一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具及其构建方法技术

本发明专利技术公开了一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，包括刀体及其周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，每个刀齿均由前刀面，左、右后刀面，顶后刀面，左、右切削刃和顶切削刃构成；其中，左、右切削刃和顶切削刃分别用来加工工件左、右齿槽和齿根圆柱面；所述前刀面为法向矢量朝一个方向汇聚的自由曲面，所述左、右切削刃和顶切削刃分别为所述前刀面与左、右后刀面和顶后刀面相交而成的自由曲线；左、右后刀面与顶后刀面分别为由若干条刃磨后的左、右切削刃与顶切削刃构成的自由曲面。按照本发明专利技术设计的刀具，加工出来的零件无理论齿形误差，可以加工各种渐开线、非渐开线圆柱齿轮，刀具具有广泛的通用性，并有效保证剐齿加工精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，包括刀体及其周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，每个刀齿均由前刀面，左、右后刀面，顶后刀面，左、右切削刃和顶切削刃构成；其中，左、右切削刃和顶切削刃分别用来加工工件左、右齿槽和齿根圆柱面；所述前刀面为法向矢量朝一个方向汇聚的自由曲面，所述左、右切削刃和顶切削刃分别为所述前刀面与左、右后刀面和顶后刀面相交而成的自由曲线；左、右后刀面与顶后刀面分别为由若干条刃磨后的左、右切削刃与顶切削刃构成的自由曲面。按照本专利技术设计的刀具，加工出来的零件无理论齿形误差，可以加工各种渐开线、非渐开线圆柱齿轮，刀具具有广泛的通用性，并有效保证剐齿加工精度。【专利说明】ー种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具及其构建方法
本专利技术涉及ー种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，用于内/外齿直/斜齿圆柱齿轮剐齿加工。
技术介绍
剐齿是21世纪出现的一种全新的直接从毛坯切制齿廓的圆柱齿轮加工方法。该方法能够加工传统加工方法无法加工的非贯通螺旋内齿，加工目前エ艺方法可以加工的齿轮，也具有明显的加工效率高、精度高、干式切削等优点。目前，别齿原理、别齿刀设计、数控剐齿机设计等方面的研究已经取得ー些成果。但是距离批量生产的要求还有一定差距，其中剐齿刀设计理论和制造技术是最迫切需要解决的问题。关于剐齿刀设计方面的研究成果较少，国内最新开发的采用无理论齿形加工误差理论和制造方法只适用于直齿刀，不具有通用性。为了促进剐齿技术的广泛应用，迫切需要开发新的剐齿刀具。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供ー种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，基于该刀具结构设计的剐齿刀具，可以加工各种内齿直齿、外齿直齿、斜齿圆柱齿轮，加工出来的齿轮无理论齿形加工误差。为了解决上述技术问题，本专利技术ー种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，包括刀体和设置在所述刀体周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，每个刀齿均由前刀面、左后刀面、右后刀面、顶后刀面、左切削刃、右切削刃以及顶切削刃构成；所述前刀面、左后刀面、右后刀面以及顶后刀面均为自由曲面，所述左切削刃、右切削刃以及顶切削刃均为自由曲线；其中，左切削刃用来加工エ件齿槽左齿面，右切削刃用来加工エ件齿槽右齿面，顶切削刃用来加工エ件齿槽齿根圆柱面；所述前刀面为法向矢量朝ー个方向汇聚的自由曲面，所述左切削刃由所述前刀面与左后刀面的交线构成，所述右切削刃由所述前刀面与右后刀面的交线构成，所述顶切削刃由所述前刀面与顶后刀面的交线构成；左后刀面、右后刀面与顶后刀面分别由若干条刃磨后的的左切削刃、右切削刃与顶切削刃构成。本专利技术ー种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具的构建方法，刀具的左后刀面的构建过程是:首先，由被加工エ件的參数设定刀具与エ件的中心距，建立被加工齿槽左齿面共轭曲面，前刀面与左齿面共轭曲面求交，得到第一条左切削刃的曲线；之后，根据刃磨量，改变加工中心距，得到新的左齿面共轭曲面，同时调整前刀面的轴向位置，得到新的前刀面，新的前刀面与新的左齿面共轭曲面求交，得到第二条左切削刃；依此类推，建立若干条左切削刃的曲线，若干条左切削刃的曲线拟合成刀具的左后刀面；同理，建立被加工齿槽右齿面共轭曲面后构建刀具的右后刀面；建立被加工齿槽齿根圆柱面共轭曲面后构建刀具的顶后刀面。上述构建过程中，通过选取合理的切削角度调整前刀面、左齿面共轭曲面、右齿面共轭曲面和齿根圆柱面共轭曲面，获得左切削刃、右切削刃和顶切削刃的參数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:按照本专利技术设计的刀具，刀具结构具有通用性，适合加工各种渐开线、非渐开线的内齿、外齿圆柱齿轮，所加工的零件无理论齿形加工误差，有效保证加工精度。