[发明专利]一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法

说明书

本发明公开了一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法，属于摆线齿锥齿轮加工领域。一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法包括下述步骤：1)根据齿轮副参数和刀具基本参数确定刀齿切削刃分段及各段曲线形式；2)确定大轮齿顶啮合起始边界；3)求步骤2)中大轮修形边界对应的一系列小轮理论齿面点，并将它作为小轮齿根理论修形边界；4)确定小轮刀齿齿顶修形高度或/和齿根修形高度；5)根据节点相切条件和齿形修形量，计算刀刃齿顶的曲率半径或/和齿根修形的曲率半径；6)确定刀尖圆角半径。该优化方法在保证齿面接触特性的前提下能够更合理的消除齿顶齿根接触。

技术领域

本发明属于摆线齿锥齿轮加工领域，具体为一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法。

背景技术

摆线齿锥齿轮因其产形轮齿线为延伸外摆线而得名，它采用等高齿制，以平面产形轮原理连续分度法(Face-hobbing)铣齿加工。摆线齿锥齿轮齿制有三种：德国克林贝格制(Klingelnberg)、瑞士奥利康制(Oerlikon)和美国格里森制(Gleason)，分别简称克制、奥制和格制。

摆线齿锥齿轮假想平面产形轮产形面的成形原理：刀盘和产形轮各有一个滚圆，刀盘相对于产形轮的运动可看作是刀盘滚圆在产形轮滚圆上作纯滚动，即刀盘滚圆直径与产形轮滚圆直径的比等于刀盘刀齿组数和产形轮齿数的比。当刀盘滚圆在产形轮滚圆上纯滚动时，刀刃相对于产形轮扫出的曲面即为产形轮齿面，刀刃上的点在产形轮平面内的轨迹为延伸外摆线。被加工齿轮的齿面由产形轮齿面包络而成。实际加工中，用机床摇盘代表产形轮，其刀盘刀齿分为若干组，每组至少有一个内刀和一个外刀，分别加工被加工齿轮的凸面和凹面。摆线齿锥齿轮理论上可以加工出完全共轭的齿轮副，但为了实现实际要求的局部接触，克制采用机械结构极为复杂的分体式双层刀盘，奥制和格制则采用整体刀盘与刀倾机构，后两者的计算均及其繁复。为更好的控制齿面接触区，三种齿制都引入圆弧切削刃来进行齿高方向修形，与齿长方向鼓形相结合，使齿面失配更加合理可控。

近年来，克林贝格和格里森都开发了六轴全数控锥齿轮机床，取消了摇盘机构，采用硬质合金尖齿条整体刀盘刀倾法加工摆线齿锥齿轮，部分机床可高速干切，但克林贝格双层刀盘结构复杂，设计加工困难，目前只有克林贝格自己可以制造；奥利康和格里森的尖齿刀盘设计与加工精度要求特别高，需要专门的磨刀机与检刀机。实际加工中常用切削刃廓形以直线和圆弧为主，在少数情形下，为避免齿顶接触增加刀顶凸角来进行齿根修形，且通常是对小轮进行的，这将进一步降低小轮齿根强度。采用直线刀刃加工的齿轮，当有安装误差或受载变形后，极易产生齿顶齿根接触，即便以圆弧代替了直线，由于通常圆弧半径很大(1000mm)，并不能改善齿顶齿根接触的状况。采用刀顶凸角可以消除这一现象，但有两方面的缺陷：一是给定刀顶凸角和修形量的盲目性，需要反复切削试验寻求合理值；二是刀顶凸角是一段直线，在与主刀刃接点处各阶导数均不连续，即这是一种硬性的齿面修形，对齿面接触是不利的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中解决齿顶齿根接触的问题不能保证齿面接触特性的缺点，提供一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法。

一种摆线齿锥齿轮端铣刀盘刀刃曲线优化方法，该方法包括下述步骤：

1)根据齿轮副参数和刀具基本参数确定刀齿切削刃分段及各段曲线形式；

所述刀齿切削刃包括主切削刃、齿顶修形、齿根修形、刀尖圆角与刀顶刃，以上各段曲线的节点相切；

2)确定大轮齿顶啮合起始边界；

3)求步骤2)中大轮修形边界对应的一系列小轮理论齿面点，并将它作为小轮齿根理论修形边界；

所述小轮理论齿面为与大轮齿面完全共轭的小轮齿面；

4)确定小轮刀齿齿根修形高度或者确定齿根修形高度和齿顶修形高度；

5)根据节点相切条件和齿形修形量，计算刀刃齿顶的曲率半径或/和齿根修形的曲率半径；