專利名稱：斜齒圓柱齒輪精密拉削方法及刀具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于漸開(kāi)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(zhǎng)、機(jī)床運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)。在成批、大量生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用并獲顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用拉削加工齒輪，目前僅見(jiàn)采用長(zhǎng)條形(拉削單個(gè)齒槽，單齒分度)、扇形(拉削數(shù)個(gè)齒槽，數(shù)齒分度)和筒形(拉削全部齒槽，無(wú)需分度)拉刀拉削，其共同特點(diǎn)是拉刀刀刃齒形按成形法設(shè)計(jì)，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(jiǎn)單的斜齒齒條形拉刀。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案完成的采用分置齒輪輪齒兩側(cè)的成對(duì)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(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)，螺旋運(yùn)動(dòng)參數(shù)p＝rb/tgβb，每沿齒輪軸向往復(fù)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(duì)應(yīng)切削相應(yīng)輪齒齒面并與該斜齒輪齒面——螺旋漸開(kāi)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(duì)應(yīng)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(qiáng)刀齒強(qiáng)度。
附

圖1(該圖簡(jiǎn)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λ的直線刀刃，λ＝βb(βb—被加工齒輪基圓螺旋角)，直線刀刃長(zhǎng)l≥(ρmax-ρmin)/Sinλ(ρmax——被加工齒輪齒頂漸開(kāi)線曲率半徑，ρmin——被加工齒輪漸開(kāi)線起始點(diǎn)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(shí)(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(shuō)，拉刀齒傾斜λ角的直線刀刃必與齒輪G右側(cè)螺旋漸開(kāi)面的直線發(fā)生線相貼合，當(dāng)拉刀自上而下以
做直線拉削運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪G如圖示按
逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，機(jī)床需保證ω＝υtgβb/rb，也就是說(shuō)齒輪和刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系是齒輪G相對(duì)拉刀T完成螺旋運(yùn)動(dòng)，這一螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋參數(shù)p＝rb/tgβb，保證拉刀直線刀刃時(shí)時(shí)刻刻與螺旋漸開(kāi)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(guò)程中，拉刀各刀齒依次對(duì)應(yīng)進(jìn)入齒槽加工齒面，完成整個(gè)齒輪全部輪齒右側(cè)齒面精加工，按上述方法，對(duì)應(yīng)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(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)即可完成整個(gè)齒輪全部輪齒左側(cè)齒面精加工，這就是說(shuō)，在齒輪相對(duì)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(jiǎn)單的直線構(gòu)成刀齒刀刃的齒條形拉刀，相對(duì)被加工齒輪軸向做直線運(yùn)動(dòng)，被加工齒輪另附以相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，拉削斜齒輪的螺旋漸開(kāi)面齒面。拉刀結(jié)構(gòu)及機(jī)床運(yùn)動(dòng)均很簡(jiǎn)單，實(shí)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(diǎn)和效果如下1、拉刀采用直線刀刃、設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，易于鋃裝硬質(zhì)合金或其它超硬刀具材料刀片，可實(shí)現(xiàn)淬硬齒面精加工且拉削齒面不產(chǎn)生通常包絡(luò)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(zhǎng)度自0→最大→0退出切削，切削條件好，工作平穩(wěn)；4、重磨簡(jiǎn)單，尤其是采用零前角時(shí)，各刀齒前刀面處于同一平面，可實(shí)現(xiàn)機(jī)上重磨，加深齒槽深度增加重磨儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)齒輪修形，改善嚙合質(zhì)量；6、拉床運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，往復(fù)切削雙側(cè)齒面無(wú)空行程，生產(chǎn)率高且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；綜上所述，本發(fā)明對(duì)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(diǎn)，并可進(jìn)一步推廣至螺旋角很大的諸如汽車(chē)轉(zhuǎn)向器齒輪、多頭漸開(kāi)線蝸桿的精加工。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體內(nèi)容及實(shí)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°嚙形角斜齒條刀加工原理圖；附圖3是本發(fā)明拉刀安裝、運(yùn)動(dòng)、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(yùn)動(dòng)方式圖；首先需要具體說(shuō)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°嚙形角斜齒條T′與斜齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，斜齒條T′沿齒輪基圓柱切平面(S)以速度
移動(dòng)，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(dòng)的關(guān)系，齒條齒頂左側(cè)棱線MK等將沿齒輪齒面的漸開(kāi)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(guò)程中自齒輪齒頂至齒根切下切屑實(shí)現(xiàn)斜齒輪齒面精加工。當(dāng)M點(diǎn)距嚙合節(jié)點(diǎn)P的距離MP＝ρmax(齒輪齒頂漸開(kāi)線曲率半徑)時(shí)，刀刃開(kāi)始切削齒輪上端面齒頂，移動(dòng)至K′P＝ρmin(齒輪漸開(kāi)線起始點(diǎn)曲率半徑)時(shí)，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(yīng)等于齒輪齒數(shù)。顯然，隨著齒條移動(dòng)，各刀齒刀刃在加工完對(duì)應(yīng)齒面后，還會(huì)繼續(xù)移動(dòng)通過(guò)嚙合節(jié)點(diǎn)，從而導(dǎo)至不能確保齒廓漸開(kāi)線起始點(diǎn)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(qiáng)度太弱難以實(shí)際應(yīng)用，若加強(qiáng)非工作側(cè)齒背強(qiáng)度，在刀通過(guò)嚙合節(jié)點(diǎn)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(qiáng)齒背、鋸齒形截面的斜齒齒條刀，并使刀具運(yùn)動(dòng)方向改為沿齒輪軸向移動(dòng)解決上述弊端。
如附圖3示，本發(fā)明采用加強(qiáng)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(dòng)速度 其中 相等于假想齒條T′移動(dòng)速度，即保持齒輪按基圓柱純滾動(dòng)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(guò)程屬斜角切削，對(duì)提高刀刃強(qiáng)度、改善切削工作角度，卷屑，排屑，提高切削過(guò)程平穩(wěn)性均帶來(lái)有利影響。此外，每個(gè)刀刃參加工作長(zhǎng)度自0→最大→0更有利于減輕切削過(guò)程中的沖擊和振動(dòng)。由于拉刀偏置B，拉刀運(yùn)動(dòng)方向與齒輪軸線平行，可保證齒廓漸開(kāi)線起始點(diǎn)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(shuō)明，本發(fā)明的拉刀T切削齒面形成過(guò)程等效于沿齒輪切向移動(dòng)的假想0°齒形角斜齒條嚙合過(guò)程，僅僅是沿齒面增加了滑移速度 完全可以正確切削無(wú)理論誤差的斜齒輪。本發(fā)明從齒面形成分析類同車(chē)齒，從刀具、機(jī)床切削方式則可視做拉削。
另外需要具體說(shuō)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(shí)切屑自齒條頂面Aγ流出，Aγ為前刀面，對(duì)應(yīng)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(jiǎn)單的平面，為保證刀刃強(qiáng)度并避免切削時(shí)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(biāo)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(dāng)選用法向前角γn為0時(shí)拉刀結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，各刀齒前刀面Aγ為同一平面。重磨前刀面極為簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)機(jī)上磨刀，既方便使用又可免除裝、卸刀時(shí)間及重復(fù)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(jiǎn)單的平面，在拉刀法剖面N-N中標(biāo)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(jiǎn)單的平面，在拉刀法剖面N-N中標(biāo)注齒背角αc，取αc＝30°-40°以加強(qiáng)刀齒強(qiáng)度并避免切齒時(shí)與齒輪非加工側(cè)齒面干涉。
4、刀刃形狀，工作長(zhǎng)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(duì)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(guò)程中，被加工齒輪齒頂、齒根部分將被內(nèi)凹的刀刃少許過(guò)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(zhǎng)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(jì)需要確定。
5、刀齒法向齒距Pn及槽深h。
按前述Pn＝πmnCosαn。齒槽深h。依重磨方式不同而異，采用重磨表面為后刀面時(shí)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(shí)ho＝h+Δ(Δ——齒高方向備磨量)。
6、拉刀齒數(shù)Zo及總長(zhǎng)Lo拉刀齒數(shù)Zo＝Z(Z——被加工齒輪齒數(shù))拉刀總長(zhǎng)Lo＝〔Pn(Zo+1)/Sinλ〕+L(L—根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要加長(zhǎng)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(xì)晶粒硬質(zhì)合金焊接或鋃齒結(jié)構(gòu)。
還需要具體說(shuō)明的是拉床運(yùn)動(dòng)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(jì)成多種型式。附圖5為其運(yùn)動(dòng)基本方式之一。沿齒輪軸線方向?qū)?yīng)兩側(cè)齒面裝置平行的拉刀并分別與軸0距離為偏置量B＝ρmin；工作時(shí)拉刀T1首先進(jìn)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(jìn)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(yùn)動(dòng)，可縮短拉刀長(zhǎng)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(chē)變速箱齒輪淬硬前精加工(例1)和某載重汽車(chē)變速箱齒輪淬硬后精加工(例2)做為實(shí)施例計(jì)算拉刀參數(shù)齒輪原始參數(shù)
拉刀設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)，螺旋運(yùn)動(dòng)參數(shù)p＝rb/tgβb，每沿齒輪軸向往復(fù)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(duì)應(yīng)切削相應(yīng)輪齒齒面并與該斜齒輪齒面一螺旋漸開(kāi)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(duì)應(yīng)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、后角αn均可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(qiáng)刀齒強(qiáng)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前角，其特征是當(dāng)法向前角γn為0時(shí)各刀齒前刀面Aγ為同一平面。
全文摘要
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(kāi)線斜齒圓柱齒輪齒面精加工領(lǐng)域,它是采用成對(duì)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(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)的往復(fù)拉削過(guò)程中,完成斜齒輪全部輪齒齒面精加工。拉刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,幾何角度合理并可實(shí)現(xiàn)機(jī)上刃磨,具有加工精度高、效率高、切削平穩(wěn),易于修形,機(jī)床簡(jiǎn)單的重要特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23F1/00GK1275458SQ99107099
公開(kāi)日2000年12月6日 申請(qǐng)日期1999年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月28日
發(fā)明者彭福華, 彭倩, 曾睦邦 申請(qǐng)人:彭福華