
步骤3、计算主切削刃压力角α01、α02、α03
图8中，齿轮的修形范围H01是由压力角α1加工的，修形范围H02由压力角α02加工的，修形范围H03由压力角α03加工的，齿轮的三段修形范围在2个修形转变直径处分界，滚刀的3种压力角依次在转变高度Hz0处和Hz1处分界。
在具体设计时，结合现有的设计方法，如《齿轮刀具设计》袁哲俊、刘华明、唐宜胜等编-上册中第一篇第五章的齿轮、滚刀部分，完成滚刀剩余参数的设计，最后以当前工艺便能完成本实用新型的滚刀加工。
Claims (9)
1.一种用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述滚刀(1)的主切削刃修正段数量与待加工齿轮齿廓修正段数量相同；
当待加工齿轮的齿廓修正段数为两段时，滚刀(1)包括均沿滚刀(1)主切削刃轴线X对称分布的第一直线段(2)和第三直线段(4)，以及第二直线段(3)和第四直线段(5)，第一直线段(2)和第二直线段(3)自外向内组成滚刀(1)主切削刃的左侧齿廓，第二直线段(3)的起点为第一直线段(2)的终点，第三直线段(4)和第四直线段(5)自外向内组成滚刀(1)主切削刃的右侧齿廓，第四直线段(5)的起点为第三直线段(4)的终点，第一直线段(2)和轴线X的夹角形成滚刀(1)主切削刃的压力角α1，第二直线段(3)和轴线X的夹角形成滚刀(1)主切削刃的压力角α2，第三直线段(4)的终点与滚刀(1)主切削刃外侧延长线Q的距离为滚刀(1)的转变高度Hz；
当待加工齿轮的齿廓修正段数为三段时，滚刀(1)包括均沿轴线X对称分布的直线段一(6)和直线段四(9)、直线段二(7)和直线段五(10)以及直线段三(8)和直线段六(11)，直线段一(6)、直线段二(7)和直线段三(8)自外向内组成滚刀(1)主切削刃的左侧齿廓，直线段二(7)的起点为直线段一(6)的终点，直线段三(8)的起点为直线段二(7)的终点，直线段四(9)、直线段五(10)和直线段六(11)自外向内组成滚刀(1)主切削刃的右侧齿廓，直线段五(10)的起点为直线段四(9)的终点，直线段六(11)的起点为直线段五(10)的终点，直线段一(6)和轴线X的夹角形成滚刀(1)主切削刃的压力角α01，直线段二(7)和轴线X的夹角形成滚刀(1)主切削刃的压力角α02，直线段二(8)和轴线X的夹角形成滚刀(1)主切削刃的压力角α03，直线段四(9)的终点与延长线Q的距离为滚刀(1)的第一段转变高度Hz0，直线段五(10)的终点与延长线Q的距离为滚刀(1)的第二段转变高度Hz1。
2.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的压力角α1满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H1为待加工齿轮渐开线终止圆直径deap和修形转变直径dz1差值的二分之一，fHa1为待加工齿轮上端修形量。
3.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的压力角α2满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H2为待加工齿轮修形转变直径dz1和渐开线起始圆直径dsap差值的二分之一，fHa2为待加工齿轮下端修形量。
4.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的转变高度Hz为待加工齿轮修形转变直径dz1和齿根圆直径df1差值的二分之一。
5.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的压力角α01满足如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H01为待加工齿轮渐开线终止圆直径deap和第一段修形转变直径dza差值的二分之一，fHa11为待加工齿轮第一段修形量。
6.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的压力角α02如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H02为待加工齿轮第一段修形转变直径dza和第二段修形转变直径dzb差值的二分之一，fHa22为待加工齿轮第二段修形量。
7.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的压力角α03如下关系式：
其中α0为待加工齿轮的压力角，H03为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和渐开线起始圆直径dsap差值的二分之一，fHa33为待加工齿轮第三段修形量。
8.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述的第一段转变高度Hz0为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和齿根圆直径df1差值的二分之一。
9.根据权利要求1所述的用于加工K形齿廓齿轮的滚刀，其特征在于，所述第二段转变高度Hz1为待加工齿轮第二段修形转变直径dzb和第一段修形转变直径dza差值的二分之一。
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