一种渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法与流程

本发明属于刀具技术领域，涉及一种渐花键开线拉削刀具，具体涉及一种渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法。

背景技术：

渐开线花键(如图1所示)由于其齿数多，齿端、齿根部宽厚，承载能力强、易于自动定心，安装精度高等优点，使得渐开线花键应用日趋广泛。然而渐开线花键的加工难度较高，主要是通过渐开线花键拉刀经拉削工艺制备而成。渐开线花键拉刀为一体式结构，如图2所示，其包括夹持部1、前引导部2、切削齿部3、校正齿部4、后引导部5；目前，加工渐开线花键的拉刀主要是基于成型式拉削原理，使拉刀刀齿的综合廓形与被加工渐开线花键零件的廓形相似，每一个刀齿都参与形成被加工零件的加工表面(如图4所示)。

虽然这种基于成型式拉削原理的渐开线花键拉刀的加工精度比较高，但是这种拉刀的设计加工过程却相当复杂，成本非常高，需要铲磨刀齿侧面的后角，因此拉刀齿距很长，拉刀长度增加；拉刀单齿齿升量也小。此外，虽然这种基于成型式拉削原理的渐开线花键拉刀具有较高的加工精度，但是由于单齿齿升量小，拉刀齿数增加，拉刀长度增加、拉刀把数增加，其拉削效率却相对较低。但在机械加工领域，有很多的渐开线花键零件对加工精度的要求不是很高，可采用加工精度不是很高的拉刀进行加工，采用现有技术的基于成型式拉削原理的渐开线花键拉刀进行加工，拉削加工效率低，加工成本高。鉴于此，机械加工生产实践需要提供一种加工效率高，加工精度能满足要求而又不是很高的拉刀，用于加工精度要求不是很高的渐开线花键零件。

技术实现要素：

针对现有技术的用于加工渐开线花键零件拉刀的技术现状与不足，本发明的目的在于提供一种渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，以得到一种新结构的渐开线花键拉刀，在满足其加工精度的同时，最大限度的降低加工难度、提高拉削效率、降低生产成本。

为了达到上述目的，本发明提供了一种渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，包括以下步骤：

(1)确定拉刀刀齿的单齿抬高量

依据被加工零件参数确定单齿齿升量S_z，再依据单齿齿升量S_z确定单齿抬高量c_oz；渐开线花键拉刀的单齿抬高量c_oz为单齿齿升量S_z的1/15～1/20；

(2)确定拉刀刀齿在磨削状态的渐开线空间曲线

依据以下公式确定拉刀刀齿在磨削状态的渐开线空间曲线坐标点(x，y)：

其中，c_oz为单齿抬高量，z_u为自下而上第u个齿，r_x为第u个齿的半径，

r_x由公式r_x＝r₁+(z_u-1)S_z确定，其中r₁为自下而上第一齿的半径，D_i为被加工零件小径，

γ由公式确定，其中m为拉刀模数，S_fg为拉刀分度圆弧齿厚，d_f为拉刀中径，α_f为拉刀分度圆压力角，invα_f＝α_f-tanα_f；

然后做一条过所述坐标点的曲线得到作为拉刀加工磨削状态下的渐开线空间曲线；

(3)得到拉刀刀齿

按照步骤(2)确定的拉刀在加工磨削状态下的渐开线空间曲线进行刀齿加工，得到渐开线花键拉刀刀齿。

上述近似成型的渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，是基于渐切式拉削原理，首先依据被加工的渐开线花键零件(以下简称被加工零件)参数，以及由被加工零件确定的渐开线花键拉刀部分尺寸参数，设计出渐开线花键拉刀在抬高加工磨削状态下的切削齿部的切削齿廓形构成的渐开线空间曲线，然后再依据得到的渐开线空间曲线进行加工，得到渐开线花键拉刀刀齿。渐开线花键拉刀的部分参数，例如拉刀模数、拉刀分度圆弧齿厚、拉刀分度圆压力角等可以依据被加工零件的参数，利用本领域已经披露的常规设计方法(如依据《复杂刀具设计手册》确定其他参数如拉刀材料、前角、后角、齿升量、齿距、齿槽形状、前引导、后引导及计算拉削力等等)，被加工零件参数包括渐开线花键模数、齿厚、齿距、小径、中径等等。

