專利名稱：一種硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，屬于刀具加工領域。
背景技術(shù)：
目前，硬齒面齒輪插齒刀負倒棱的加工方法通常采用(1)飛刀倒棱法，通過簡單 的傳動機構(gòu)使飛刀每轉(zhuǎn)一周刀具轉(zhuǎn)過一個齒距，當飛刀經(jīng)過插齒刀時，將插齒刀一側(cè)刀刃 倒棱。( 圓片砂輪自動倒棱法，固定砂輪，使其除旋轉(zhuǎn)外，還按一定力矩浮動地壓在刀具 上，當?shù)毒咝D(zhuǎn)時，由于徑向磨削力的變化，使砂輪軸產(chǎn)生一定程度的擺動，保證砂輪沿刀 具刀刃接觸，當?shù)毒咝D(zhuǎn)一周時，即完成倒棱。(3)蝸桿式砂輪倒棱法，利用砂輪的旋轉(zhuǎn)帶動 刀具旋轉(zhuǎn)，在其旋轉(zhuǎn)過程中，由于砂輪安置得只與刀具刃部接觸，實現(xiàn)倒棱目的。(4)端銑連 續(xù)分度倒棱法，刀盤上裝有一個或兩個刀片，當?shù)侗P旋轉(zhuǎn)時，刀盤每轉(zhuǎn)一周，刀具轉(zhuǎn)過一個 或兩個刀齒距，刀片切出倒棱。(1)、(4)兩種方法分段加工倒棱，存在接刀痕，需要進行修 磨，對于前刀面底刃不易倒棱，倒出的棱寬寬度不一致，存在精度差；(幻、(3)兩種方法加 工倒棱，可連續(xù)倒棱，由于砂輪擺動，倒出的棱寬寬度不一致，存在精度差，同時棱面平面度 差，棱面為弧形面。綜合上述幾種加工方法可以看出其不足之處是這幾種方法加工出的倒棱，不能 形成嚴格的漸開線，存在理論齒形誤差，倒棱寬度的加工精度差，棱面的平面度差。倒棱寬 度的加工精度差，一種是導致刃形誤差，在進行齒輪加工時，降低了齒面加工精度；另一種 是導致刀刃部強度不均勻，插齒時刀刃局部受力過大，使刀刃產(chǎn)生崩刃，降低刀具使用壽 命，兩種缺陷可同時存在。棱面平面度差，切削壓強降低，加工效率降低，加工精度不易滿足 要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中倒棱寬度的加工精度差、棱面精度精度差以 及加工效率低的缺陷，提供一種可以通過一次走刀完成硬齒面齒輪插齒刀所有齒的齒側(cè)和 齒頂?shù)牡估?、倒棱加工精度高的硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的利用計算機開發(fā)語言開發(fā)插齒刀的建模程序，輸入基本參數(shù)信息，包括插齒刀的 齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒高、前刀面變位系數(shù)、公法線跨齒數(shù)、公法線長度、高度，計算齒頂圓、 齒根圓、漸開線起始圓直徑及公法線長度，并允許用戶修改，輸入齒槽定位角度，計算干涉 極限磨削半徑，輸入磨削半徑，生成應用于負倒棱加工的插齒刀模型，在數(shù)控加工中心生成 插齒刀漸開線倒棱的數(shù)控加工程序；檢驗插齒刀表面平行度；確定插齒刀中心位置；確定 插齒刀的周向位置，完成工件定位；輸入工件實際周向位置參數(shù)，計算磨削半徑干涉極限、 生成磨頭中心軌跡投影，通過加工中心的數(shù)控補償功能自動實現(xiàn)倒棱運動軌跡，采用金剛 石磨具，一次走刀完成所有齒的齒側(cè)和齒頂?shù)牡估猓B續(xù)完成倒棱加工。