專利名稱:斜齒圓柱齒輪精密拉削方法及刀具的制作方法
本發(fā)明屬于漸開線斜齒圓柱齒輪齒面精加工領(lǐng)域。
拉削加工具有高精度、高效率、刀具壽命長、機床運動簡單等諸多優(yōu)點。在成批、大量生產(chǎn)中已廣泛應用并獲顯著的技術(shù)、經(jīng)濟效益。應用拉削加工齒輪，目前僅見采用長條形(拉削單個齒槽，單齒分度)、扇形(拉削數(shù)個齒槽，數(shù)齒分度)和筒形(拉削全部齒槽，元需分度)拉刀拉削，其共同特點是拉刀刀刃齒形按成形法設(shè)計，加工齒輪齒數(shù)不同，齒槽形狀不同，拉刀專用且僅能加工直齒輪。
本發(fā)明的目的在于提供一種高效、高精度、低成本拉削軟齒面或硬齒面的斜齒圓柱齒輪精密拉削方法和構(gòu)形簡單的斜齒齒條形拉刀。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案完成的采用分置齒輪輪齒兩側(cè)的成對斜齒齒條形拉刀拉削齒輪輪齒兩側(cè)齒面，齒輪與拉刀做相對螺旋運動，螺旋運動參數(shù)p=rb／tgβb，每沿齒輪軸向往復切削一次，完成齒輪雙側(cè)齒面精加工。
用于斜齒圓柱齒輪精密拉削方法專用的斜齒齒條形拉刀，它具有傾斜角入=βb(βb—被加工齒輪基圓螺旋角)的直線刀刃，拉削中每條刀刃依次對應切削相應輪齒齒面并與該斜齒輪齒面——螺旋漸開面的直線母線相貼合，拉刀法向齒距等于被加工齒輪法向基節(jié)，拉刀齒頂面為前刀面Aγ，對應加工齒面的拉刀齒槽側(cè)面為后刀面Aα，拉刀非工作側(cè)齒槽側(cè)面為齒背面Ac，拉刀刀齒縱截面為鋸齒形，其法向前角γn，法向后角αn，均能按具體工作情況依照切削原理選用合理值，齒背角αc=30。40'，以加強刀齒強度。
附
圖1(該圖簡單示意拉削右旋斜齒輪右側(cè)齒面，左側(cè)加工類同)所示斜齒齒條形拉刀T各刀齒具有傾斜角為入的直線刀刃，入=βb(βb-被加工齒輪基圓螺旋角)，直線刀刃長l≥(ρmax-ρmin)／Sinλ(ρmax——被加工齒輪齒頂漸開線曲率半徑，ρmin——被加工齒輪漸開線起始點曲率半徑)，拉刀齒數(shù)Zo=Z(Z——被加工齒輪齒數(shù))，刀齒法向齒距Pn等于被加工齒輪法向基節(jié)，即Pn=πmnCosαn(mn——被加工齒輪分圓法向模數(shù)，αn-被加工齒輪法向壓力角)；拉刀T各直線刀刃位于同一平面(Q)中，安裝時(Q)平面與被加工齒輪半徑為rb的基圓柱切平面(S)重合且拉刀方向與被加工齒輪的軸線平行，這就是說，拉刀齒傾斜λ角的直線刀刃必與齒輪G右側(cè)螺旋漸開面的直線發(fā)生線相貼合，當拉刀自上而下以
做直線拉削運動時，齒輪G如圖示按
逆時針方向旋轉(zhuǎn)，機床需保證ω=vtgβb／rb，也就是說齒輪和刀具之間的相對運動關(guān)系是齒輪G相對拉刀T完成螺旋運動，這一螺旋運動螺旋參數(shù)p=rb／tgβb，保證拉刀直線刀刃時時刻刻與螺旋漸開面的直線發(fā)生線相貼合，從而加工出精確的斜齒輪齒面。在齒輪旋轉(zhuǎn)一周稍多的過程中，拉刀各刀齒依次對應進入齒槽加工齒面，完成整個齒輪全部輪齒右側(cè)齒面精加工，按上述方法，對應左側(cè)齒面安裝另一拉刀并與被加工齒輪做相反方向相對螺旋運動即可完成整個齒輪全部輪齒左側(cè)齒面精加工，這就是說，在齒輪相對兩側(cè)拉刀往返一次拉削中完成齒輪雙側(cè)齒面精加工。
