CN2300468Y - 步切式高效齿轮滚刀 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高效切齿滚刀,它最适用加工多齿数,大模数的渐开线齿轮。滚刀的外形,切出端是圆柱形,切入端是两段圆锥,如图所示当滚刀1有轴向走刀为S时,(S=2S_o),A点移至A’点,B点移至B’点,滚刀在AA’直线上切齿时B点已转到AA’直线上,距离S_o已被切掉,在A’点的切去量为S－S_o=0.5S;同理在B’点的切去量也为走刀量的二分之一,每转被此循环实现步切。标准滚刀的走刀量一般在0.6—0.9范围内,本新型在切齿数范围内的走刀量可在1—1.5mm范围内。它不但具备标准滚刀的功能,而且能提高切齿效率。

Description

步切式高效齿轮滚刀

本新型是涉及一种改进的渐开线齿轮滚刀，特别是双锥能显著的提高切齿效率，它最适用于加工多齿数，大模数的渐开线齿轮。

现在各刃具厂出品的各种规格渐开线齿轮滚刀，都是园柱形，只有机械工业出版社出版的“复杂刀具设计手册”中第247页所提到的齿高不等齿轮滚刀是园柱锥形。

园柱形齿轮滚刀因切齿轮时，滚刀轴线必须倾斜螺纹升角，因此就形成了不相同的两个切削区，(参见图一，编号2表示被加工齿轮)，即O₁为园心滚刀顶园为半径的AB弧环形切削区和以O₁、O₂为园心，各以滚刀顶园为半径倾斜角为λ的BCD园柱斜面切削区。在AB弧环形切削区中AC曲线上的AD段在回转切齿过程中被滚刀顶园半径AB园弧切掉，因此BD平面以上切屑厚度较薄，刀具切削受力也小，在BCD柱斜面切削区中，滚刀长度端截面中心O₁至O₂半滚刀长度内，滚刀外园同时都参加切削，同时切削面积大，而且径切增量从切入端至滚刀长度中心由大到小，切削负荷不均，因此刀具切削负荷大，严重影响切齿效率。由于BD面以下的切削不参加齿形展成，所以说在此范围内的切削是有害切削，园柱形滚刀无法克服。“复杂刀具设计手册”中所提到的齿高不等滚刀，因园锥长度较短，虽然对切削负荷有所减缓，然而因走刀所产生的切屑厚度仍然无法减薄，因此走刀量不能提高。

本新型的任务是提供一种具有标准渐开线齿轮滚刀功能，而且能提高加工大模数多齿数渐开线齿轮切齿效率的滚刀。其任务按下述对照图二进行实现，编号1、2分别表示滚刀和被加工齿轮，两者正处加工状态，O₂、O₃分别是切齿时在滚刀切入端长度上两个端截面中心，AB两点分别是以O₃为园心，O₃A为半径和以O₂为园心，O₂B为半径高低相差距为O₂O₃(在高度方向上的投影)，切齿时在齿轮外园表面离开的最低位置，设A、B两点高度差为S_o，当滚刀有轴向走刀为S时，(而且S＝2S_o)，A点移至A’点，B点移至B’点，当滚刀在AA’直线上切齿时，此时B点已转到AA’直线上，距离S_o已被切掉，因此在A’点的切去量为S-S_o＝0.5S；同理当在B’点进行切齿时，A’转到BB’直线上，在B’点的切去量也为走刀量的二分之一，每转被此循环实现步切。在给定走刀量的情况下，实切切屑厚度总是比应切切屑厚度薄趋近二分之一。

据上所述，本新型克服了园柱形滚刀在斜面切削区中切削不均和园柱形滚刀、不等高齿滚刀切屑厚不能减薄的缺点，标准滚刀的走刀量从实践知一般在0.6～0.9范围内，本新型在切齿范围内的走刀量可在1～1.5范围内，因此它不但具备了标准滚刀的功能而且能较明显的提高切齿效率。一旦被生产厂家所采用，将取代于标准滚刀，有广泛的使用前景。

