平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工方法，屬于平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的加工方法。得到每個(gè)刀齒兩側(cè)后角面起始線上各點(diǎn)在刀刃帶面上的單位法矢量；根據(jù)給定的側(cè)后角面角度，得到兩側(cè)后角面起始線上各點(diǎn)在兩側(cè)后角面上的單位法矢量；調(diào)整滾刀轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角使砂輪產(chǎn)形面法矢量分別與兩側(cè)后角面起始線上各點(diǎn)在兩側(cè)后角面上的單位法矢量一致，調(diào)整轉(zhuǎn)臺中心相對于滾刀中心的徑向距離和軸向距離，使砂輪產(chǎn)形面分別和兩側(cè)后角面起始線上各點(diǎn)接觸，并使砂輪外圓與滾刀齒根環(huán)面相切，磨削出保證刀刃帶寬度一致性及側(cè)后角面角度的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀兩側(cè)后角面。實(shí)現(xiàn)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工。
【專利說明】平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工方法，屬于 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的加工方法。特別涉及一種保證刀刃帶寬度一致性及側(cè)后角面 角度的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的磨削加工方法，以便滿足具有刀刃帶寬度一 致性的及側(cè)后角面角度的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控加工需求。

【背景技術(shù)】
[0002] 與圓柱蝸桿傳動比較，環(huán)面蝸桿傳動承載能力強(qiáng)、體積小、傳動效率高、使用壽命 長，廣泛用于礦冶、石化、起重運(yùn)輸、船舶、動力和輕工機(jī)械的傳動裝置，尤其是平面、雙錐 面等的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動，比直廓環(huán)面蝸桿傳動，具有更優(yōu)越的性能。但是，用于滾切 蝸輪的二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的制作十分復(fù)雜，且難于制作，因?yàn)槎伟j(luò)環(huán)面蝸輪滾刀 與二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動的蝸桿具有相同的螺旋面，其每個(gè)刀齒兩側(cè)的刃口都是不同的 曲線，刃口曲線上每點(diǎn)在滾刀螺旋面上螺旋角都不一樣，而且每個(gè)刀齒上需要保留寬度為 0. 1-0. 2mm的二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿蝸輪滾刀螺旋面作為刀刃帶，并磨削后角角度為6-8°的 側(cè)后角面。
[0003] 為了解決二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的加工，中國專利（ZL93120467. 4)按 每個(gè)刀齒的法向截形修整砂輪，按螺旋進(jìn)給，采用磨削的方法加工側(cè)后角面，以控制刀刃帶 寬度，但磨削每個(gè)刀齒時(shí)需要修整不同的砂輪截形，而且側(cè)后角面角度不能保證一致；中國 專利（ZL201010104684. 1)和中國專利（申請?zhí)?01110206581.0)通過改變滾刀和砂輪所 在工作臺的傳動比磨削側(cè)后角面，分別采用圓臺形砂輪磨頭和錐度壓磨塊支撐的斜平面砂 輪，但刃帶寬度和側(cè)后角面角度不能保證一致；中國專利（申請?zhí)?01310172562.X)提供二 次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的設(shè)計(jì)方法，求出后角面起始線后，將后角面起始線上各點(diǎn) 的導(dǎo)程角旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的后角面角度，再按后角面成形傳動比得到后角面上的螺旋線簇，然后 可以采用數(shù)控機(jī)床曲面加工的方法將后角面銑削出來，但加工效率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要提供一種保證刀刃帶寬度一致性及側(cè)后角面角度的平面二次 包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的磨削加工方法，實(shí)現(xiàn)具有刀刃帶寬度一致性及側(cè)后角面角度 的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工。
[0005] 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的每個(gè)刀齒由齒頂環(huán)面1、齒根環(huán)面2、前刀面3、后刀 面4、右側(cè)螺旋面5、左側(cè)螺旋面6、右側(cè)后角面7、左側(cè)后角面8構(gòu)成，前刀面3與右側(cè)螺旋 面5和左側(cè)螺旋面6的交線分別為右側(cè)刃口 9和左側(cè)刃口 10 ;按照給定的刀刃帶寬度，分 別在右側(cè)螺旋面5和左側(cè)螺旋面6上得到右側(cè)后角面起始線11和左側(cè)后角面起始線12,右 側(cè)螺旋面5在右側(cè)刃口 9和右側(cè)后角面起始線11之間的部分為右側(cè)刀刃帶面13,左側(cè)螺旋 面6在左側(cè)刃口 10和左側(cè)后角面起始線12之間的部分為左側(cè)刀刃帶面14。
[0006] 為了達(dá)到本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案包括P點(diǎn)為右側(cè)后角面起始線11上任 意一點(diǎn)，nP1S右側(cè)刀刃帶面13在P點(diǎn)的單位法矢量，Q點(diǎn)為左側(cè)后角面起始線12上任意一 點(diǎn)，％為左側(cè)刀刃帶面14在Q點(diǎn)的單位法矢量，tP為右側(cè)后角面起始線11在P點(diǎn)的切矢 量，tQ為左側(cè)后角面起始線12在Q點(diǎn)的切矢量，將單位法矢量n^繞切矢量tP按右手定則 正向旋轉(zhuǎn)后角面角度X，將單位法矢量nQ1繞切矢量％按右手定則負(fù)向旋轉(zhuǎn)后角面角度入， 分別得到右側(cè)后角面7在P點(diǎn)的單位法矢量nP2和左側(cè)后角面8在Q點(diǎn)的單位法矢量nQ2; Oi為滾刀31的中心，Od為轉(zhuǎn)臺32的中心，轉(zhuǎn)臺32的中心Od相對于滾刀31的中心h沿滾 刀徑向距離為X，轉(zhuǎn)臺32的中心Od相對于滾刀31的中心h沿滾刀軸向距離為z;固連在轉(zhuǎn) 臺32上的砂輪15的左產(chǎn)形面17磨削滾刀右側(cè)后角面7上P點(diǎn)時(shí)，通過控制與滾刀31的 軸線同軸固連的機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺32的軸線同軸固連的B軸來改變滾刀轉(zhuǎn)角約和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn) 角押，使左產(chǎn)形面17的法矢量與單位法矢量nP2-致；通過控制轉(zhuǎn)臺32所在的機(jī)床X軸和 Z軸改變徑向距離x和軸向距離z，使左產(chǎn)形面17和P點(diǎn)接觸，并使砂輪15的外圓與滾刀 31的齒根環(huán)面相切；固連在轉(zhuǎn)臺32上的砂輪16的右產(chǎn)形面18磨削滾刀左側(cè)后角面8上Q 點(diǎn)時(shí)，通過控制與滾刀31的軸線同軸固連的機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺32的軸線同軸固連的B軸 來改變滾刀轉(zhuǎn)角奶和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角內(nèi)，使右產(chǎn)形面18的法矢量與單位法矢量nQ2-致；通過控制 轉(zhuǎn)臺32所在的機(jī)床X軸和Z軸改變徑向距離x和軸向距離z，使右產(chǎn)形面18和Q點(diǎn)接觸， 并使砂輪16外圓與滾刀31的齒根環(huán)面相切；分別對右側(cè)后角面起始線11上各點(diǎn)和左側(cè)后 角面起始線12上各點(diǎn)，采用上述方法得到仍，抑，x，z-系列對應(yīng)值，編制C、B、X和Z軸的 四軸聯(lián)動數(shù)控程序，分別磨削出右側(cè)后角面7和左側(cè)后角面8 ;對滾刀31的各個(gè)刀齒按上 述方法進(jìn)行數(shù)控磨削，完成滾刀31的保證刀刃帶寬度一致性和后角面角度的滾刀側(cè)后角 面數(shù)控磨削加工。
[0007] 本發(fā)明的有益效果在于，通過調(diào)整滾刀轉(zhuǎn)角奶和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角內(nèi)以及徑向距離X和軸 向距離z進(jìn)行數(shù)控磨削，可以實(shí)現(xiàn)保證刀刃帶寬度一致性和后角面角度的滾刀側(cè)后角面數(shù) 控磨削加工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的單個(gè)刀齒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2為在具有C、B、X和Z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床上的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀 右側(cè)后角面磨削加工示意圖；
[0010] 圖3為在具有C、B、X和Z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床上的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀 左側(cè)后角面磨削加工示意圖；
[0011] 圖4為數(shù)控加工仿真軟件仿真結(jié)果顯示的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀的刀齒刃 帶及側(cè)后角面。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
