一種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具及其構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，包括刀體及其周邊沿軸向均布的若干個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的刀齒，每個(gè)刀齒均由前刀面，左、右后刀面，頂后刀面，左、右切削刃和頂切削刃構(gòu)成；其中，左、右切削刃和頂切削刃分別用來加工工件左、右齒槽和齒根圓柱面；所述前刀面為法向矢量朝一個(gè)方向匯聚的自由曲面，所述左、右切削刃和頂切削刃分別為所述前刀面與左、右后刀面和頂后刀面相交而成的自由曲線；左、右后刀面與頂后刀面分別為由若干條刃磨后的左、右切削刃與頂切削刃構(gòu)成的自由曲面。按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的刀具，加工出來的零件無理論齒形誤差，可以加工各種漸開線、非漸開線圓柱齒輪，刀具具有廣泛的通用性，并有效保證剮齒加工精度。
【專利說明】ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，用于內(nèi)/外齒直/斜齒圓柱齒輪剮齒加工。
【背景技術(shù)】
[0002]剮齒是21世紀(jì)出現(xiàn)的一種全新的直接從毛坯切制齒廓的圓柱齒輪加工方法。該方法能夠加工傳統(tǒng)加工方法無法加工的非貫通螺旋內(nèi)齒，加工目前エ藝方法可以加工的齒輪，也具有明顯的加工效率高、精度高、干式切削等優(yōu)點(diǎn)。目前，別齒原理、別齒刀設(shè)計(jì)、數(shù)控剮齒機(jī)設(shè)計(jì)等方面的研究已經(jīng)取得ー些成果。但是距離批量生產(chǎn)的要求還有一定差距，其中剮齒刀設(shè)計(jì)理論和制造技術(shù)是最迫切需要解決的問題。關(guān)于剮齒刀設(shè)計(jì)方面的研究成果較少，國(guó)內(nèi)最新開發(fā)的采用無理論齒形加工誤差理論和制造方法只適用于直齒刀，不具有通用性。為了促進(jìn)剮齒技術(shù)的廣泛應(yīng)用，迫切需要開發(fā)新的剮齒刀具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，基于該刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的剮齒刀具，可以加工各種內(nèi)齒直齒、外齒直齒、斜齒圓柱齒輪，加工出來的齒輪無理論齒形加工誤差。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，包括刀體和設(shè)置在所述刀體周邊沿軸向均布的若干個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的刀齒，每個(gè)刀齒均由前刀面、左后刀面、右后刀面、頂后刀面、左切削刃、右切削刃以及頂切削刃構(gòu)成；所述前刀面、左后刀面、右后刀面以及頂后刀面均為自由曲面，所述左切削刃、右切削刃以及頂切削刃均為自由曲線；其中，左切削刃用來加工エ件齒槽左齒面，右切削刃用來加工エ件齒槽右齒面，頂切削刃用來加工エ件齒槽齒根圓柱面；所述前刀面為法向矢量朝ー個(gè)方向匯聚的自由曲面，所述左切削刃由所述前刀面與左后刀面的交線構(gòu)成，所述右切削刃由所述前刀面與右后刀面的交線構(gòu)成，所述頂切削刃由所述前刀面與頂后刀面的交線構(gòu)成；左后刀面、右后刀面與頂后刀面分別由若干條刃磨后的的左切削刃、右切削刃與頂切削刃構(gòu)成。
[0005]本發(fā)明ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具的構(gòu)建方法，刀具的左后刀面的構(gòu)建過程是:首先，由被加工エ件的參數(shù)設(shè)定刀具與エ件的中心距，建立被加工齒槽左齒面共軛曲面，前刀面與左齒面共軛曲面求交，得到第一條左切削刃的曲線；之后，根據(jù)刃磨量，改變加工中心距，得到新的左齒面共軛曲面，同時(shí)調(diào)整前刀面的軸向位置，得到新的前刀面，新的前刀面與新的左齒面共軛曲面求交，得到第二條左切削刃；依此類推，建立若干條左切削刃的曲線，若干條左切削刃的曲線擬合成刀具的左后刀面；同理，建立被加工齒槽右齒面共軛曲面后構(gòu)建刀具的右后刀面；建立被加工齒槽齒根圓柱面共軛曲面后構(gòu)建刀具的頂后刀面。