本發(fā)明是提供一種以最簡單的直線構(gòu)成刀齒刀刃的齒條形拉刀，相對被加工齒輪軸向做直線運動，被加工齒輪另附以相應轉(zhuǎn)動，拉削斜齒輪的螺旋漸開面齒面。拉刀結(jié)構(gòu)及機床運動均很簡單，實現(xiàn)高效、高精度、低成本精密拉削軟齒面或硬齒面斜齒圓柱齒輪的目的。
本發(fā)明的技術(shù)特點和效果如下1、拉刀采用直線刀刃、設(shè)計制造簡單，易于鋃裝硬質(zhì)合金或其它超硬刀具材料刀片，可實現(xiàn)淬硬齒面精加工且拉削齒面不產(chǎn)生通常包絡展成的齒廓多邊形及齒向波度，保證齒輪加工高精度，齒面高質(zhì)量。
2、幾何角度選用合理值，每條刀刃一次切削即可完整加工一側(cè)齒面，可提高刀具耐用度；3、刀刃工作為斜角切削，刀刃工作長度自0→最大→0退出切削，切削條件好，工作平穩(wěn)；4、重磨簡單，尤其是采用零前角時，各刀齒前刀面處于同一平面，可實現(xiàn)機上重磨，加深齒槽深度增加重磨儲備量，提高重磨次數(shù)，保證刀具高壽命；5、刀刃磨制少許內(nèi)凹形狀實現(xiàn)齒輪修形，改善嚙合質(zhì)量；6、拉床運動簡單，往復切削雙側(cè)齒面無空行程，生產(chǎn)率高且易實現(xiàn)自動化；綜上所述，本發(fā)明對不同行業(yè)軟、硬齒面斜齒輪提高精加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低成本、使用方便等方面具有諸多優(yōu)點，并可進一步推廣至螺旋角很大的諸如汽車轉(zhuǎn)向器齒輪、多頭漸開線蝸桿的精加工。
以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及實施例。
附圖1是拉削右旋斜齒輪右側(cè)齒面示意圖；附圖2是假想0°齒形角斜齒條刀加工原理圖；附圖3是本發(fā)明拉刀安裝、運動、嚙合關(guān)系圖；附圖4是本發(fā)明拉刀結(jié)構(gòu)參數(shù)圖，其中N-N為法向齒形剖面；附圖5是拉床運動方式圖；首先需要具體說明的是本發(fā)明的切齒原理。
如附圖2示假想的具有傾斜角λ′＝βb，法向齒距Pn＝πmnCosαn的0°齒形角斜齒條T′與斜齒輪嚙合傳動時，斜齒條T′沿齒輪基圓柱切平面(S)以速度
移動，齒輪以圖示方向
旋轉(zhuǎn)，齒條、齒輪保持按齒輪基圓柱的純滾動的關(guān)系，齒條齒頂左側(cè)棱線
MK等將沿齒輪齒面的漸開線齒廓自齒頂向齒根方向滑移，若將齒條T′視做刀具則
MK等可視做各刀齒的切削刃，在嚙合過程中自齒輪齒頂至齒根切下切屑實現(xiàn)斜齒輪齒面精加工。當M點距嚙合節(jié)點P的距離
MP＝ρmax(齒輪齒頂漸開線曲率半徑)時，刀刃開始切削齒輪上端面齒頂，移動至
K′P＝ρmin(齒輪漸開線起始點曲率半徑)時，刀刃切削齒輪下端面齒根完畢，完成一側(cè)齒面精加工，欲加工齒輪全部輪齒，齒條齒數(shù)應等于齒輪齒數(shù)。顯然，隨著齒條移動，各刀齒刀刃在加工完對應齒面后，還會繼續(xù)移動通過嚙合節(jié)點，從而導至不能確保齒廓漸開線起始點正確位置乃至產(chǎn)生根切；另外，以如此的假想齒條構(gòu)成刀具，刀齒強度太弱難以實際應用，若加強非工作側(cè)齒背強度，在刀通過嚙合節(jié)點后，齒背將與齒輪非切削側(cè)齒面產(chǎn)生干涉，為此本發(fā)明采用附圖1、附圖4示的加強齒背、鋸齒形截面的斜齒齒條刀，并使刀具運動方向改為沿齒輪軸向移動解決上述弊端。
如附圖3示，本發(fā)明采用加強齒背的斜齒齒條形拉刀T，與假想斜齒條T′具有相同的主要參數(shù)(λ＝λ′＝βb，Pn＝πmnCosαn……)，兩者位置正交，拉刀T安裝位置與齒輪軸O-O平行但偏置，偏置量B＝ρmin；拉刀移動速度