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术剐齿刀具各要素示意图；图2为内齿直齿轮エ件左、右齿面共轭曲面示意图；图3为外齿直齿轮エ件左、右齿面共轭曲面示意图；图4为本专利技术中建立的剐齿刀具设计计算坐标系；图5为本专利技术剐齿刀具的主剖面示意图；图6为图5所示主剖面内工作角度；图1为剐齿刀加工エ件示意图；图8为本专利技术剐齿刀具左、右切削刃的工作前角；图9为本专利技术剐齿刀具左、右切削刃的工作后角；图10为本专利技术剐齿刀具调整后的左、右切削刃工作前角；图11为本专利技术剐齿刀具调整后的左、右切削刃工作后角。图中1.前刀面，2.右切削刃，3.右后刀面，4.顶切削刃，5.顶后刀面，6.左后刀面，7.左切削刃，8.エ件齿槽左齿面，9.エ件齿槽右齿面，10.エ件齿槽齿根圆柱面，11.左齿面共轭曲面，12.右齿面共轭曲面，13.齿根圆柱面共轭曲面，14.刀具，15.エ件。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】对本专利技术作进ー步详细地描述。如图1所示，本专利技术通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，刀具为整体式结构，包括刀体和设置在所述刀体周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，刀齿个数根据被加エ零件齿数决定；每个刀齿均由前刀面1、左后刀面6、右后刀面3、顶后刀面5、左切削刃7、右切削刃2以及顶切削刃4构成。所述前刀面1、左后刀面6、右后刀面3以及顶后刀面5均为自由曲面，所述左切削刃7、右切削刃2以及顶切削刃4均为自由曲线；其中，左切削刃7用来加工エ件齿槽左齿面8，右切削刃2用来加工エ件齿槽右齿面9，顶切削刃4用来加エエ件齿槽齿根圆柱面10。所述前刀面I为法向矢量朝ー个方向汇聚的自由曲面，所述左切削刃7由所述前刀面I与左后刀面6的交线构成，所述右切削刃2由所述前刀面I与右后刀面3的交线构成，所述顶切削刃4由所述前刀面I与顶后刀面5的交线构成；左后刀面6、右后刀面3与顶后刀面5分别由若干条刃磨后的的左切削刃7、右切削刃2与顶切削刃4构成。在上述总体结构的基础上，刀具的左后刀面6的构建过程是:首先选取ー种自由曲面作为前刀面1，结合被加工エ件的參数，诸如:エ件齿数、法向模数、螺旋角和法向压カ角等參数，初步设定加工时刀具和エ件的轴交角，选定刀具齿数，确定加工中刀具与エ件的初始中心距，如图2图3所示，依据曲面共轭原理，建立被加工齿槽左齿面共轭曲面11，前刀面I与左齿面共轭曲面11求交，得到第一条左切削刃7的曲线；之后，根据刃磨量，改变加工中心距，建立此中心距下新的被加工齿槽左齿面共轭曲面11，同时调整前刀面的轴向位置，得到新的前刀面I，新的前刀面I与新的左齿面共轭曲面11求交，得到第二条左切削刃7的曲线；依此类推，建立若干条左切削刃的曲线，若干条左切削刃7曲线拟合成刀具的左后刀面6 ;同理，建立被加工齿槽右齿面共轭曲面12后构建刀具的右后刀面3 ;建立被加エ齿槽齿根圆柱面共轭曲面13后构建刀具的顶后刀面5，至此，得到完整的刀具拓扑结构。在切削刃上选定一点M，根据此点的切削速度Ve定义如图5所示的主剖面參考坐标系。其中，过M点且与切削速度V6垂直的平面为基面已，过M点处切削刃的切线以及切削速度V6的平面为切削平面Ps，过M点且与基面已、切削平面Ps相垂直的平面为主剖面P。。在主剖面中定义前角和后角。根据切削原理选择合理的切削角度，反过来调整前刀面1、左齿面共轭曲面11、右齿面共轭曲面12、齿根圆柱面共轭曲面13以及左切削刃7、右切削刃2的參数，从而得到具有通用拓扑结构的、满足剐齿加工需要的剐齿刀具。本专利技术剐齿刀具的使用方法，如图7所示，加工时，エ件15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用拓扑结构的圆柱齿轮剐齿刀具，包括刀体和设置在所述刀体周边沿轴向均布的若干个拓扑结构相同的刀齿，每个刀齿均由前刀面（1）、左后刀面（6）、右后刀面（3）、顶后刀面（5）、左切削刃（7）、右切削刃（2）以及顶切削刃（4）构成；其特征在于：所述前刀面（1）、左后刀面（6）、右后刀面（3）以及顶后刀面（5）均为自由曲面，所述左切削刃（7）、右切削刃（2）以及顶切削刃（4）均为自由曲线；其中，左切削刃（7）用来加工工件齿槽左齿面（8），右切削刃（2）用来加工工件齿槽右齿面（9），顶切削刃（4）用来加工工件齿槽齿根圆柱面（10）；所述前刀面（1）为法向矢量朝一个方向汇聚的自由曲面，所述左切削刃（7）由所述前刀面（1）与左后刀面（6）的交线构成，所述右切削刃（2）由所述前刀面（1）与右后刀面（3）的交线构成，所述顶切削刃（4）由所述前刀面（1）与顶后刀面（5）的交线构成；左后刀面（6）、右后刀面（3）与顶后刀面（5）分别由若干条刃磨后的的左切削刃（7）、右切削刃（2）与顶切削刃（4）构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，娄本超，陈新春，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：