所述的金剛石磨頭由圓柱體的夾持部分和圓錐體的磨削部分組成，圓錐體磨削時其與插齒刀接觸部分的回轉(zhuǎn)半徑小于其與插齒刀接觸部分與相鄰齒的對稱部分的距離。檢驗插齒刀表面平行度時，將測量計算出的插齒刀前刀面傾斜角度利用計算機軟 件生成的刀軌曲線繞y軸同向傾斜相同的角度，以矯正前刀面的傾斜帶來的誤差。確定插齒刀的周向位置時，選取3個以上齒槽，測量各個齒槽中心實際角位置與 計算機建立的插齒刀模型各個齒槽中心的角位置之差，按其各個角度差的平均值旋轉(zhuǎn)模型 后使之與工件的實際位置一致，以減小隨機誤差帶來的影響。磨削結(jié)束后磨頭高度不變，讓磨頭沿最后的原路徑再做幾次走刀，以光整磨削表本發(fā)明的優(yōu)點是采用該方法加工的硬齒面插齒刀的負倒棱，具有在加工精度、加 工效率、加工柔性等方面均優(yōu)于原有的加工方法，使刀具刀刃強度高、不易崩刀刃、延長刀 具壽命、可控制刃形誤差，適用于硬齒面插齒刀負倒棱的加工。
圖1是插齒刀數(shù)控加工建模程序框圖；圖2是插齒刀的刃面關系的平面示意圖；圖3是插齒刀的刃面關系的立體示意圖；圖4是插齒刀的周向位置確定方法示意圖；圖5是金剛石磨頭示意圖；圖6是圖5的左視圖；圖7是本發(fā)明的加工方法示意圖。
具體實施例方式如圖2、圖3所示為插齒刀的刃面關系示意圖，硬質(zhì)合金插齒刀前角通常為零，前 刀面為平面，而后角不為零，后刀面為漸開線螺旋面，故以垂直于軸線的平面截插齒刀，得 到的截面形狀并不相同，不同截面相當于不同變位系數(shù)的漸開線齒輪。在插齒刀切削刃上 一點沿切削刃的法平面截插齒刀的齒，形成法截面如圖2所示，χ方向為切削刃的法向，y方 向為插齒刀軸向。其中DOB為未倒棱前法截面形狀。倒棱的結(jié)果是沿切削刃去除一部份材 料。如果采用嚴格的漸開線倒棱，沿切削刃材料的去除深度是均勻的，最后形成的新切削刃 仍然是漸開線，只是位置相對于原來的漸開線有微小的變化，因而倒棱后的插齒刀并不存 在理論齒形誤差，只是由于齒側(cè)漸開線彼此靠近，變位系數(shù)有一定的減小，可形成高精度的 倒棱切削刃。通常采用的倒棱加工方法，倒棱刀具的軌跡不是嚴格的漸開線，由于不均勻的刀 軌法向誤差Sp的存在，材料的去除深度并不均勻，新切削刃投影并不是漸開線，因而具有 理論齒形誤差。根據(jù)插齒加工的原理可以知道，插齒刀切削刃的投影與被加工齒輪齒廓是 一對嚙合齒輪，加工過程中二者在各個嚙合點上依次相切，具有公共法線，若插齒刀切削刃 投影在一點A處的法向誤差為Se，則在被加工齒輪對應嚙合點上齒廓的法向誤差與其絕 對值相等而方向相反，為-Se。故插齒刀各點Se的大小決定了倒棱對被加工齒輪精度的 影響。本發(fā)明采用計算機進行插齒刀建模，確定漸開線，生成刀具軌跡。在數(shù)控加工中
4心上，檢驗插齒刀表面平行度，確定插齒刀中心位置，如圖4所示方法確定插齒刀的周向位 置，用圖5、圖6所示的金剛石磨頭(刀具)底部錐面上不同半徑的部位，按圖7所示進行 倒棱加工，圖7中1是金剛石磨頭(刀具)，2是倒棱軌跡(刀具運動軌跡)，3是被加工的 硬齒面齒輪插齒刀。本發(fā)明采用的金剛石磨頭的回轉(zhuǎn)半徑遠小于普通砂輪，磨削線速度較 低，工作部分制成錐面，選用半徑較大的位置進行磨削有利于增加磨削的線速度，提高倒棱 加工的效率和質(zhì)量。實施例1、完成計算機建模，生成數(shù)控加工程序利用計算機開發(fā)語言在486計算機及其兼容機上開發(fā)插齒刀的建模程序，輸入插 齒刀的模數(shù)、齒數(shù)、壓力角、前刀面變位系數(shù)等基本參數(shù)信息，生成應用于負倒棱加工的插 齒刀模型，按生成的模型在數(shù)控加工中心上編制形成數(shù)控加工程序。2、檢驗插齒刀表面平行度將插齒刀平放在工作臺上，前刀面向上。將千分表吸在機床主軸上，將主軸大致 移動到插齒刀中心處，控制機床ζ軸下降至表的觸頭與前刀面接觸。轉(zhuǎn)動主軸觀察千分 表讀數(shù)，檢查前刀面水平程度。由于前刀面水平程度影響加工時刀具在各處相對前刀面
