[發明專利]一種面齒輪銑刀設計方法

有效

• 申請號: 201310470725.2
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103530458B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 王延忠;蘭州;戈紅霞;呂慶軍;侯良威;張祖智;于定躍;劉艷強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國北方車輛研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 吳開磊

技術領域

本發明涉及齒輪銑刀設計的技術領域，具體涉及一種面齒輪銑刀設計方法，適用于面齒輪銑齒加工中專用銑齒刀的設計。

背景技術

國外面齒輪研究技術資料顯示，面齒輪可以采用插齒、滾齒、銑齒和磨齒的加工方法。由于國外對面齒輪加工技術實行嚴格的保密，致使面齒輪加工技術及刀具設計技術在國內還未能掌握。國內已認識到面齒輪傳動的優勢和廣闊的應用前景，開展了一些基礎性理論研究，針對面齒輪的加工技術研究還處于在插齒機上實現面齒輪的粗加工階段，面齒輪的加工精度和加工效率較低。而面齒輪銑齒加工技術的研究可以提高面齒輪加工精度和加工效率，但國內還沒有相關資料對面齒輪銑刀設計方法進行說明。

因此，目前尚缺乏一種面齒輪銑刀設計方法，以解決面齒輪銑齒加工中銑刀的設計問題。本發明為面齒輪銑刀的發展提供了一套完整的設計方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：針對面齒輪插齒加工精度和加工效率較低的問題，如何設計面齒輪銑齒加工刀具以提高面齒輪加工精度和加工效率的技術難題，提供一種面齒輪銑刀設計方法。該方法能夠根據面齒輪基本設計參數和鏟形輪基本設計參數，設計出面齒輪銑齒加工專用銑刀，提高面齒輪加工精度和加工效率，同時也為修形面齒輪的加工奠定基礎。

本發明采用的技術方案是：一種面齒輪銑刀設計方法，其方法流程如下：

步驟（1）、確定面齒輪和鏟形輪基本設計參數，包括模數、壓力角、面齒輪齒數、鏟形輪齒數。

步驟（2）、根據點接觸面齒輪傳動原理，確定面齒輪銑刀齒數，銑刀齒數比鏟形輪齒數多1～3個。

步驟（3）、根據面齒輪銑齒加工原理，建立面齒輪銑齒加工坐標系，包括面齒輪運動坐標系、鏟形輪運動坐標系、銑刀運動坐標系。

步驟（4）、根據面齒輪鏟形輪齒面方程，及從鏟形輪坐標系到銑刀坐標系的坐標變換矩陣得到面齒輪銑刀切削區型面方程。

步驟（5）、將面齒輪銑刀切削區型面參數在取值范圍內離散化，通過選取一定的步長增量值，分別計算對應的面齒輪銑刀切削區型面離散點坐標。

步驟（6）、借助三維建模軟件，將計算的面齒輪銑刀切削區型面點坐標通過點、線、面、體的生成順序，建立面齒輪銑刀刀體模型。

步驟（7）、在建立的面齒輪銑刀刀體模型基礎上，確定面齒輪銑刀前角、銑刀寬度等參數；根據面齒輪銑刀刃磨要求，確定面齒輪銑刀的刀齒鏟背量、容屑槽深度、容屑槽底圓弧半徑等；根據面齒輪銑刀精度等級，確定銑刀刀齒前刀面徑向性、側刃的斜向圓跳動、兩端面的平行度、齒形公差等制造公差，建立面齒輪銑刀工程圖。

所述步驟（2）中點接觸面齒輪傳動原理是指：如果加工面齒輪的銑刀齒數與鏟形輪齒數相同，則面齒輪加工過程是模擬實際的齒輪嚙合傳動過程，理論上可以使面齒輪傳動實現線接觸。但在實際嚙合傳動過程中，這種線接觸的情況是不會發生的。由于安裝和加工誤差的影響，面齒輪齒面接觸區會發生偏移，從而產生邊緣接觸，影響面齒輪的嚙合性能和強度性能。為了避免產生邊緣接觸，面齒輪銑刀的齒數要比鏟形輪的齒數多2個，以使面齒輪齒面接觸區局部化，成為點接觸面齒輪傳動。

所述步驟（3）中面齒輪銑齒加工坐標系是指：鏟形輪靜止坐標系和運動坐標系，銑刀靜止坐標系和運動坐標系。

所述步驟（4）中面齒輪銑刀切削區型面方程是指銑刀上用于切削加工面齒輪的刀刃部分的型面方程。

所述步驟（5）中面齒輪銑刀切削區型面離散點坐標是指銑刀刀刃部分的型面方程離散后的各離散點坐標值。

所述步驟（6）中面齒輪銑刀刀體模型是指：銑刀在沒有前角、鏟背量、容屑槽等時銑刀刀體的基本形狀。

所述步驟（8）中面齒輪銑刀工程圖是指：在確定了面齒輪銑刀刀體模型尺寸的條件下，根據銑刀設計標準、刃磨要求和精度等級要求，確定面齒輪銑刀設計參數，完成銑刀的設計。

本發明的原理：根據面齒輪銑齒加工原理和空間曲面嚙合原理，建立面齒輪、鏟形輪和銑刀三者之間的嚙合關系，通過鏟形輪型面方程和鏟形輪坐標系到銑刀坐標系的坐標變換矩陣，得到面齒輪銑刀切削區型面方程。利用離散點數值化擬合原理，建立面齒輪銑刀刀體三維模型，根據銑刀設計標準和精度等級要求，確定面齒輪銑刀設計工程圖。

本發明與現有技術相比的有益效果是：