上述渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，在渐切式拉削刀具加工中，为了不铲磨刀齿侧面后角，需要将待加工的刀具抬高一定的尺寸，这样刀齿侧面形成一个侧隙角，让开拉刀与已加工面，满足刀齿侧面必须有一定后角的使用要求。而对于渐开线花键拉刀，经研究发现待设计渐开线花键拉刀切削齿部的单齿抬高量c_oz为单齿齿升量S_z的1/15～1/20，单齿抬升量c_oz一般为0.0015～0.004mm之间。上述单齿齿升量可以由被加工零件确定的拉刀切削齿部的齿厚、齿距以及拉刀模数等利用本领域已经披露的常规设计制作方法确定(参见《复杂刀具设计手册》)。

上述渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，当采用该设计制作方法得到的渐开线花键拉刀对被加工零件时，会造成被加工零件表面有部分残余面积，此面积会使拉削后的被加工零件齿厚变小；为此，需要在根据被加工零件中径计算得到的拉刀中径基础上进行适当补偿，补偿后的拉刀中径d_f＝d_f’+c_oz，其中d_f’为根据被加工零件中径D_f计算得到的拉刀中径，可以根据本领域已经披露的常规计算方法得到(参见《复杂刀具设计手册》)。

上述渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，为了进一步降低后续加工难度，简化加工过程，依据所得到的渐开线空间曲线做一条与之近似的圆弧，并用圆弧替代所述渐开线空间曲线，按照确定的圆弧进行刀齿加工，得到渐开线花键拉刀刀齿。为了保证这种方式得到的渐开线花键拉刀刀齿的加工精度，需要测量所得到的曲线与圆弧之间的最大距离，所得最大距离应不大于被加工零件刀齿公差的1/8；通过多次计算也无法达到此要求的渐开线花键拉刀，鉴于其模数比较大、加工精度要求比较高，因此不推荐使用圆弧代替现有渐开线花键拉刀的渐开线空间曲线的近似方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)由于本发明设计制作方法基于渐切式拉削原理，在确定渐开线花键拉刀在加工磨削状态的渐开线空间曲线基础上进行加工，可以减免成型式拉削刀具后续加工的铲磨刀齿侧面后角的工序，简化了拉刀加工过程，并降低加工难度，从而大大降低了生产制造成本。

(2)由于本发明设计制作方法利用圆弧代替渐开线空间曲线，可以进一步降低拉刀加工难度，简化拉刀加工过程。

(3)由于本发明设计制作方法得到的渐开线花键拉刀齿距短、齿升量大，从而可以在基本保证被加工零件精度的基础上，很大程度上提高被加工零件的切削效率。

(4)由于本发明设计制作方法适当加大了渐开线花键拉刀的中径，这样可以补偿部分计算误差，减小零件残余面积，进一步保证被加工零件的加工精度。

附图说明

图1为渐开线花键部分结构示意图。

图2为渐开线花键拉刀结构示意图。

图3为渐开线花键拉刀切削齿部分截面示意图。

图4为渐开线花键拉刀成型式拉削原理示意图。

图5为渐开线花键拉刀渐切式拉削原理示意图。

图6为本发明渐开线花键拉刀刀齿设计原理示意图。

图7为本发明渐开线花键拉刀刀齿单齿抬高量与零件残余面积关系示意图。

其中，1-夹持部，2-前引导部，3-切削齿部，4-校正齿部，5-后引导部，6-渐开线花键齿形。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于使本领域的技术人员更好的理解本发明的内容，而非对本发明内容的限制。

本实施例提供了一种渐开线花键拉刀刀齿设计制作方法，所述渐开线花键拉刀，如图2所示，沿其轴线方向包括夹持部1、前引导部2、切削齿部3、校正齿部4和后引导部5，构成切削齿部的切削齿沿轴线方向呈锥形均匀分布，构成校正齿部的校正齿分布在切削齿部的后面，校正齿与最后一个切削齿具有相同的尺寸和形状，不带有锥度。因此只要切削齿的刀齿确定了，校正齿的结构也就确定了。切削齿刀齿基于如图5所示的渐切式拉削原理，依据以下步骤设计得到：