其中
相等于假想齒條T′移動速度，即保持齒輪按基圓柱純滾動關(guān)系
齒輪回轉(zhuǎn)角速度ω＝υtgβb/rb，|υ1|＝|υ|/Cosβb為刀刃沿齒面的滑移速度，故本發(fā)明之切齒過程屬斜角切削，對提高刀刃強度、改善切削工作角度，卷屑，排屑，提高切削過程平穩(wěn)性均帶來有利影響。此外，每個刀刃參加工作長度自0→最大→0更有利于減輕切削過程中的沖擊和振動。由于拉刀偏置B，拉刀運動方向與齒輪軸線平行，可保證齒廓漸開線起始點正確位置及避免非切削側(cè)拉刀齒背與齒面的干涉。根據(jù)上述說明，本發(fā)明的拉刀T切削齒面形成過程等效于沿齒輪切向移動的假想0°齒形角斜齒條嚙合過程，僅僅是沿齒面增加了滑移速度
完全可以正確切削無理論誤差的斜齒輪。本發(fā)明從齒面形成分析類同車齒，從刀具、機床切削方式則可視做拉削。
另外需要具體說明的是拉刀結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)如附圖4示，根據(jù)拉刀工作狀況，切削時切屑自齒條頂面Aγ流出，Aγ為前刀面，對應加工齒面的拉刀齒槽側(cè)面Aα為后刀面，拉刀非工作側(cè)齒槽側(cè)面Ac為齒背面。
1、前刀面與前角前刀面可采用最簡單的平面，為保證刀刃強度并避免切削時與齒輪非加工側(cè)齒面干涉，取其寬度bo＝mn，在拉刀法剖面N-N中標注法向前角γn，γn根據(jù)具體工作狀況依照金屬切削原理選用合理值，當選用法向前角γn為0時拉刀結(jié)構(gòu)最為簡單，各刀齒前刀面Aγ為同一平面。重磨前刀面極為簡單，可卸下拉刀在平面磨床上重磨又可不卸下拉刀在拉床上附加磨頭實現(xiàn)機上磨刀，既方便使用又可免除裝、卸刀時間及重復裝卸造成的誤差，有利于提高生產(chǎn)效率及加工精度。
2、后刀面與后角后刀面也可采用最簡單的平面，在拉刀法剖面N-N中標注法向后角αn，αn根據(jù)金屬切削原理選用合理值。
3、齒背面及齒背角齒背面也可采用最簡單的平面，在拉刀法剖面N-N中標注齒背角αc取αc＝30°-40°以加強刀齒強度并避免切齒時與齒輪非加工側(cè)齒面干涉。
4、刀刃形狀，工作長度及傾斜角按前述理論刀齒刀刃為直線，根據(jù)被加工齒輪修形要求，對于需要修形改善齒面嚙合接觸區(qū)的齒輪，允許將刀刃刃磨成少許內(nèi)凹的形狀，如附圖4中F齒所示。刀刃內(nèi)凹量δ根據(jù)被加工齒輪修形需要確定，在加工過程中，被加工齒輪齒頂、齒根部分將被內(nèi)凹的刀刃少許過切完成齒廓修形。按前述刀刃傾斜角λ＝βb，其方向根據(jù)被加工齒輪旋向確定，刀刃最小工作長度l＝(ρmax-ρmin)/Sinλ以滿足加工完整齒面需要，取拉刀最小寬度W≥1Sinλ，按拉刀結(jié)構(gòu)設(shè)計需要確定。
5、刀齒法向齒距Pn及槽深h。
按前述Pn=πmnCosαno齒槽深ho依重磨方式不同而異，采用重磨表面為后刀面時ho=h(h-被加工齒輪全齒高)，采用重磨前刀面或交替重磨后刀面、前刀面時ho＝h+△(△——齒高方向備磨量)。
6、拉刀齒數(shù)Zo及總長Lo拉刀齒數(shù)Zo=Z(Z-被加工齒輪齒數(shù))拉刀總長Lo＝[Pn(Zo+1)／Sinλ]+L(L-根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計需要加長部分)7、切削部分材料及結(jié)構(gòu)依據(jù)被加工齒輪材料、熱處理狀況選用不同刀具材料及結(jié)構(gòu)。如加工軟齒面齒輪采用高速綱整體式結(jié)構(gòu)，加工淬硬齒面齒輪采用超細晶粒硬質(zhì)合金焊接或鋃齒結(jié)構(gòu)。