以下结合图二、图三详细描述本新型设计计算：

1、设计计算1)分园直径D_f

D_f＝Km/sinλ                      (1)

            k＝1  λ——分园螺纹升角2)刀顶高h1h1＝1.25m                         (2)3)刀根高h2＝1.25m                   (3)4)名义顶园直径D_oD_o＝Df+2h1                       (4)5)最大园锥直径Dmax

(1)滚刀切齿时滚刀最小啮合长度段最大啮合长度1max $1\max =\frac{1.25m}{\mathrm{tg\α}}+0.5\mathrm{\πm}----\left(5\right)$

(2)滚刀切齿时滚刀最小啮合长度段最小啮合长度1min $1\min =\frac{1.25m}{\mathrm{tg\α}}-0.5\mathrm{\πm}----\left(6\right)$

(3)滚刀切齿时滚刀最小啮合长度段最大啮合长度处的园锥直径离开工件外园处距工件中心处半径差ΔR

ΔR＝R-(R²-1²max)^0.5            (7)

(4)滚刀切齿时滚刀最小啮合段最小啮合长度处的最大园锥直径离开工件外园处与ΔR差ΔR₁

ΔR₁＝ΔR-(R-(R²-1²min)^0.5)     (8)

R＝0.5zm+m

(5)AD＝(r_o ²-(ro-h+ΔR)²)^0.5     (9)

(6)CB＝πmtgλ+AD+S_o            (10)

       ro——滚刀名义半径

       λ——滚刀分园螺纹升角

       S_o——给定步切量

      h——给定切齿深度取2m

(7)o₂c＝(r_o-2m)+ΔR-ΔR₁           (11)

(8)Dmax＝2(O₂C²+CB²)^0.5            (12)6)法向齿厚Sn

Sn＝0.5πm                         (13)7)轴向齿距t_z

t_z＝πm/COSλ                      (14)8)滚刀总长L

L＝2(2.57m/(tgα.cosλ))           (15)9)滚刀最大园锥直径距滚刀长度中心最小长度L₁ $L_1=\left(\frac{1.25m}{\mathrm{tg\α}}0.5\mathrm{\πm}\right)/\mathrm{COS\λ}----\left(16\right)$

         α＝20°(压力角)10)滚刀中间园锥小端距滚刀长度中心距离L₂

L₂＝(L₁+πm)/COSλ                 (17)11)切入端最小园锥直径Dmin

Dmin＝2(((4.5r_om-5.0625m²)^0.5-0.5Ltgλ)²+(r_o-2.25m)²)^0.5(18)12)外锥长度1₃

l₃＝0.5L-L₂                        (19)13)外端园锥角φ

φ＝arctg(0.5Do-0.5Dmin)/l3        (20)14)结构形式

结构形式是指镶齿式或整体式，其结构形式和标准齿轮滚刀相同不再详述。15)滚刀后角

本新型虽然在切入端各部顶径都不相等，它的顶后角和侧后角仍按最大外径来确定，其值顶后角为11°～13°，侧后角不小于3°为准。铲背量按最大外径来计算，用径向铲背获得顶、侧后角。最外端顶后角采用尖齿，顶后角为12°。

其它齿形角的修正，铲背的计算，精度等级的采用值等等不再详述可按标准齿轮滚刀设计。

2、使用范围和使用方法1)使用范围的确定

本新型每一把滚刀只能满足在设计给定的切齿数范围内进行切齿，才能达到予期提高切齿效率的目的，当超出给定切齿数范围时，其走刀量只能按标准滚刀来选用。因此为了实现对加工不同齿数都能提高生产率，可以按齿数段进行设计。只得提出的一点是本新型最适用于加工大模数、多齿数的齿轮。当然如果有必要实现小模数、少齿数的高切齿率，也可以按齿数段进行设计。被切齿数段按下列算式计算。参见图二

S_o＝BC-AD-πmtgλ                    (1)

s_o—给定步切量，0.45≤S_o≤1

Rx＝0.5Z_xm+m                        (2)

Zx—给定被切齿数

ΔR＝Rx-(R_x ²-1²max)^0.5            (3)

ΔR-ΔR₁＝Rx-(Rx²-1²min)^0.5       (4)

1max＝1min+πm                          (5)

1.25m/tgα                            (6)