[0006]上述構(gòu)建過程中，通過選取合理的切削角度調(diào)整前刀面、左齒面共軛曲面、右齒面共軛曲面和齒根圓柱面共軛曲面，獲得左切削刃、右切削刃和頂切削刃的參數(shù)。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的刀具，刀具結(jié)構(gòu)具有通用性，適合加工各種漸開線、非漸開線的內(nèi)齒、外齒圓柱齒輪，所加工的零件無理論齒形加工誤差，有效保證加工精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明剮齒刀具各要素示意圖；
[0010]圖2為內(nèi)齒直齒輪エ件左、右齒面共軛曲面示意圖；
[0011]圖3為外齒直齒輪エ件左、右齒面共軛曲面示意圖；
[0012]圖4為本發(fā)明中建立的剮齒刀具設(shè)計(jì)計(jì)算坐標(biāo)系；
[0013]圖5為本發(fā)明剮齒刀具的主剖面示意圖；
[0014]圖6為圖5所示主剖面內(nèi)工作角度；
[0015]圖1為剮齒刀加工エ件示意圖；
[0016]圖8為本發(fā)明剮齒刀具左、右切削刃的工作前角；
[0017]圖9為本發(fā)明剮齒刀具左、右切削刃的工作后角；
[0018]圖10為本發(fā)明剮齒刀具調(diào)整后的左、右切削刃工作前角；
[0019]圖11為本發(fā)明剮齒刀具調(diào)整后的左、右切削刃工作后角。
[0020]圖中1.前刀面，2.右切削刃，3.右后刀面，4.頂切削刃，5.頂后刀面，6.左后刀面，7.左切削刃，8.エ件齒槽左齒面，9.エ件齒槽右齒面，10.エ件齒槽齒根圓柱面，11.左齒面共軛曲面，12.右齒面共軛曲面，13.齒根圓柱面共軛曲面，14.刀具，15.エ件。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)地描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，刀具為整體式結(jié)構(gòu)，包括刀體和設(shè)置在所述刀體周邊沿軸向均布的若干個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的刀齒，刀齒個(gè)數(shù)根據(jù)被加エ零件齒數(shù)決定；每個(gè)刀齒均由前刀面1、左后刀面6、右后刀面3、頂后刀面5、左切削刃7、右切削刃2以及頂切削刃4構(gòu)成。所述前刀面1、左后刀面6、右后刀面3以及頂后刀面5均為自由曲面，所述左切削刃7、右切削刃2以及頂切削刃4均為自由曲線；其中，左切削刃7用來加工エ件齒槽左齒面8，右切削刃2用來加工エ件齒槽右齒面9，頂切削刃4用來加エエ件齒槽齒根圓柱面10。所述前刀面I為法向矢量朝ー個(gè)方向匯聚的自由曲面，所述左切削刃7由所述前刀面I與左后刀面6的交線構(gòu)成，所述右切削刃2由所述前刀面I與右后刀面3的交線構(gòu)成，所述頂切削刃4由所述前刀面I與頂后刀面5的交線構(gòu)成；左后刀面
6、右后刀面3與頂后刀面5分別由若干條刃磨后的的左切削刃7、右切削刃2與頂切削刃4構(gòu)成。
[0023]在上述總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，刀具的左后刀面6的構(gòu)建過程是:首先選取ー種自由曲面作為前刀面1，結(jié)合被加工エ件的參數(shù)，諸如:エ件齒數(shù)、法向模數(shù)、螺旋角和法向壓カ角等參數(shù)，初步設(shè)定加工時(shí)刀具和エ件的軸交角，選定刀具齒數(shù)，確定加工中刀具與エ件的初始中心距，如圖2圖3所示，依據(jù)曲面共軛原理，建立被加工齒槽左齒面共軛曲面11，前刀面I與左齒面共軛曲面11求交，得到第一條左切削刃7的曲線；之后，根據(jù)刃磨量，改變加工中心距，建立此中心距下新的被加工齒槽左齒面共軛曲面11，同時(shí)調(diào)整前刀面的軸向位置，得到新的前刀面I，新的前刀面I與新的左齒面共軛曲面11求交，得到第二條左切削刃7的曲線；依此類推，建立若干條左切削刃的曲線，若干條左切削刃7曲線擬合成刀具的左后刀面6 ;同理，建立被加工齒槽右齒面共軛曲面12后構(gòu)建刀具的右后刀面3 ;建立被加エ齒槽齒根圓柱面共軛曲面13后構(gòu)建刀具的頂后刀面5，至此，得到完整的刀具拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0024]在切削刃上選定一點(diǎn)M，根據(jù)此點(diǎn)的切削速度Ve定義如圖5所示的主剖面參考坐標(biāo)系。