還需要具體說明的是拉床運動的基本方式，采用本發(fā)明拉刀拉削斜齒輪的拉床，可設(shè)計成多種型式。附圖5為其運動基本方式之一。沿齒輪軸線方向?qū)獌蓚?cè)齒面裝置平行的拉刀并分別與軸O距離為偏置量B＝ρmin；工作時拉刀T1首先進入工作位置，齒輪沿其軸向拉削并附加
的回轉(zhuǎn)，拉削右側(cè)齒面完畢；拉刀T1退出，拉刀T2進入工作位置，齒輪反向沿其軸向拉削并附加反向
回轉(zhuǎn)，拉削左側(cè)齒面完畢，拉刀T2退出，完成一次工作循環(huán)。如齒輪齒數(shù)多，在一次工作循環(huán)后增加齒輪分度運動。可縮短拉刀長度及拉削行程。例如加工齒輪齒數(shù)Z為偶數(shù)，取拉刀齒數(shù)
完成一次工作循環(huán)則一半輪齒加工完畢。齒輪分度180°，再經(jīng)一次工作循環(huán)完成另一半輪齒加工。
以下就某轎車變速箱齒輪淬硬前精加工(例1)和某載重汽車變速箱齒輪淬硬后精加工(例2)做為實施例計算拉刀參數(shù)齒輪原始參數(shù)
拉刀設(shè)計參數(shù)
權(quán)利要求
1.斜齒圓柱齒輪精密拉削方法，其特征在于采用分置齒輪輪齒兩側(cè)的成對斜齒齒條形拉刀拉削斜齒圓柱齒輪齒面，齒輪與拉刀做相對螺旋運動，螺旋運動參數(shù)p＝rb/tgβb，每沿齒輪軸向往復拉削一次，完成齒輪雙側(cè)齒面精加工。
2.用于權(quán)利要求
1所述的斜齒圓柱齒輪精密拉削方法專用的斜齒齒條形拉刀，其特征是具有傾斜角λ＝βb(βb-被加工齒輪基圓螺旋角)的直線刀刃，拉削中每條刀刃依次對應切削相應輪齒齒面并與該斜齒輪齒面一螺旋漸開面的直母線相貼合；拉刀法向齒距等于被加工齒輪法向基節(jié)，拉刀齒頂面為前刀面(Aγ)，對應加工齒面的拉刀齒槽側(cè)面為后刀面(Aα)，拉刀非工作側(cè)齒槽側(cè)面為齒背面(Ac)，拉刀刀齒縱截面為鋸齒形，法向前角γn、后角αn按具體工作狀況依照切削原理選用合理值，齒背角αc＝30°-40°，以加強刀齒強度。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的斜齒齒條形拉刀，其特征是根據(jù)被加工齒輪修形要求，允許將刀刃磨成少許內(nèi)凹形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的斜齒齒條形拉刀，其特征是當法向前角γn為0時，各刀齒前刀面Aγ為同一平面。
專利摘要
本發(fā)明涉及斜齒圓柱齒輪精密拉削方法及刀具，屬于漸開線斜齒圓柱齒輪齒面精加工領(lǐng)域，它是采用成對具有直線刀刃的斜齒齒條形拉刀，分置被加工斜齒輪輪齒兩側(cè)，在齒輪與拉刀做相對螺旋運動的往復拉削過程中，完成斜齒輪全部輪齒齒面精加工。拉刀結(jié)構(gòu)簡單，幾何角度合理并可實現(xiàn)機上刃磨，具有加工精度高、效率高、切削平穩(wěn)，易于修形，機床簡單的重要特點。
文檔編號B23D43/00GKCN1080614SQ99107099
公開日2002年3月13日 申請日期1999年5月28日
發(fā)明者彭福華, 彭倩, 曾睦邦 申請人:彭福華導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan