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径向剃齿刀齿面修形的影响分析及仿真

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ＺＨ ＡＮ Ｇ Ｙｕ ｔ ｉ ｎ ｇ， Ｗ ＡＮ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｈ ｕ ａ， ＬＡＯ Ｑｉ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ２ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｇｅ ａ ｒ ｍｅ ｓ ｈｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｙ． Ｔｈ ｅ ｐｌ ｕ ｎｇｅ ｓ ｈａ ｖｉ ｎｇ ｃ ｕｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏｔ ｈ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｉ ｎｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｅ ｈ ｅ ｌ ｉ ｘ ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ
第 ３ ７卷 第 ４期
２ ０ １ ７年 ４月
西
安工业大学学报
Ｖｏ １ ． ３ ７ Ｎｏ ． ４
Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ７
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ６ １ ８ ５ ／ ｊ ． ｊ ｘ ａ ｔ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ ０ ４
量 最小 ｌ ２ ． ４“ ｍ． 关键 词 ： 径 向剃 齿 刀 ； 齿 面修 形 ； 轴交角； 渐 开 螺 旋 面
中 图号 ： Ｔ Ｇ７ ２ １
文献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ： １ ６ ７ ３ － ９ ９ ６ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ４ — ０ ２ ８ １ — ０ ７
ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｏ ｏ ｔ ｈ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｌ ｕ ｎ ｇ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ：Ｔｏ ｏ ｔ ｈ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ
原理， 建立 径 向剃齿 刀与被 加 工齿轮 之 间的数 学模 型 ， 通 过对 比径 向剃 齿 刀齿 面与标 准渐 开螺
旋面， 对径 向剃 齿刀 齿 面进 行修 形 ． 仿 真结 果表 明 ： 径 向剃 齿 刀齿 面呈 中凹且 对 角翘 曲 ， 径 向剃 齿 刀齿 形 、 齿 向曲线 均 中凹且在 中部 中 凹量 小 于 两端的 中 凹量 ， 刀具齿 面修 形量 的大 小随轴 交
ｐ ｌ ｕ ｎ ｇ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｇ ｅ ａ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｐ ｌ ｕ ｎ ｇ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｃ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ， ｈ ｉ ｇ ｈ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｇ ｏ ｏ ｄ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｔｏ ｏ ｔ ｈ Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ Ｍ ｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｐｌ ｕ ｎｇ ｅ Ｓ ｈａ ｖ ｉ ｎｇ Ｃｕ ｔ ｔ ｅ ｒ
径 向剃 齿 刀齿 面修 形 的影 响分 析 及 仿 真
张 玉婷 ，王 建 华 ， 劳奇 成
（ 西 安 工 业 大 学 机 电工 程 学 院 ， 西安 ７ １ ０ ０ ２ １ ）
摘 要 ： 为 实现 径 向 剃 齿 刀 与 现 代 数 控 制 造 系统 对 接 的 目的 ． 文 中利 用 微 分 几 何 与 齿 轮 啮 合
角的增 大 而增 大 ， 轴 交 角为 ８ 。 时修 形量 最 小 ２ ｍ， 轴 交 角为 １ ５ 。 时修 形量 最 大 ｌ ４ ． ５ ｍ， 且刀 具 齿 面对 角位置修 形量 大小 一致 ； 加 工修 形 齿轮 时径 向剃 齿 刀齿 向修 形 量最 大为 ２ ０ ｍ， 修 形
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径向剃齿刀设计研究(1)

径向剃齿刀设计研究(1)