其中，過M點(diǎn)且與切削速度V6垂直的平面為基面已，過M點(diǎn)處切削刃的切線以及切削速度V6的平面為切削平面Ps，過M點(diǎn)且與基面已、切削平面Ps相垂直的平面為主剖面P。。在主剖面中定義前角和后角。根據(jù)切削原理選擇合理的切削角度，反過來調(diào)整前刀面1、左齒面共軛曲面11、右齒面共軛曲面12、齒根圓柱面共軛曲面13以及左切削刃7、右切削刃2的參數(shù)，從而得到具有通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的、滿足剮齒加工需要的剮齒刀具。
[0025]本發(fā)明剮齒刀具的使用方法，如圖7所示，加工時(shí)，エ件15與刀具14做同步高速旋轉(zhuǎn)，角速度分別為O1和，同時(shí)，エ件做軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給速度為f，在某一徑向吃刀深度下，完成對(duì)一周輪齒的加工，之后再次徑向吃刀進(jìn)行加工，直至全齒高方向加工完成。
[0026]下面以表1所示參數(shù)的內(nèi)斜齒加工為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說明。
[0027]表1實(shí)施例エ件參數(shù)
[0028]
【權(quán)利要求】
1.ー種通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具，包括刀體和設(shè)置在所述刀體周邊沿軸向均布的若干個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的刀齒，每個(gè)刀齒均由前刀面(I)、左后刀面(6)、右后刀面(3)、頂后刀面(5)、左切削刃(7)、右切削刃(2)以及頂切削刃(4)構(gòu)成；其特征在于: 所述前刀面(I)、左后刀面(6)、右后刀面(3)以及頂后刀面(5)均為自由曲面，所述左切削刃(7)、右切削刃(2)以及頂切削刃(4)均為自由曲線；其中，左切削刃(7)用來加工エ件齒槽左齒面(8)，右切削刃(2)用來加工エ件齒槽右齒面(9)，頂切削刃(4)用來加工エ件齒槽齒根圓柱面(10)； 所述前刀面(I)為法向矢量朝ー個(gè)方向匯聚的自由曲面，所述左切削刃(7)由所述前刀面(I)與左后刀面(6)的交線構(gòu)成，所述右切削刃(2)由所述前刀面(I)與右后刀面(3)的交線構(gòu)成，所述頂切削刃(4)由所述前刀面(I)與頂后刀面(5)的交線構(gòu)成；左后刀面(6)、右后刀面(3)與頂后刀面(5)分別由若干條刃磨后的的左切削刃(7)、右切削刃(2)與頂切削刃(4)構(gòu)成。
2.ー種根據(jù)權(quán)利要求1所述通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具的構(gòu)建方法，其特征在于:刀具的左后刀面(6)的構(gòu)建過程是:首先，由被加工エ件的參數(shù)設(shè)定刀具與エ件的中心距，建立被加工齒槽左齒面共軛曲面(11 )，前刀面(I)與左齒面共軛曲面(11)求交，得到第一條左切削刃(7)的曲線；之后，根據(jù)刃磨量，改變加工中心距，得到新的左齒面共軛曲面(11)，同時(shí)調(diào)整前刀面的軸向位置，得到新的前刀面(1)，新的前刀面(I)與新的左齒面共軛曲面(11)求交，得到第二條左切削刃(7)的曲線；依此類推，建立若干條左切削刃(7)的曲線，若干條左切削刃(7)的曲線擬合成刀具的左后刀面(6)； 同理，建立被加工齒槽右齒面共軛曲面(12)后構(gòu)建刀具的右后刀面(3);建立被加工齒槽齒根圓柱面共軛曲面(13)后構(gòu)建刀具的頂后刀面(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱齒輪剮齒刀具的構(gòu)建方法，其中，通過選取合理的切削角度調(diào)整前刀面(I)、左齒面共軛曲面(11)、右齒面共軛曲面(12)和齒根圓柱面共軛曲面(13)，獲得左切削刃(7)、右切削刃(2)和頂切削刃的參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103551672SQ201310476019
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】李佳, 婁本超, 陳新春 申請(qǐng)人:天津大學(xué)