的下降深度，而倒棱寬度為深度的T^一倍，其中Y為負前角角度，故深度的微小誤差會
tan,
通過較小的負前角角度放大后反映在倒棱寬度上，若前刀面傾斜嚴重，會導致各齒倒棱 寬度明顯不均勻，甚至低點附近的齒沒有加工到。因此若千分表讀數(shù)跳動超過ΙΟμπι則 不能直接加工，在前刀面最高和最低處作記號，在高低兩處底部墊塞尺將前刀面找平，也 可將插齒刀高低點連線方向置于機床X方向，通過千分表讀數(shù)跳動計算前刀面傾斜角度 總跳動量 180°
(CA福牲劍勺遣_充y車由__目_勺魅t^ieltr
刀面的傾斜帶來的誤差。3、確定插齒刀中心位置用壓板壓住插齒刀的邊緣位置，千分表吸在主軸上，調(diào)整機床使千分表的觸頭與 插齒刀定位孔的內(nèi)圓柱面接觸，轉(zhuǎn)動主軸分別觀察千分表在四個象限點上的讀數(shù)變化，微 調(diào)機床的χ/y軸，使得轉(zhuǎn)動主軸時千分表的讀數(shù)基本沒有跳動，將此時的χ/y位置設為工件 坐標系的零點，中心定位完成。4、確定插齒刀的周向位置不動插齒刀周邊的壓板，用螺母壓緊插齒刀的中心，確定壓緊后再卸除插齒刀周 邊的壓板，以確保整個過程中工件位置不發(fā)生移動。插齒刀的周向定位以齒槽中心線為準。定位時千分表吸在主軸上，調(diào)整機床使得 主軸中心大致位于一個齒槽的中心線上，轉(zhuǎn)動主軸時千分表的觸頭能與兩個齒的對側(cè)后刀 面分別接觸。轉(zhuǎn)動主軸，觀察當觸頭接觸后刀面時讀數(shù)的最大跳動量，微調(diào)機床的χ/y軸， 使得觸頭接觸兩個齒的對側(cè)后刀面時千分表讀數(shù)的最大跳動相等，此時主軸中心位于所選 齒槽的中心線上，記錄此時的xy坐標值。選取不同的齒槽，依照上述方法將主軸中心調(diào)整到齒槽中心線上，記錄多組齒槽 中心坐標，根據(jù)坐標可以計算出各齒槽中心線的實際角位置。齒輪建模時的初始位置是一個齒槽對準X軸正方向，根據(jù)分度關系可以知道齒輪在初始位置時各個齒槽中心的角位置。如圖4所示，實線齒廓代表工件的實際位置，點劃線齒廓代表建模時齒輪的初始 位置。選取的各個測量齒槽與初始模型的對應齒槽均相差一定角度，圖中測量了 4個齒槽， 得到的角度差分別為Θ1、Θ2、Θ3、0 4，這四個角度可以通過計算或在040/^411軟件上取 點測量得到。理想情況下四個角度值應該相等，實際由于測量誤差和插齒刀本身誤差的影 響，各個角度會有微小的差別。測量得到工件與模型的角度差后需要旋轉(zhuǎn)模型使之與工件 的實際位置一致。取各個角度差的平均值進行旋轉(zhuǎn)操作，以減小隨機誤差帶來的影響。5、加工操作完成上述程序編制、插齒刀表面平行度檢驗、確定插齒刀中心位置、確定插齒刀的 周向位置后，定位工件位置。將磨頭移動到磨削路徑的起點，調(diào)整ζ軸使得磨頭與插齒刀刀 刃接近，之后走刀試切，每次走刀后將ζ軸下移一個磨削深度量，直到開始磨到插齒刀刀刃 為止。ζ軸總下降量由倒棱寬度決定，為倒棱寬度乘以tan γ，γ為負前角角度，按單次 磨削深度分次走完總深度。磨削結(jié)束后不動ζ軸，讓磨頭沿最后的原路徑再做幾次走刀，達 到光整磨削表面的目的。采用本發(fā)明的加工方法，其倒棱寬度差可達到百分之一毫米的精度，而采用其它 方法加工，其倒棱寬度差可達到十分之一毫米的精度。
