一種漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法與流程

2023-12-02 04:20:11

本發明屬於刀具技術領域，涉及一種漸花鍵開線拉削刀具，具體涉及一種漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法。

背景技術：

漸開線花鍵(如圖1所示)由於其齒數多，齒端、齒根部寬厚，承載能力強、易於自動定心，安裝精度高等優點，使得漸開線花鍵應用日趨廣泛。然而漸開線花鍵的加工難度較高，主要是通過漸開線花鍵拉刀經拉削工藝製備而成。漸開線花鍵拉刀為一體式結構，如圖2所示，其包括夾持部1、前引導部2、切削齒部3、校正齒部4、後引導部5；目前，加工漸開線花鍵的拉刀主要是基於成型式拉削原理，使拉刀刀齒的綜合廓形與被加工漸開線花鍵零件的廓形相似，每一個刀齒都參與形成被加工零件的加工表面(如圖4所示)。

雖然這種基於成型式拉削原理的漸開線花鍵拉刀的加工精度比較高，但是這種拉刀的設計加工過程卻相當複雜，成本非常高，需要鏟磨刀齒側面的后角，因此拉刀齒距很長，拉刀長度增加；拉刀單齒齒升量也小。此外，雖然這種基於成型式拉削原理的漸開線花鍵拉刀具有較高的加工精度，但是由於單齒齒升量小，拉刀齒數增加，拉刀長度增加、拉刀把數增加，其拉削效率卻相對較低。但在機械加工領域，有很多的漸開線花鍵零件對加工精度的要求不是很高，可採用加工精度不是很高的拉刀進行加工，採用現有技術的基於成型式拉削原理的漸開線花鍵拉刀進行加工，拉削加工效率低，加工成本高。鑑於此，機械加工生產實踐需要提供一種加工效率高，加工精度能滿足要求而又不是很高的拉刀，用於加工精度要求不是很高的漸開線花鍵零件。

技術實現要素：

針對現有技術的用於加工漸開線花鍵零件拉刀的技術現狀與不足，本發明的目的在於提供一種漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，以得到一種新結構的漸開線花鍵拉刀，在滿足其加工精度的同時，最大限度的降低加工難度、提高拉削效率、降低生產成本。

為了達到上述目的，本發明提供了一種漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，包括以下步驟：

(1)確定拉刀刀齒的單齒抬高量

依據被加工零件參數確定單齒齒升量Sz，再依據單齒齒升量Sz確定單齒抬高量coz；漸開線花鍵拉刀的單齒抬高量coz為單齒齒升量Sz的1/15～1/20；

(2)確定拉刀刀齒在磨削狀態的漸開線空間曲線

依據以下公式確定拉刀刀齒在磨削狀態的漸開線空間曲線坐標點(x，y)：

其中，coz為單齒抬高量，zu為自下而上第u個齒，rx為第u個齒的半徑，

rx由公式rx＝r1+(zu-1)Sz確定，其中r1為自下而上第一齒的半徑，Di為被加工零件小徑，

γ由公式確定，其中m為拉刀模數，Sfg為拉刀分度圓弧齒厚，df為拉刀中徑，αf為拉刀分度圓壓力角，invαf＝αf-tanαf；

然後做一條過所述坐標點的曲線得到作為拉刀加工磨削狀態下的漸開線空間曲線；

(3)得到拉刀刀齒

按照步驟(2)確定的拉刀在加工磨削狀態下的漸開線空間曲線進行刀齒加工，得到漸開線花鍵拉刀刀齒。

上述近似成型的漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，是基於漸切式拉削原理，首先依據被加工的漸開線花鍵零件(以下簡稱被加工零件)參數，以及由被加工零件確定的漸開線花鍵拉刀部分尺寸參數，設計出漸開線花鍵拉刀在抬高加工磨削狀態下的切削齒部的切削齒廓形構成的漸開線空間曲線，然後再依據得到的漸開線空間曲線進行加工，得到漸開線花鍵拉刀刀齒。漸開線花鍵拉刀的部分參數，例如拉刀模數、拉刀分度圓弧齒厚、拉刀分度圓壓力角等可以依據被加工零件的參數，利用本領域已經披露的常規設計方法(如依據《複雜刀具設計手冊》確定其他參數如拉刀材料、前角、后角、齒升量、齒距、齒槽形狀、前引導、後引導及計算拉削力等等)，被加工零件參數包括漸開線花鍵模數、齒厚、齒距、小徑、中徑等等。

上述漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，在漸切式拉削刀具加工中，為了不鏟磨刀齒側面后角，需要將待加工的刀具抬高一定的尺寸，這樣刀齒側面形成一個側隙角，讓開拉刀與已加工面，滿足刀齒側面必須有一定后角的使用要求。而對於漸開線花鍵拉刀，經研究發現待設計漸開線花鍵拉刀切削齒部的單齒抬高量coz為單齒齒升量Sz的1/15～1/20，單齒抬升量coz一般為0.0015～0.004mm之間。上述單齒齒升量可以由被加工零件確定的拉刀切削齒部的齒厚、齒距以及拉刀模數等利用本領域已經披露的常規設計製作方法確定(參見《複雜刀具設計手冊》)。

上述漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，當採用該設計製作方法得到的漸開線花鍵拉刀對被加工零件時，會造成被加工零件表面有部分殘餘面積，此面積會使拉削後的被加工零件齒厚變小；為此，需要在根據被加工零件中徑計算得到的拉刀中徑基礎上進行適當補償，補償後的拉刀中徑df＝df』+coz，其中df』為根據被加工零件中徑Df計算得到的拉刀中徑，可以根據本領域已經披露的常規計算方法得到(參見《複雜刀具設計手冊》)。

上述漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，為了進一步降低後續加工難度，簡化加工過程，依據所得到的漸開線空間曲線做一條與之近似的圓弧，並用圓弧替代所述漸開線空間曲線，按照確定的圓弧進行刀齒加工，得到漸開線花鍵拉刀刀齒。為了保證這種方式得到的漸開線花鍵拉刀刀齒的加工精度，需要測量所得到的曲線與圓弧之間的最大距離，所得最大距離應不大於被加工零件刀齒公差的1/8；通過多次計算也無法達到此要求的漸開線花鍵拉刀，鑑於其模數比較大、加工精度要求比較高，因此不推薦使用圓弧代替現有漸開線花鍵拉刀的漸開線空間曲線的近似方法。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)由於本發明設計製作方法基於漸切式拉削原理，在確定漸開線花鍵拉刀在加工磨削狀態的漸開線空間曲線基礎上進行加工，可以減免成型式拉削刀具後續加工的鏟磨刀齒側面后角的工序，簡化了拉刀加工過程，並降低加工難度，從而大大降低了生產製造成本。

(2)由於本發明設計製作方法利用圓弧代替漸開線空間曲線，可以進一步降低拉刀加工難度，簡化拉刀加工過程。

(3)由於本發明設計製作方法得到的漸開線花鍵拉刀齒距短、齒升量大，從而可以在基本保證被加工零件精度的基礎上，很大程度上提高被加工零件的切削效率。

(4)由於本發明設計製作方法適當加大了漸開線花鍵拉刀的中徑，這樣可以補償部分計算誤差，減小零件殘餘面積，進一步保證被加工零件的加工精度。

附圖說明

圖1為漸開線花鍵部分結構示意圖。

圖2為漸開線花鍵拉刀結構示意圖。

圖3為漸開線花鍵拉刀切削齒部分截面示意圖。

圖4為漸開線花鍵拉刀成型式拉削原理示意圖。

圖5為漸開線花鍵拉刀漸切式拉削原理示意圖。

圖6為本發明漸開線花鍵拉刀刀齒設計原理示意圖。

圖7為本發明漸開線花鍵拉刀刀齒單齒抬高量與零件殘餘面積關係示意圖。

其中，1-夾持部，2-前引導部，3-切削齒部，4-校正齒部，5-後引導部，6-漸開線花鍵齒形。

具體實施方式

下面通過附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，其目的在於使本領域的技術人員更好的理解本發明的內容，而非對本發明內容的限制。

本實施例提供了一種漸開線花鍵拉刀刀齒設計製作方法，所述漸開線花鍵拉刀，如圖2所示，沿其軸線方向包括夾持部1、前引導部2、切削齒部3、校正齒部4和後引導部5，構成切削齒部的切削齒沿軸線方向呈錐形均勻分布，構成校正齒部的校正齒分布在切削齒部的後面，校正齒與最後一個切削齒具有相同的尺寸和形狀，不帶有錐度。因此只要切削齒的刀齒確定了，校正齒的結構也就確定了。切削齒刀齒基於如圖5所示的漸切式拉削原理，依據以下步驟設計得到：

(1)確定拉刀刀齒的單齒抬高量

依據被加工零件參數確定單齒齒升量Sz，再依據單齒齒升量Sz確定單齒抬高量COZ；

本實施例中依據被加工零件的模數、齒數、分度圓壓力角、分度圓弧度齒厚以及小徑、中徑和大徑等，採用本領域披露的常規方法(如按照《複雜刀具設計手冊》確定該漸開線花鍵拉刀的拉刀模數、拉刀齒厚、拉刀齒數、拉刀齒距、拉刀分度圓弧齒厚、拉刀分度圓壓力角等)，然後依據拉刀切削齒部的厚度、拉刀齒距、拉刀模數等確定單齒齒升量Sz，再根據該漸開線花鍵拉刀單齒齒升量Sz，確定其單齒抬高量coz，單齒抬高量coz為單齒齒升量Sz的1/15～1/20，單齒抬升量coz一般為0.0015～0.004mm之間。

(2)確定拉刀刀齒在磨削狀態的漸開線空間曲線

依據以下公式確定拉刀刀齒在磨削狀態的漸開線空間曲線坐標點(x，y)：

其中，coz為單齒抬高量，zu為自下而上第u個齒，rx為第u個齒的半徑，

rx由公式rx＝r1+(zu-1)Sz確定，其中r1為自下而上第一齒的半徑，Di為被加工零件小徑，

γ由公式確定，其中m為拉刀模數，Sfg為拉刀分度圓弧齒厚，df為拉刀中徑，αf為拉刀分度圓壓力角，invαf＝αf-tanαf。

如圖6所示，以得到的漸開線花鍵齒形6初步結構為設計原型，相鄰兩齒槽中心點為坐標原點，在得到的漸開線花鍵齒形6上均勻取多個點(一般3～5個齒升有一個點，那麼一把拉刀需要計算超過個點，Zu為拉刀總的齒數)，為方便圖示，在這裡按照5個點做示意圖(a,b,c,d,e)，其相應的坐標為(rx*sinγ,rx*cosγ)，將這五個點分別沿y軸方向抬高(zu-1)個單齒抬高量，其中zu為自下而上第u個齒，得到新的五個點(a』,b』,c』,d』,e』)，其相應的坐標為(rx*sinγ,rx*cosγ+coz*(zu-1))，做一條過坐標點(a』,b』,c』,d』,e』)的曲線，即得到作為漸開線花鍵拉刀在磨削狀態的漸開線空間曲線。

如圖7所示，由於採用漸開線花鍵拉刀對被加工零件進行切削加工時，會是被加工零件表面有部分殘餘面積，這樣會使切削後的零件齒厚變小，本實施例對漸開線花鍵拉刀中徑進行適當補償，其補償後的漸開線花鍵拉刀中徑df＝df』+coz，df』為根據被加工零件中徑Df根據本領域已經披露的常規方法計算得到的拉刀中徑。

為了進一步簡化後續加工工序降低加工難度，依據得到的漸開線空間曲線做一條與之近似的圓弧，並用圓弧替代所述漸開線空間曲線。為了保證這種方式得到的漸開線花鍵拉刀刀齒的加工精度，需要測量得到的曲線與圓弧之間的最大距離，所得最大距離應不大於被加工零件刀齒公差的1/8；通過多次計算也無法達到此要求的漸開線花鍵拉刀，鑑於其模數比較大、加工精度要求比較高，因此不推薦使用圓弧代替現有漸開線花鍵拉刀的漸開線空間曲線的近似方法。

(3)得到拉刀刀齒

按照步驟(2)確定的拉刀在加工磨削狀態下的漸開線空間曲線或者圓弧進行刀齒加工得到漸開線花鍵拉刀刀齒，完成漸開線花鍵拉刀刀齒的設計製作。

前面已經指出，漸開線花鍵拉刀刀齒是在將拉刀原料抬高coz值下，平行磨通兩個側面至接近漸開線空間曲線或者圓弧，這樣加工出的刀齒側面形成一個側隙角β(見圖7所示)，讓開拉刀與已加工面，滿足刀齒側面必須有一定后角的使用要求；而在使用漸開線花鍵拉刀加工零件時，需要將漸開線花鍵拉刀放平，使漸開線花鍵拉刀軸線與被加工零件軸線重合，以保證零件的加工精度。

本領域的普通技術人員將會意識到，這裡所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護範圍並不局限於這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護範圍內。