α-分园压力角为20°

BC＝[r²-(r_o-h+ΔR-ΔR₁)²]^0.5     (7)

AD＝[ro²-(r_o-h+ΔR)²]^0.5          (8)

将7、8式代入1式，并使S_o满足0.45≤SO≤1即得S_o和被切齿数。2)切齿时使用方法

本新型切齿时有别于标准滚刀，使用时按下述方法进行操作。

(1)滚刀装入刀杆后和标准滚刀一样要搬螺纹升角；

(2)调整滚刀长度中心基本对准工件中心；

(3)走刀量的确定方法是先按被切齿数选定S_o走刀量按S≤0.8+S_o确定；

(4)在加工大模数齿轮时，一般用铣刀先开坯。

3、设计实例：设计m＝20，压力角α＝20°，螺纹升角λ＝5°，被切基础齿轮齿数Zx＝200步切式滚刀。

1)分园直径Df

  Df＝Km/sinλ＝229.47，K＝1

2)刀顶高h1＝1.25m＝25

3)刀根高h2＝1.25m＝25

4)名义顶园直径D_o

  D_o＝229.47+2×25＝279.47≈280

  校正螺纹升角λ＝4.988542°

5)最大园锥直径Dmax

  (1)1max＝100.103

(2)1min＝(1.25m/tgα)-0.5πm＝37.271

(3)ΔR＝2020-(2020²-100.103²)^0.5＝2.482

(4)ΔR₁＝2.482-(2020-(2020²-37.271²)^0.5)＝2.138

(5)AD＝((0.5×280)²-(140-40+2.482)²)^0.5＝95.38

(6)BC＝π×20×tg(4.988542°)+AD+0.75＝101.614

(7)O₂C＝r_o-2m+ΔR-ΔR₁＝100.344

(8)Dmax＝2(O₂C²+CB²)^0.5＝285.62

6)法向齿厚Sn

  Sn＝0.5πm＝31.416

7)轴向齿距t_z

  t_z＝63.071

8)滚刀总长L

  L＝2×2.57m/cosλ.tgα＝283.51≈285

9)L₁＝((1.25m/tgα)-0.5πm)/cosλ＝37.413

10)L₂＝(L₁+πm)/cosλ＝100.626

11)Dmin＝2×131.135＝262.27≈262

12)1₃＝0.5L-L₂＝41.84

13)φ＝arctg(0.5D_o-0.5Dmin)/l₃＝15.3686°

4、切齿范围计算实例

计算上述滚刀的切齿数范围及其步切量S_o.

1)按使用范围中1-8式分别进行计算，并使切齿数范围满足0.45≤S_o≤1，逐齿计算。2)列表计录切齿数范围及步切量S_o记录表

Zx	Rx	ΔR	ΔR-ΔR1	1max	1min	BC	AD	2m	So
										231	2330	2.151	0.298	100.103	37.271	101.68	95.735	40	0.44
230	2320	2.161	0.299	100.103	37.271	101.66	95.724	40	0.452
										200	2020	2.482	0.344	100.103	37.271	101.616	95.38	40	0.752
182	1840	2.725	0.378	100.103	37.271	101.582	95.119	40	0.979
										180	1820	2.755	0.382	100.103	37.271	101.578	95.086	40	1.007

3)确定切齿数范围及步切量S_o

(1)切齿数范围Zx 182齿-230齿

(2)步切量S_o  0.979mm-0.452mm

Claims (3)

1、本“步切式高效齿轮滚刀”是一种新改进的渐开线齿轮滚刀。其特征在于：

a、滚刀的外形，切出端是园柱形，切入端是两段园锥；

b、两段园锥的方向，从切入端至滚刀长度中心看各由小到大。

2、根据权利要求1所述的步切式高效齿轮滚刀，其特征在于从滚刀切入端数第二锥段，园锥最大外径大于标准渐开线齿轮滚刀外径，园锥最小外径等于标准渐开线齿轮滚刀外径。

3、根据权利要求1所述的步切式高效齿轮滚刀其特征在于切入端的第二锥段加工齿轮同一齿轮槽时，在齿轮轴向滚刀的园锥最大外径与园锥最小外径的切高差大于零。

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