權(quán)利要求
1.一種硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，其特征是利用計算機開發(fā)語言開發(fā)插齒刀 的建模程序，輸入基本參數(shù)信息，包括插齒刀的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、齒高、前刀面變位系數(shù)、 公法線跨齒數(shù)、公法線長度、高度，計算齒頂圓、齒根圓、漸開線起始圓直徑及公法線長度， 并允許用戶修改，輸入齒槽定位角度，計算干涉極限磨削半徑，輸入磨削半徑，生成應用于 負倒棱加工的插齒刀模型，在數(shù)控加工中心生成插齒刀漸開線倒棱的數(shù)控加工程序；檢驗 插齒刀表面平行度；確定插齒刀中心位置；確定插齒刀的周向位置，完成工件定位；輸入工 件實際周向位置參數(shù)，計算磨削半徑干涉極限、生成磨頭中心軌跡投影，通過加工中心的數(shù) 控補償功能自動實現(xiàn)倒棱運動軌跡，采用金剛石磨具，一次走刀完成所有齒的齒側(cè)和齒頂 的倒棱，連續(xù)完成倒棱加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，其特征是所述的金剛石 磨頭由圓柱體的夾持部分和圓錐體的磨削部分組成，圓錐體磨削時其與插齒刀接觸部分的 回轉(zhuǎn)半徑小于其與插齒刀接觸部分與相鄰齒的對稱部分的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，其特征是檢驗插齒刀表 面平行度時，將測量計算出的插齒刀前刀面傾斜角度利用計算機軟件生成的刀軌曲線繞y 軸同向傾斜相同的角度，以矯正前刀面的傾斜帶來的誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，其特征是確定插齒刀的 周向位置時，選取3個以上齒槽，測量各個齒槽中心實際角位置與計算機建立的插齒刀模 型各個齒槽中心的角位置之差，按其各個角度差的平均值旋轉(zhuǎn)模型后使之與工件的實際位 置一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬齒面插齒刀負倒棱的加工方法，利用計算機開發(fā)語言開發(fā)插齒刀的建模程序，生成應用于負倒棱加工的插齒刀模型，在數(shù)控加工中心生成插齒刀漸開線倒棱的數(shù)控加工程序；通過加工中心的數(shù)控補償功能自動實現(xiàn)倒棱運動軌跡，采用金剛石磨具，一次走刀完成所有齒的齒側(cè)和齒頂?shù)牡估?，連續(xù)完成倒棱加工。采用該方法加工的硬齒面插齒刀的負倒棱，具有使刀具刀刃強度高、不易崩刀刃、延長刀具壽命、可控制刃形誤差等特點。
文檔編號B24B3/60GK102059597SQ201010532960
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者馮憑法, 姜玉海, 孫宣杰, 梁立艷, 許銳弘 申請人:內(nèi)蒙古第一機械制造(集團)有限公司