[发明专利]一种面齿轮磨削刀具设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮磨削刀具设计的技术领域，具体涉及一种面齿轮磨削刀具设计方法，适用于面齿轮精密磨齿加工中专用磨削刀具的设计。

背景技术

国外面齿轮研究技术资料显示，面齿轮可以采用插齿、滚齿、铣齿和磨齿的加工方法。由于国外对面齿轮加工技术实行严格的保密，致使面齿轮加工技术及刀具设计技术在国内还未能掌握。国内已认识到面齿轮传动的优势和广阔的应用前景，开展了一些基础性理论研究，针对面齿轮的加工技术研究主要还处于插齿加工阶段，有部分实现了面齿轮的铣齿加工，但是目前的加工方法使得面齿轮的加工精度和加工效率较低。而面齿轮磨削加工技术的研究可以提高面齿轮加工精度的同时显著改善面齿轮齿面的表面质量，但国内还没有相关资料对面齿轮磨削刀具的设计方法进行说明。

因此，目前尚缺乏一种面齿轮专用磨削刀具设计方法，以解决面齿轮精密磨齿加工中磨削刀具的设计问题。本发明为面齿轮磨削刀具的发展提供了一套完整的设计方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对面齿轮现有加工方法的加工精度、加工效率较低及表面质量不高等问题，如何设计面齿轮精密磨齿加工刀具以提高面齿轮加工精度和表面质量的技术难题，提供一种面齿轮磨削刀具设计方法。该方法能够根据面齿轮基本设计参数和铲形轮基本设计参数，设计出面齿轮精密磨齿加工专用刀具，提高面齿轮加工精度和表面质量，同时也为修形面齿轮的加工奠定基础。

本发明采用的技术方案是：一种面齿轮磨削刀具设计方法，其方法流程如下：

步骤(1)、确定面齿轮和铲形轮基本设计参数，包括模数、压力角、面齿轮齿数、铲形轮齿数。

步骤(2)、根据点接触面齿轮传动原理，确定面齿轮磨削刀具的理论齿数，磨削刀具理论齿数比铲形轮齿数多1～3个。

步骤(3)、根据面齿轮磨齿加工原理，建立面齿轮磨齿加工坐标系，包括面齿轮运动坐标系、铲形轮运动坐标系、磨削刀具运动坐标系。

步骤(4)、根据面齿轮铲形轮齿面方程，及从铲形轮坐标系到磨削刀具坐标系的坐标变换矩阵得到面齿轮磨削刀具的型面方程。

步骤(5)、将面齿轮磨削刀具的型面参数在取值范围内离散化，通过选取一定的步长增量值，分别计算对应的面齿轮磨削刀具型面离散点坐标。

步骤(6)、根据沟槽理论确定磨削刀具的沟槽数和螺旋角，借助三维建模软件，将计算的面齿轮磨削刀具型面点坐标通过点、线、面、体的生成顺序，建立面齿轮磨削刀具刀体模型。

步骤(7)、在建立的面齿轮磨削刀具刀体模型基础上，确定电镀CBN磨粒加工方式，根据面齿轮表面质量要求确定磨粒粒度及刀具宽度等参数；根据面齿轮磨削刀具的精度等级，确定刀具两端面的平行度、齿形公差等制造公差，建立面齿轮磨削刀具工程图。

所述步骤(2)中点接触面齿轮传动原理是指：如果加工面齿轮的磨削刀具理论齿数与铲形轮齿数相同，则面齿轮加工过程是模拟实际的齿轮啮合传动过程，理论上可以使面齿轮传动实现线接触。但在实际啮合传动过程中，这种线接触的情况是不会发生的。由于安装和加工误差的影响，面齿轮齿面接触区会发生偏移，从而产生边缘接触，影响面齿轮的啮合性能和强度性能。为了避免产生边缘接触，面齿轮磨削刀具的理论齿数要比铲形轮的齿数多2个，以使面齿轮齿面接触区局部化，成为点接触面齿轮传动。

所述步骤(3)中面齿轮磨齿加工坐标系是指：铲形轮静止坐标系和运动坐标系，磨削刀具静止坐标系和运动坐标系。

所述步骤(4)中面齿轮磨削刀具型面方程是指刀具上用于精密磨削加工面齿轮的刀刃部分的型面方程。

所述步骤(5)中面齿轮磨削刀具型面离散点坐标是指刀具刀刃部分的型面方程离散后的各离散点坐标值。

所述步骤(6)中面齿轮磨削刀具刀体模型是指：刀具在确定沟槽和螺旋角后，但没有电镀CBN磨粒时的基本形状。

所述步骤(7)中面齿轮磨削刀具工程图是指：在确定了面齿轮磨削刀具刀体模型尺寸的条件下，根据面齿轮的加工精度、表面质量要求和刀具的设计制造标准，确定面齿轮磨削刀具的设计参数，完成刀具的设计。

本发明的原理：根据面齿轮磨齿加工原理和空间曲面啮合原理，建立面齿轮、铲形轮和磨削刀具三者之间的啮合关系，通过铲形轮型面方程和铲形轮坐标系到磨削刀具坐标系的坐标变换矩阵，得到面齿轮磨削刀具型面方程。利用离散点数值化拟合原理和沟槽理论，建立面齿轮磨削刀具刀体三维模型，根据面齿轮精度、表面质量要求和刀具设计制造标准确定面齿轮磨削刀具设计工程图。

本发明与现有技术相比的有益效果是：