(1)确定拉刀刀齿的单齿抬高量

依据被加工零件参数确定单齿齿升量S_z，再依据单齿齿升量S_z确定单齿抬高量C_OZ；

本实施例中依据被加工零件的模数、齿数、分度圆压力角、分度圆弧度齿厚以及小径、中径和大径等，采用本领域披露的常规方法(如按照《复杂刀具设计手册》确定该渐开线花键拉刀的拉刀模数、拉刀齿厚、拉刀齿数、拉刀齿距、拉刀分度圆弧齿厚、拉刀分度圆压力角等)，然后依据拉刀切削齿部的厚度、拉刀齿距、拉刀模数等确定单齿齿升量S_z，再根据该渐开线花键拉刀单齿齿升量S_z，确定其单齿抬高量c_oz，单齿抬高量c_oz为单齿齿升量S_z的1/15～1/20，单齿抬升量c_oz一般为0.0015～0.004mm之间。

(2)确定拉刀刀齿在磨削状态的渐开线空间曲线

依据以下公式确定拉刀刀齿在磨削状态的渐开线空间曲线坐标点(x，y)：

其中，c_oz为单齿抬高量，z_u为自下而上第u个齿，r_x为第u个齿的半径，

r_x由公式r_x＝r₁+(z_u-1)S_z确定，其中r₁为自下而上第一齿的半径，D_i为被加工零件小径，

γ由公式确定，其中m为拉刀模数，S_fg为拉刀分度圆弧齿厚，d_f为拉刀中径，α_f为拉刀分度圆压力角，invα_f＝α_f-tanα_f。

如图6所示，以得到的渐开线花键齿形6初步结构为设计原型，相邻两齿槽中心点为坐标原点，在得到的渐开线花键齿形6上均匀取多个点(一般3～5个齿升有一个点，那么一把拉刀需要计算超过个点，Z_u为拉刀总的齿数)，为方便图示，在这里按照5个点做示意图(a,b,c,d,e)，其相应的坐标为(r_x*sinγ,r_x*cosγ)，将这五个点分别沿y轴方向抬高(z_u-1)个单齿抬高量，其中z_u为自下而上第u个齿，得到新的五个点(a’,b’,c’,d’,e’)，其相应的坐标为(r_x*sinγ,r_x*cosγ+c_oz*(z_u-1))，做一条过坐标点(a’,b’,c’,d’,e’)的曲线，即得到作为渐开线花键拉刀在磨削状态的渐开线空间曲线。

如图7所示，由于采用渐开线花键拉刀对被加工零件进行切削加工时，会是被加工零件表面有部分残余面积，这样会使切削后的零件齿厚变小，本实施例对渐开线花键拉刀中径进行适当补偿，其补偿后的渐开线花键拉刀中径d_f＝d_f’+c_oz，d_f’为根据被加工零件中径D_f根据本领域已经披露的常规方法计算得到的拉刀中径。

为了进一步简化后续加工工序降低加工难度，依据得到的渐开线空间曲线做一条与之近似的圆弧，并用圆弧替代所述渐开线空间曲线。为了保证这种方式得到的渐开线花键拉刀刀齿的加工精度，需要测量得到的曲线与圆弧之间的最大距离，所得最大距离应不大于被加工零件刀齿公差的1/8；通过多次计算也无法达到此要求的渐开线花键拉刀，鉴于其模数比较大、加工精度要求比较高，因此不推荐使用圆弧代替现有渐开线花键拉刀的渐开线空间曲线的近似方法。

(3)得到拉刀刀齿

按照步骤(2)确定的拉刀在加工磨削状态下的渐开线空间曲线或者圆弧进行刀齿加工得到渐开线花键拉刀刀齿，完成渐开线花键拉刀刀齿的设计制作。

前面已经指出，渐开线花键拉刀刀齿是在将拉刀原料抬高c_oz值下，平行磨通两个侧面至接近渐开线空间曲线或者圆弧，这样加工出的刀齿侧面形成一个侧隙角β(见图7所示)，让开拉刀与已加工面，满足刀齿侧面必须有一定后角的使用要求；而在使用渐开线花键拉刀加工零件时，需要将渐开线花键拉刀放平，使渐开线花键拉刀轴线与被加工零件轴线重合，以保证零件的加工精度。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。