[发明专利]一种齿顶全圆弧滚刀及其设计方法

说明书

本发明公开了一种齿顶全圆弧滚刀及其设计方法，以滚刀齿顶全圆弧结构的设计方法为基础，在滚刀压力角的可选范围内，通过选取不同的设计滚动圆直径，产生不同的齿根过渡曲线，并计算过渡曲线上30°切线切点处的曲率半径，反复多次计算，得到切点处曲率半径最大情况时的滚刀设计压力角及其滚刀齿顶圆弧半径，以此参数为基础完成滚刀其他参数的设计。此方法能不同程度的提升滚刀齿刃强度5—15％，延伸刀具寿命，降低加工成本，同时还可使被加工齿根弯曲强度提升0—15％。

技术领域

本发明涉及滚刀设计领域，具体涉及一种齿顶全圆弧滚刀及其设计方法。

背景技术

滚刀在加工过程中，75％以上的切屑金属由刀具顶刃部分切除，滚刀的顶刃强度和耐磨性是影响滚刀切削效率和切削寿命的重要因素，滚刀各项参数中齿顶圆弧大小对滚齿切削性能影响最大，更大的圆弧半径可以增加刀具齿顶的总热容量、改善排热性能、减少铁屑厚度、增加滚刀齿顶强度，同时还可增加被加工齿轮的齿根圆弧，进而增加被加工齿轮的齿根弯曲强度。而现有设计方法一般认为产品参数确定后(分圆齿厚、齿根圆直径、渐开线起始点确定)，滚刀齿顶圆弧也是定值。

目前国内外同行业对滚刀的齿顶曲线有两种设计方法，一种是根据被加工齿轮参数中要求的滚齿渐开线起始圆直径(SAP)、齿根圆直径(Df)和分圆齿厚计算一个滚刀齿顶圆弧半径，此方法是国内外普遍采用的设计方法，采用此方法设计的滚刀，加工出的产品齿根形式为延伸渐开线的等距线(图2)，国标及国际标准中设计的齿轮弯曲强度计算公式也是以此为前提计算的，其理论研究和应用均比较成熟。另一种现有的设计方法是(图3)，抛弃滚刀的齿顶圆弧结构，根据被加工齿轮的齿根弯曲应力和过渡曲线曲率分布情况，根据啮合原理，反向计算、多坐标点拟合任意曲线的方法设计滚刀顶刃曲线；使用此方法设计的滚刀，具有设计灵活性高，对齿轮参数限制小的特点，但该方法设计、制造难度均较大，且不符合国标GB/T3480中强度计算方法的前提条件，理论成熟度及应用程度较低，尚无明确的齿轮疲劳测试数据，具有一定的应用风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种齿顶全圆弧滚刀及其设计方法，解决现有技术中设计方法存在的技术问题，应用于提升滚齿加工效率、滚刀加工寿命和增加被加工齿轮齿根强度等方面。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种齿顶全圆弧滚刀的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：根据滚刀副切削刃最小侧后角α_cmin计算滚刀可选压力角的下限值α_min；获取滚动圆半径和齿轮基圆半径，根据滚动圆半径和齿轮基圆半径计算滚刀可选压力角的上限值α_max；其中，滚动圆半径是根据齿轮齿根圆半径、齿轮要求渐开线起始圆半径和齿轮要求渐开线起始圆半径上的齿槽宽进行计算得到。

步骤2：令步骤1所述的滚刀可选压力角的上限值α_max为所述齿顶全圆弧滚刀的初始设计压力角α₀；

步骤3：根据初始设计压力角α₀分别计算在压力角值为α₀时的滚动圆半径r₁、单圆弧滚刀齿顶圆弧半径r_d1和延伸渐开线偏距e₁；

步骤4：根据齿轮齿数计算齿轮齿根曲线30°切线切点处延伸渐开线切线角α_y，然后计算延伸渐开线切线角α_y对应的展开角

步骤5：根据所述在压力角值为α₀时的滚动圆半径r₁、延伸渐开线偏距e₁、展开角计算齿轮齿根曲线30°切线切点处延伸渐开线的曲率半径ρ₁，然后根据曲率半径ρ₁计算齿轮齿根曲线30°切线切点处延伸渐开线的等距线上曲率半径ρ；