[0013] 平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀用于滾切平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的蝸輪，取平面二 次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的參數(shù)為：中心距a= 225mm，右旋蝸桿的頭數(shù)Zl = 2,蝸輪齒數(shù)Z2= 64， 傳動比i12= 32,蝸桿分度圓直徑d 80mm，蝸輪分度圓直徑d2= 370mm。
[0014] 按平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的原理，可以得到滾刀的單個(gè)刀齒的齒頂環(huán)面1、齒根環(huán) 面2、右側(cè)螺旋面5和左側(cè)螺旋面6，開直容肩槽后，得到每個(gè)刀齒的前刀面3和后刀面4,前 刀面3分別與右側(cè)螺旋面5和左側(cè)螺旋面6的交線為右側(cè)刃口 9和左側(cè)刃口 10 ;按照給定 的刀刃帶寬度e= 0. 2mm，分別在右側(cè)螺旋面5和左側(cè)螺旋面6上得到右側(cè)后角面起始線 11和左側(cè)后角面起始線12,右側(cè)螺旋面5在右側(cè)刃口 9和右側(cè)后角面起始線11之間的部 分為右側(cè)刃帶面13,左側(cè)螺旋面6在左側(cè)刃口 10和左側(cè)后角面起始線12之間的部分為左 側(cè)刃帶面14,如圖1示。
[0015] 在右側(cè)后角面起始線11上取一點(diǎn)P，得到右側(cè)刀刃帶面13在P點(diǎn)的單位法矢量 nP1及右側(cè)后角面起始線11在P點(diǎn)的切矢量tP，在左側(cè)后角面起始線12上取一點(diǎn)Q，得到左 側(cè)刀刃帶面14在Q點(diǎn)的單位法矢量nQl及左側(cè)后角面起始線12在Q點(diǎn)的切矢量tQ;根據(jù) 給定的后角面角度A=6°，將單位法矢量％1繞切矢量tP按右手定則正向旋轉(zhuǎn)后角面角 度A，將單位法矢量nQ1繞切矢量％按右手定則負(fù)向旋轉(zhuǎn)后角面角度X，得到右側(cè)后角面7 在P點(diǎn)的單位法矢量nP2和左側(cè)后角面8在Q點(diǎn)的單位法矢量nQ2，如圖1示。
[0016] 圖2中的數(shù)控機(jī)床具有四軸聯(lián)動的B軸、C軸、X軸及Z軸，將滾刀31安裝在C軸 上，滾刀軸線與Z軸重合，并且滾刀的喉部中間平面經(jīng)過X軸；砂輪15固連在轉(zhuǎn)臺32上，轉(zhuǎn) 臺32的軸線與B軸同軸固連；B軸控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角押，C軸控制滾刀轉(zhuǎn)角奶，X軸控制徑向距 離x，Z軸控制軸向距離z。
[0017] 圖3中的數(shù)控機(jī)床具有四軸聯(lián)動的B軸、C軸、X軸及Z軸，將滾刀31安裝在C軸 上，滾刀軸線與Z軸重合，并且滾刀的喉部中間平面經(jīng)過X軸；砂輪16固連在轉(zhuǎn)臺32上，轉(zhuǎn) 臺32的軸線與B軸同軸固連；B軸控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角仰，C軸控制滾刀轉(zhuǎn)角約，X軸控制徑向距 離x，Z軸控制軸向距離z。
[0018] 為滾刀31的中心，Od為轉(zhuǎn)臺32的中心，轉(zhuǎn)臺32的中心Od相對于滾刀31的中 心Oi沿滾刀徑向距離為x，轉(zhuǎn)臺32的中心0d相對于滾刀31的中心0i沿滾刀軸向距離為z; 固連在轉(zhuǎn)臺32上的砂輪15的左產(chǎn)形面17磨削滾刀右側(cè)后角面7上P點(diǎn)時(shí)，通過控制與滾 刀31的軸線同軸固連的機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺32的軸線同軸固連的B軸來改變滾刀轉(zhuǎn)角奶和 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角仰，使左產(chǎn)形面17的法矢量與單位法矢量nP2-致；通過控制轉(zhuǎn)臺32所在的機(jī)床 X軸和Z軸改變徑向距離x和軸向距離z，使左產(chǎn)形面17和P點(diǎn)接觸，并使砂輪15的外圓 與滾刀31的齒根環(huán)面相切；固連在轉(zhuǎn)臺32上的砂輪16的右產(chǎn)形面18磨削滾刀左側(cè)后角 面8上Q點(diǎn)時(shí)，通過控制與滾刀31的軸線同軸固連的機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺32的軸線同軸固 連的B軸來改變滾刀轉(zhuǎn)角約和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角柯，使右產(chǎn)形面18的法矢量與單位法矢量nQ2-致； 通過控制轉(zhuǎn)臺32所在的機(jī)床X軸和Z軸改變徑向距離x和軸向距離z，使右產(chǎn)形面18和Q 點(diǎn)接觸，并使砂輪16外圓與滾刀31的齒根環(huán)面相切；分別對右側(cè)后角面起始線11上各點(diǎn) 和左側(cè)后角面起始線12上各點(diǎn)，采用上述方法得到列，仰，x，z-系列對應(yīng)值，編制C、B、X 和Z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控程序，分別磨削出右側(cè)后角面7和左側(cè)后角面8 ;對滾刀31的各個(gè) 刀齒按上述方法進(jìn)行數(shù)控磨削，完成滾刀31的保證刀刃帶寬度一致性和側(cè)后角面角度的 滾刀側(cè)后角面數(shù)控磨削加工。
