[发明专利]基于负变位平衡剃齿的非等边剃齿刀齿形设计方法

说明书

本发明公开了一种基于负变位平衡剃齿的非等边剃齿刀齿形设计方法，该方法通过减小非等边剃齿刀副工作面的齿顶圆半径，推迟非等边剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使主、副工作面同时进入啮合，有效避免了主工作面啮合线上的三点区域，使剃齿啮合过程的轮齿间啮合力趋于平稳。该方法能够克服负变位剃齿的不足，实现平衡剃齿，为减小剃齿齿形中凹误差提供了新的技术思路。

技术领域

本发明属于齿轮加工领域中剃齿加工技术范畴，具体涉及一种基于负变位平衡剃齿的非等边剃齿刀齿形设计方法。

背景技术

剃齿刀是直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮的一种精加工刀具。剃齿时，剃齿刀的切削刃沿工件齿面剃下一层薄金属，可以有效提高被剃齿轮的精度和齿面质量，且加工效率高，刀具寿命长，是成批、大量生产中等精度圆柱齿轮时，应用最广泛的一种加工刀具。

剃齿工艺因其加工精度及加工效率高、成本低等优点在齿轮精加工中得到广泛应用，但未经过修形的剃齿刀在剃齿过程中其节圆附近发生单点接触，使该处齿面间承受的正压力要比其它部位大，造成切削刃较深地陷入工件齿面，形成齿形中凹。传统解决方法是依靠经验对剃齿刀进行修磨、试切等方法，以获得最佳啮合角为目标，通过负变位的方式使剃齿刀与工件齿轮啮合过程中的单点接触区域减少甚至消除，达到平衡剃齿。由于大多数情况下根据工件齿轮参数是无法设计出满足平衡剃齿条件的剃齿刀，这就给剃齿刀的修形带来了工艺问题。

发明内容

针对上述现有方法存在的缺陷或不足，本发明目的在于提供一种基于负变位平衡剃齿的非等边剃齿刀齿形设计方法。

为实现上述任务，本发明采取如下技术解决方案：

一种基于负变位平衡剃齿的非等边剃齿刀齿形设计方法，其特征在于，该方法通过减小非等边剃齿刀副工作面的齿顶圆半径，推迟非等边剃齿刀副工作面进入啮合线的起点位置，使主、副工作面同时进入啮合，避免了主工作面啮合线上的三点区域，保证了主工作面剃削过程中与工件齿轮齿面之间的啮合力趋于平稳，实现平衡剃齿条件，减小剃齿齿形中凹误差。

具体的设计步骤如下：

设非等边剃齿刀与工件齿轮的空间啮合情况如下所述：S_h和S_f分别为非等边剃齿刀和工件齿轮的固定坐标系，中心距为a。S_i和S₁为非等边剃齿刀的动坐标系，S₂和S₃为工件齿轮的动坐标系。非等边剃齿刀与工件齿轮分别以ω₁和ω₂的角速度绕Z_h和Z_f轴进行旋转，且两轴之间存在轴交角Σ。非等边剃齿刀由动坐标系S_i转动角至S₁，同时工件齿轮由动坐标系S₂旋转角，并以V₀⁽²⁾的速度沿Z₃轴轴向进给l至S₃，存在空间关系式(1)如下：

式中，l_z为沿Z₃轴轴向进给的距离；

设非等边剃齿刀的主工作面为S，副工作面为S'；点B和点A分别为非等边剃齿刀主、副工作面齿廓齿顶圆上的一点，用ρ_Bmax和ρ_Amax分别表示两齿廓上的最大曲率半径；σ₀为基圆上齿槽半角，θ'与θ分别为面S'和S的参变量；

根据齿轮啮合原理中渐开线螺旋面方程式可知，非等边剃齿刀副工作面S'和非等边剃齿刀主工作面S在动坐标系o-x,y,z下的参数方程可表达为：