一種面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)方 法，適用于面齒輪精密磨齒加工中專(zhuān)用磨削刀具的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 國(guó)外面齒輪研宄技術(shù)資料顯示，面齒輪可以采用插齒、滾齒、銑齒和磨齒的加工方 法。由于國(guó)外對(duì)面齒輪加工技術(shù)實(shí)行嚴(yán)格的保密，致使面齒輪加工技術(shù)及刀具設(shè)計(jì)技術(shù)在 國(guó)內(nèi)還未能掌握。國(guó)內(nèi)已認(rèn)識(shí)到面齒輪傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景，開(kāi)展了一些基礎(chǔ)性 理論研宄，針對(duì)面齒輪的加工技術(shù)研宄主要還處于插齒加工階段，有部分實(shí)現(xiàn)了面齒輪的 銑齒加工，但是目前的加工方法使得面齒輪的加工精度和加工效率較低。而面齒輪磨削加 工技術(shù)的研宄可以提高面齒輪加工精度的同時(shí)顯著改善面齒輪齒面的表面質(zhì)量，但國(guó)內(nèi)還 沒(méi)有相關(guān)資料對(duì)面齒輪磨削刀具的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0003] 因此，目前尚缺乏一種面齒輪專(zhuān)用磨削刀具設(shè)計(jì)方法，以解決面齒輪精密磨齒加 工中磨削刀具的設(shè)計(jì)問(wèn)題。本發(fā)明為面齒輪磨削刀具的發(fā)展提供了一套完整的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為：針對(duì)面齒輪現(xiàn)有加工方法的加工精度、加工效率較 低及表面質(zhì)量不高等問(wèn)題，如何設(shè)計(jì)面齒輪精密磨齒加工刀具以提高面齒輪加工精度和表 面質(zhì)量的技術(shù)難題，提供一種面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)方法。該方法能夠根據(jù)面齒輪基本設(shè)計(jì) 參數(shù)和鏟形輪基本設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)出面齒輪精密磨齒加工專(zhuān)用刀具，提高面齒輪加工精度 和表面質(zhì)量，同時(shí)也為修形面齒輪的加工奠定基礎(chǔ)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)方法，其方法流程如下：
[0006] 步驟（1)、確定面齒輪和鏟形輪基本設(shè)計(jì)參數(shù)，包括模數(shù)、壓力角、面齒輪齒數(shù)、鏟 形輪齒數(shù)。
[0007] 步驟（2)、根據(jù)點(diǎn)接觸面齒輪傳動(dòng)原理，確定面齒輪磨削刀具的理論齒數(shù)，磨削刀 具理論齒數(shù)比鏟形輪齒數(shù)多1~3個(gè)。
[0008] 步驟（3)、根據(jù)面齒輪磨齒加工原理，建立面齒輪磨齒加工坐標(biāo)系，包括面齒輪運(yùn) 動(dòng)坐標(biāo)系、1產(chǎn)形輪運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系、磨削刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系。
[0009] 步驟（4)、根據(jù)面齒輪鏟形輪齒面方程，及從鏟形輪坐標(biāo)系到磨削刀具坐標(biāo)系的坐 標(biāo)變換矩陣得到面齒輪磨削刀具的型面方程。
[0010] 步驟（5)、將面齒輪磨削刀具的型面參數(shù)在取值范圍內(nèi)離散化，通過(guò)選取一定的步 長(zhǎng)增量值，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的面齒輪磨削刀具型面離散點(diǎn)坐標(biāo)。
[0011] 步驟(6)、根據(jù)溝槽理論確定磨削刀具的溝槽數(shù)和螺旋角，借助三維建模軟件，將 計(jì)算的面齒輪磨削刀具型面點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)點(diǎn)、線、面、體的生成順序，建立面齒輪磨削刀具刀 體模型。
[0012] 步驟（7)、在建立的面齒輪磨削刀具刀體模型基礎(chǔ)上，確定電鍍CBN磨粒加工方 式，根據(jù)面齒輪表面質(zhì)量要求確定磨粒粒度及刀具寬度等參數(shù)；根據(jù)面齒輪磨削刀具的精 度等級(jí)，確定刀具兩端面的平行度、齒形公差等制造公差，建立面齒輪磨削刀具工程圖。
[0013] 所述步驟（2)中點(diǎn)接觸面齒輪傳動(dòng)原理是指：如果加工面齒輪的磨削刀具理論齒 數(shù)與鏟形輪齒數(shù)相同，則面齒輪加工過(guò)程是模擬實(shí)際的齒輪嚙合傳動(dòng)過(guò)程，理論上可以使 面齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)線接觸。但在實(shí)際嚙合傳動(dòng)過(guò)程中，這種線接觸的情況是不會(huì)發(fā)生的。由 于安裝和加工誤差的影響，面齒輪齒面接觸區(qū)會(huì)發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生邊緣接觸，影響面齒輪 的嚙合性能和強(qiáng)度性能。為了避免產(chǎn)生邊緣接觸，面齒輪磨削刀具的理論齒數(shù)要比鏟形輪 的齒數(shù)多2個(gè)，以使面齒輪齒面接觸區(qū)局部化，成為點(diǎn)接觸面齒輪傳動(dòng)。
[0014] 所述步驟（3)中面齒輪磨齒加工坐標(biāo)系是指：鏟形輪靜止坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系， 磨削刀具靜止坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系。
[0015] 所述步驟（4)中面齒輪磨削刀具型面方程是指刀具上用于精密磨削加工面齒輪 的刀刃部分的型面方程。
[0016] 所述步驟（5)中面齒輪磨削刀具型面離散點(diǎn)坐標(biāo)是指刀具刀刃部分的型面方程 離散后的各離散點(diǎn)坐標(biāo)值。
[0017] 所述步驟（6)中面齒輪磨削刀具刀體模型是指：刀具在確定溝槽和螺旋角后，但 沒(méi)有電鍍CBN磨粒時(shí)的基本形狀。
[0018] 所述步驟（7)中面齒輪磨削刀具工程圖是指：在確定了面齒輪磨削刀具刀體模型 尺寸的條件下，根據(jù)面齒輪的加工精度、表面質(zhì)量要求和刀具的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，確定面齒輪 磨削刀具的設(shè)計(jì)參數(shù)，完成刀具的設(shè)計(jì)。
[0019] 本發(fā)明的原理：根據(jù)面齒輪磨齒加工原理和空間曲面嚙合原理，建立面齒輪、鏟形 輪和磨削刀具三者之間的嚙合關(guān)系，通過(guò)鏟形輪型面方程和鏟形輪坐標(biāo)系到磨削刀具坐標(biāo) 系的坐標(biāo)變換矩陣，得到面齒輪磨削刀具型面方程。利用離散點(diǎn)數(shù)值化擬合原理和溝槽理 論，建立面齒輪磨削刀具刀體三維模型，根據(jù)面齒輪精度、表面質(zhì)量要求和刀具設(shè)計(jì)制造標(biāo) 準(zhǔn)確定面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)工程圖。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0021] 目前國(guó)內(nèi)對(duì)于面齒輪精密磨齒加工專(zhuān)用刀具的設(shè)計(jì)方法還沒(méi)有相關(guān)說(shuō)明；國(guó)外因 為技術(shù)保密，也沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)資料進(jìn)行介紹。因此，本發(fā)明很好的解決了面齒輪磨削 刀具設(shè)計(jì)的技術(shù)難題，所設(shè)計(jì)的面齒輪專(zhuān)用磨削刀具不僅能夠提高面齒輪加工精度、加工 效率和表面質(zhì)量，而且采用鋼基電鍍CBN結(jié)構(gòu)，提高了刀具的耐用度，該技術(shù)也為修形面齒 輪的精密磨齒加工奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0023] 圖2為鏟形輪、面齒輪、磨削刀具嚙合圖示意圖；
[0024] 圖3為面齒輪磨削刀具加工坐標(biāo)系示意圖；
[0025] 圖4為鏟形輪齒面參數(shù)示意圖；
[0026] 圖5為磨削刀具型面離散點(diǎn)坐標(biāo)示意圖；
[0027] 圖6為磨削刀具刀體模型示意圖；
[0028] 圖7為面齒輪磨削刀具設(shè)計(jì)工程圖不意圖；
[0029] 圖8為面齒輪磨削刀具實(shí)物圖示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】 [0031] 一：結(jié)合圖1至圖7說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施方式，本實(shí)施方式的面齒輪磨削 刀具設(shè)計(jì)方法如下：
[0032] 步驟一、選取面齒輪和鏟形輪基本設(shè)計(jì)參數(shù)。其中面齒輪基本設(shè)計(jì)參數(shù)是指面齒 輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角；鏟形輪基本設(shè)計(jì)參數(shù)是指鏟形輪齒數(shù)、模數(shù)、壓力角。
[0033] 步驟二、根據(jù)點(diǎn)接觸面齒輪傳動(dòng)原理確定面齒輪磨削刀具