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（ " ） 轴交角 !! 剃齿刀和工件的轴交角 ! 是直接影 响剃齿刀切削性能及工件齿形精度的主要因素之一，特 别是对加工表面的质量（ 如齿面粗糙度）有极大的影 响。由于剃齿刀和工件在切削过程中形成螺旋齿轮啮 合，理论上是点接触，实际上由于制造误差和弹性变形 等原因造成面接触，因此在径向剃齿中，由于机床没有 轴向进给机构，剃齿刀及工件的轴交角变得更为重要， 它直接影响到切削进给量、工件的切削痕迹及齿面粗糙 度。因此，在径向剃齿中必须保证轴交角 ! 在适当的范 围内。其关系可分析如下：增大轴交角 ! 可增加齿面相 对滑动速度，增大切削力，接触区宽度减小，易发生振 动，降低加工表面质量。减小轴交角 ! 可增大接触区宽 度，剃齿刀的切削性能下降，切削力增大，提高加工表 面质量及工件的加工精度。综上所述，一般选取轴交角 范围为 #$% & "$% ，常用 #’% 。对于带有台肩齿轮的剃齿， 为防止产生干涉可减小轴交角，一般选用 ’% 。若轴向进 给量越小，轴交角也越大。则齿面粗糙度越小，加工表 面质量也越好。但此时切削效率低，在剃齿时，必须合 理地选择上述参数。 （ ( ） 切削槽排列方式! 由于径向剃齿时，剃齿刀和 齿轮的轴向位置固定不动。剃齿对滚时切削刃在齿轮齿 面上的相对运动轨迹固定不变，由于剃齿刀切削刃不是 连续的，若像普通剃齿刀那样各齿的切削刃都在同一个 端内时，齿轮齿面会像瓦楞一样，因此各齿切削刃的轴 向位置必须错开。一般称为错槽，各齿之间切削刃成螺 旋排列。 径向剃齿刀切削槽排列是根据轴交角、齿轮齿数和 剃齿刀齿数等专门设计的。剃齿过程中应使余量一片接 一片无间隙地切去，并使剃齿刀齿面对工件齿面的相对 滑动方向与切削刃对工件齿面的接触过程相一致，它相 当于顺剃。剃齿时切削厚度是变化的，逆剃时切削厚度 由零到最大。由于切削刃不是绝对锋锐，有一半径为 + ) 的圆弧，当切削厚度小于圆弧半径 + ) 时，切削刃不切 削，故逆剃开始时只是打滑，挤压到一定厚度才切削， 从而使刀具磨损大，齿面冷硬大，表面粗糙度值高。顺 剃时切削厚度由最大到零，无打滑现象，刀具磨损小， 齿面冷硬小，表面粗糙度值也小。为了方便叙述，取工 件齿数 ,# * ’ ，刀具齿数 ," * #+ ，剃齿刀齿数 分 两 组。 槽距 ’，切削槽错位量 #，且 $, ’ ," ・# * ’。
浅谈剃齿刀修形的新方法

浅谈剃齿刀修形的新方法

浅谈剃齿刀修形的新方法摘要: 剃齿是齿轮齿形精加工的高效传统工艺, 分析剃齿的原理及剃齿过程存在的问题, 提出一种用齿轮式金刚石修磨轮修形剃齿刀的新方法, 并说明制作金刚石修磨轮的方法,通过试验证明可行。

关键词: 剃齿; 修形; 齿轮式金刚石修磨轮1 剃齿的基本原理剃齿是利用一对交错斜轴齿轮啮合时齿面产生相对滑移原理, 使用剃齿刀从被加工齿轮的齿面上剃去一层很薄金属的精加工方法。

剃齿时, 应先将被加工齿轮装在心轴上, 再连心轴一起安装到机床工作台的两顶尖间, 使其可自由转动, 齿侧面作相对滑移。

因剃齿刀的齿侧面上有许多小槽, 槽与齿面的交棱就是切削刃, 所以齿轮的齿侧面沿其滑移时就被切去极细的切屑。

剃齿的加工范围较广, 可加工内、外啮合的直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮、多联齿轮等; 且剃齿的生产率很高。

由于剃齿能修正齿圈径向跳动误差、齿距误差、齿形误差和齿向误差等, 故经过剃齿齿轮的工作平稳性精度和接触精度会较大提高, 同时可获得较精细表面。

2 剃齿刀的修磨新方法被剃齿轮的精度和廓形在很大程度上取决于剃齿刀的精度和廓形, 而剃齿刀的精度和刀齿廓形又是通过剃齿刀的修磨获得的, 因此, 剃齿刀的修磨及剃齿刀磨床的性能对于保证剃齿质量十分重要。

剃齿工艺的主要问题是剃齿中凹现象 , 即剃出的齿轮在中部节圆附近出现不同程度的切入量( 约为0. 01~ 0. 03mm )。

目前生产中解决的方法多采用靠模板法, 即用大平面磨齿机上利用靠模板将剃齿刀齿形修磨成中凹状, 再用磨好的剃齿刀加工出中凸齿形的工件。

此方法费时费力, 须用专门的磨齿机和技术工人, 剃齿刀修磨1次需6~ 8h。

在大型齿轮加工企业中, 已开始使用数控剃齿机, 但进口价格极为昂贵, 仅限于少数进口国外相应机床的大型企业。

为较好地解决剃齿中凹现象, 笔者提出一种剃齿刀修磨新方法在机修磨法。

修形原理: 用一个与所剃齿轮几何参数完全一致, 制造精度较高的齿轮式金刚石修整轮装在剃齿机上, 取代工序加工中的工件齿轮与剃齿刀啮合。

齿轮加工中剃齿的误差分析及处理

齿轮加工中剃齿的误差分析及处理

１．运动精 度误 差分析
剃齿 加 工 过 程 中 ，刀 具 与 工 件 间 没 有 传 动 链 ， 而 是一种 自由运 动 。剃 齿 对 校 正 被 剃 齿 轮 的各 项 误 差 能力是 不 同的 ，有 些 剃 齿 误 差 能够 校 正 ，有 些 剃 齿误 差基 本 不 能 校 正 ，或 校 正 后 又 转 换 为 以别 的 误 差形 式 出现 。剃齿 是 “自由啮合 ”，无强 制 的分 齿 运 动 ，故分 齿均 匀性 无 法 控 制 。 由 于 剃 前 齿 轮 有 径 向 误差 ，在 开始 剃 齿 时 ，剃 齿 刀 只 能 与 工 件 上 距 旋 转 中心 较远 的齿 廓 作 无 侧 隙 啮合 的剃 削 ，而 与 其 他 齿 则变 成有 齿 侧 间 隙 ，但 此 时无 剃 削作 用 。连 续 径 向 进给，其他齿逐渐与刀齿作无侧 隙啮合。结果齿圈 原有 的径 向跳 动 △Ｆ 减 少 了 ，但 齿 廓 的位 置 沿 切 向 发生 了新 的变 化 ，公 法 线 长 度 变 动 量 △Ｆ 增 加 。其 转 移 量 的大小 可按 下式计 算 ：
合评价齿轮的运动精度时，其合成值 ￣／ＡＦＺｒ＋ＡＦＺｗ要 小 于 实测 的 运 动 精 度 。所 以 ，剃 齿 后 出现 齿 轮 公 法 线 长度 变 动 量 超 差 ，并 不一 定 意 味 着 该 齿 轮运 动 精
度 不合 格 。只要 齿 轮 的齿 圈 径 向 跳 动 和 公 法 线 长 度 变 动量 这两个 误 差项 目的实 际误 差 值 之 和 不超 过 两 单 项允 许误 差 之 和 ，即 可认 为该 Ｔ 件合 格 。这 就 避 免 了 因单 项误 差超 差就 判断齿 轮报 废而 造成 的损失 。
免这 种 中凹齿 形 的 产生 。 中 凹齿
形是 剃齿 加工 过程 中存在 的主 要 图１ 齿形中凹
径向剃齿的工艺性研究应用

径向剃齿的工艺性研究应用

径向剃齿的工艺性研究应用摘要：剃齿工艺是我公司广泛采用齿轮加工手段，它是对齿轮淬硬前的的一种精加工方法。

按其加工特点剃齿可分为轴向剃齿、径向剃齿、对角剃齿、切向剃齿等。

径向剃齿具有加工效率高、工件齿部精度好、齿面粗糙度好及刀具寿命高的特点。

关键词：齿部精度；径向剃齿法；刀具修形；生产效率引言剃齿工艺是我公司广泛采用齿轮加工手段，它是对齿轮淬硬前的的一种精加工方法。

按其加工特点剃齿可分为轴向剃齿、径向剃齿、对角剃齿、切向剃齿等。

因为轴向剃齿所用的剃齿刀在设计、制造及单价等方面稍有优势，所以轴向剃齿一直是最普遍使用的齿轮精加工方式。

但其缺点也很明显：a.工作行程较长，行程次数较多，所以生产率和刀具耐用度低；b.刀具仅在齿轮和刀具交叉点上进行切削，因此剃齿刀局部磨损大，刀具磨损不一致，产品精度不稳定。

c.利用机床摇摆机构剃削鼓形齿，不能保证齿宽窄齿轮的鼓形d.对于滚齿精度较差的齿轮，修整能力不强。

随着市场对产品质量的不断提升与企业对成本控制的不断要求，齿部加工的精度与效率的提升迫在眉睫。

我们不仅需要改进现有加工技术，还需要对新工艺进行研究与应用。

基于以上问题，在设备不变的情况下，需要开发新的剃齿工艺来提高齿部精度与加工效率。

1 几种备选方案对比分析及选择：为提升齿部精度及加工效率，我们考虑研究了其它几种剃齿工艺，有3种备选方案可供参考：对角剃齿法；切向剃齿法和径向剃齿法。

经分析，综合加工成本、加工效率、被加工齿轮齿部精度、刀具磨削难度以及公司剃齿设备状况，我们决定对径向剃齿加工进行研究。

2 径向剃齿的特点：通过对径向剃齿法的研究以及现场的跟踪试验，对比公司常用的轴向剃齿，径向剃齿具有以下优势：2.1加工效率高、程序编制及调整操作简单径向剃齿是连续进行的，且工作台无往复运动，没有轴向走刀运动，只有径向进退运动，因而整个循环动作时间短，加工效率高。

轴向剃齿一般采用四次剃削行程，两次光整行程。

而径向剃齿切削采用三次行程，一次光整行程，程序编制及调整操作简单。