[发明专利]一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，用于内/外齿直/斜齿圆柱齿轮剐齿加工。

背景技术

剐齿是21世纪出现的一种全新的直接从毛坯切制齿廓的圆柱齿轮加工方法。该方法能够加工传统加工方法无法加工的非贯通螺旋内齿，加工目前工艺方法可以加工的齿轮，也具有明显的加工效率高、精度高、干式切削等优点。目前，剐齿原理、剐齿刀设计、数控剐齿机设计等方面的研究已经取得一些成果。但是距离批量生产的要求还有一定差距，其中剐齿刀设计理论和制造技术是最迫切需要解决的问题。关于剐齿刀设计方面的研究成果较少，国内最新开发的采用无理论齿形加工误差理论和制造方法只适用于直齿刀，不具有通用性。为了促进剐齿技术的广泛应用，迫切需要开发新的剐齿刀具。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，基于该刀具结构设计的剐齿刀具，可以加工各种内齿直齿、外齿直齿、斜齿圆柱齿轮，加工出来的齿轮无理论齿形加工误差。

为了解决上述技术问题，本发明一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，包括刀体和设置在所述刀体周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，每个刀齿均由前刀面、左后刀面、右后刀面、顶后刀面、左切削刃、右切削刃以及顶切削刃构成；所述前刀面、左后刀面、右后刀面以及顶后刀面均为自由曲面，所述左切削刃、右切削刃以及顶切削刃均为自由曲线；其中，左切削刃用来加工工件齿槽左齿面，右切削刃用来加工工件齿槽右齿面，顶切削刃用来加工工件齿槽齿根圆柱面；所述前刀面为法向矢量朝一个方向汇聚的自由曲面，所述左切削刃由所述前刀面与左后刀面的交线构成，所述右切削刃由所述前刀面与右后刀面的交线构成，所述顶切削刃由所述前刀面与顶后刀面的交线构成；左后刀面、右后刀面与顶后刀面分别由若干条刃磨后的的左切削刃、右切削刃与顶切削刃构成。

本发明一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具的构建方法，刀具的左后刀面的构建过程是：首先，由被加工工件的参数设定刀具与工件的中心距，建立被加工齿槽左齿面共轭曲面，前刀面与左齿面共轭曲面求交，得到第一条左切削刃的曲线；之后，根据刃磨量，改变加工中心距，得到新的左齿面共轭曲面，同时调整前刀面的轴向位置，得到新的前刀面，新的前刀面与新的左齿面共轭曲面求交，得到第二条左切削刃；依此类推，建立若干条左切削刃的曲线，若干条左切削刃的曲线拟合成刀具的左后刀面；同理，建立被加工齿槽右齿面共轭曲面后构建刀具的右后刀面；建立被加工齿槽齿根圆柱面共轭曲面后构建刀具的顶后刀面。

上述构建过程中，通过选取合理的切削角度调整前刀面、左齿面共轭曲面、右齿面共轭曲面和齿根圆柱面共轭曲面，获得左切削刃、右切削刃和顶切削刃的参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

按照本发明设计的刀具，刀具结构具有通用性，适合加工各种渐开线、非渐开线的内齿、外齿圆柱齿轮，所加工的零件无理论齿形加工误差，有效保证加工精度。

附图说明

图1为本发明剐齿刀具各要素示意图；

图2为内齿直齿轮工件左、右齿面共轭曲面示意图；

图3为外齿直齿轮工件左、右齿面共轭曲面示意图；

图4为本发明中建立的剐齿刀具设计计算坐标系；

图5为本发明剐齿刀具的主剖面示意图；

图6为图5所示主剖面内工作角度；

图7为剐齿刀加工工件示意图；

图8为本发明剐齿刀具左、右切削刃的工作前角；

图9为本发明剐齿刀具左、右切削刃的工作后角；

图10为本发明剐齿刀具调整后的左、右切削刃工作前角；

图11为本发明剐齿刀具调整后的左、右切削刃工作后角。

图中1.前刀面，2.右切削刃，3.右后刀面，4.顶切削刃，5.顶后刀面，6.左后刀面，7.左切削刃，8.工件齿槽左齿面，9.工件齿槽右齿面，10.工件齿槽齿根圆柱面，11.左齿面共轭曲面，12.右齿面共轭曲面，13.齿根圆柱面共轭曲面，14.刀具，15.工件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。