[0019] 采用數(shù)控加工仿真軟件依據(jù)前述方法編制數(shù)控加工程序進(jìn)行加工仿真，結(jié)果如圖 4示，保證了刀刃帶寬度一致性和側(cè)后角面角度。
【權(quán)利要求】
1.平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪滾刀側(cè)后角面的數(shù)控磨削加工方法，平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸輪 滾刀的每個(gè)刀齒由齒頂環(huán)面（1)、齒根環(huán)面（2)、前刀面（3)、后刀面（4)、右側(cè)螺旋面（5)、 左側(cè)螺旋面（6)、右側(cè)后角面（7)、左側(cè)后角面（8)構(gòu)成，前刀面（3)與右側(cè)螺旋面（5)和左 側(cè)螺旋面（6)的交線分別為右側(cè)刃口（9)和左側(cè)刃口（10);按照給定的刀刃帶寬度，分別 在右側(cè)螺旋面（5)和左側(cè)螺旋面（6)上得到右側(cè)后角面起始線（11)和左側(cè)后角面起始線 (12)，右側(cè)螺旋面（5)在右側(cè)刃口（9)和右側(cè)后角面起始線（11)之間的部分為右側(cè)刀刃帶 面（13)，左側(cè)螺旋面（6)在左側(cè)刃口（10)和左側(cè)后角面起始線（12)之間的部分為左側(cè)刀 刃帶面（14);其特征在于，包括：P點(diǎn)為右側(cè)后角面起始線（11)上任意一點(diǎn)，nP1為右側(cè)刀刃 帶面（13)在P點(diǎn)的單位法矢量，Q點(diǎn)為左側(cè)后角面起始線（12)上任意一點(diǎn)，nQ1為左側(cè)刀刃 帶面（14)在Q點(diǎn)的單位法矢量，tP為右側(cè)后角面起始線（11)在P點(diǎn)的切矢量，tQ為左側(cè) 后角面起始線（12)在Q點(diǎn)的切矢量，將單位法矢量1^繞切矢量tP按右手定則正向旋轉(zhuǎn)后 角面角度λ，將單位法矢量nQ1繞切矢量％按右手定則負(fù)向旋轉(zhuǎn)后角面角度λ，分別得到 右側(cè)后角面（7)在P點(diǎn)的單位法矢量ηΡ2和左側(cè)后角面（8)在Q點(diǎn)的單位法矢量n 滾刀（31)的中心，Od為轉(zhuǎn)臺（32)的中心，轉(zhuǎn)臺（32)的中心Od相對于滾刀（31)的中心〇ι 沿滾刀徑向距離為X，轉(zhuǎn)臺（32)的中心Od相對于滾刀（31)的中心O1沿滾刀軸向距離為ζ; 固連在轉(zhuǎn)臺（32)上的砂輪（15)的左產(chǎn)形面（17)磨削滾刀右側(cè)后角面（7)上P點(diǎn)時(shí)，通過 控制與滾刀（31)的軸線同軸固連的機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺（32)的軸線同軸固連的B軸來改變 滾刀轉(zhuǎn)角奶和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角W，使左產(chǎn)形面（17)的法矢量與單位法矢量ηΡ2-致；通過控制轉(zhuǎn)臺 (32)所在的機(jī)床X軸和Z軸改變徑向距離X和軸向距離ζ，使左產(chǎn)形面（17)和P點(diǎn)接觸， 并使砂輪（15)的外圓與滾刀（31)的齒根環(huán)面相切；固連在轉(zhuǎn)臺（32)上的砂輪（16)的右 產(chǎn)形面（18)磨削滾刀左側(cè)后角面⑶上Q點(diǎn)時(shí)，通過控制與滾刀（31)的軸線同軸固連的 機(jī)床C軸和與轉(zhuǎn)臺（32)的軸線同軸固連的B軸來改變滾刀轉(zhuǎn)角約和轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角抑，使右產(chǎn)形 面（18)的法矢量與單位法矢量nQ2-致；通過控制轉(zhuǎn)臺（32)所在的機(jī)床X軸和Z軸改變徑 向距離X和軸向距離z，使右產(chǎn)形面（18)和Q點(diǎn)接觸，并使砂輪（16)外圓與滾刀（31)的 齒根環(huán)面相切；分別對右側(cè)后角面起始線（11)上各點(diǎn)和左側(cè)后角面起始線（12)上各點(diǎn)，采 用上述方法得到奶，內(nèi)，X，ζ-系列對應(yīng)值，編制C、B、X和Z軸的四軸聯(lián)動數(shù)控程序，分別 磨削出右側(cè)后角面（7)和左側(cè)后角面（8);對滾刀（31)的各個(gè)刀齒按上述方法進(jìn)行數(shù)控磨 肖IJ，完成滾刀（31)的保證刀刃帶寬度一致性和后角面角度的滾刀側(cè)后角面數(shù)控磨削加工。
【文檔編號】B24B3/12GK104440419SQ201410613061
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】李海濤, 柳冠伊, 魏文軍, 劉平義, 張紹英, 董學(xué)朱 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)