一种剃齿加工齿形修形方法与流程

本发明属于机械设备制造领域，涉及一种修整剃齿刀的渐开线齿轮齿根修形方法。

背景技术：

在剃齿加工机床上，使用剃齿刀对工件齿轮的轮齿渐开线表面进行剃削加工，是齿轮表面精加工的一种常用方法，盘形剃齿刀形状似齿轮，见图4，可以看作是剃齿刀与工件做无侧隙的螺旋齿轮啮合，盘形剃齿刀可以认为是一个圆柱齿轮，切削时经过滚齿或插齿加工的齿轮工件装夹在心轴上，顶在机床工作台上的两顶尖之间，工件可以自由转动。从理论上讲，盘形剃齿刀与工件齿轮属于螺旋齿轮啮合，两齿轮的齿面接触为点接触，随着齿轮的旋转，接触点沿齿面做倾斜于齿端面的移动，在沿齿高方向不断移动的同时，沿齿宽方向也不断地移动。

剃齿刀是经过淬火磨削的齿轮形刀具，沿齿高方向有锯齿刀槽，剃齿加工就是利用剃齿刀与齿轮工件的啮合传动，从齿轮工件的齿面切削去微小的加工余量，进行剃削。齿轮工件与剃齿刀啮合旋转时，齿轮轴与刀具轴并不平行，而是互相交错；齿轮工件和剃齿刀之间只有齿面啮合，两者的轴之间没有机械的联系，互相之间自由旋转，这也是剃齿与其它齿轮加工方法显著区别所在。剃齿过程中，两轴互相交错地啮合着的齿轮和剃齿刀，由于一个向另一个在齿面上加压力并且两个同时旋转着，刀具和齿轮齿面在齿高方向和轴向产生相对两个向的滑移，刀具齿面上的很多齿刃槽的边缘就成了切削刃。剃齿刀的锯齿刀槽的顶部构成刀具齿面，用齿轮磨床进行齿形磨削，没有齿面后角，不像其它刀具(例如插齿刀)有齿面后角。因此，有齿面后角的刀具即使是用锯齿刃槽的刃背顶住齿轮工件的齿面，也不会过度切入，可以用0.02～0.05毫米的加工余量进行齿面精加工。剃齿刀齿侧面的切削刃槽通常是平行于刀具端面或垂直于刀具齿向，使两侧切削刃分别具有正、负前脚或零前角，剃齿刀切削工件时，它的齿侧面和工件的加工表面相切，所以剃齿时的后角等于0°，这将产生挤压现象，因此剃齿是一个在滑移运动中产生切削与挤压的加工过程。

剃后齿形的中凹是剃齿加工中主要的精度故障之一，见图5，是齿轮剃齿加工中经常遇见的问题，使得齿轮的啮合平稳性变差、啮合噪音变大，从而严重影响了齿轮使用性能，直至影响整机的性能。这一问题与剃齿方法本身有较大关系，用剃齿刀加工的齿轮，轮齿的渐开线齿形分度圆附件出现不同程度的下凹现象。当然，造成剃后齿形中凹的机理很复杂，产生的原因也是多种多样的，产生剃齿中凹现象的原因主要有以下几个方面：(1)相对滑动速度的影响，(2)重合度的影响，(3)刚度变化的影响。但其中最主要的原因，还在用在剃齿啮合过程中轮齿与刀齿的啮合接触模式的变化，使齿面方向力发生较大的变动所致。

在实际生产中，以前一般靠模板修形法来解决“齿形中凹”问题。先对剃齿后的齿轮齿形进行测量，检测出被剃后的齿轮齿形中凹曲线，根据测量曲线设计制作剃齿刀的修形模板，再按照修形模板曲线，对剃齿刀砂轮进行修形，然后用修形后的砂轮去修磨剃齿刀。目前由于修形模板数据的确定还不能用理论分析和计算的方法来解决，通常都是采用经验的试剃方法，通过测量出齿轮的齿形偏差，再根据齿形偏差的形状和大小与制定的齿形修正曲线进行修正，经过多次反复修磨，最终才确定比较合适的剃齿刀的齿形修正曲线。该方法周期较长、精度低、成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种修整剃齿刀的渐开线齿轮齿根修形方法，使用齿轮式金刚石修整轮对剃齿刀节圆部份进行修凹，以弥补剃齿加工时，齿轮零件产生的齿形中凹缺陷。

这种修整剃齿刀的渐开线齿轮齿根修形方法，包括采用盘形剃齿刀，其特征在于利用金刚石修整轮对剃齿刀进行反切削，使剃齿刀的齿面出现齿形中凹，再用该齿形中凹的剃齿刀去加工齿轮，便会消除中凹现象；修形步骤：一是定制齿轮式金刚石修整轮，修整轮的齿数根据齿轮产品具体的模数和齿数来选择；二是将齿轮式金刚石修整轮装在剃齿机工件的齿轮位置上，取代工件齿轮，使用需要修形的剃齿刀对其进行剃削加工，使剃齿刀分度圆周围齿形中凹；三是对修整好的剃齿刀进行氮化处理；上述方法所采用金刚石修整轮的形状与产品齿轮形状相同，定制金刚石修整轮的轮齿表面涂固金刚石颗粒层。

采用经过本发明方法修形的剃齿刀加工齿轮，可有效地解决齿轮剃齿加工后的齿轮零件齿形中凹现象，保证了齿轮零件的合格率，并且还提高了剃齿刀的使用效率。针对标准渐开线剃齿刀剃出的齿轮会产生“齿形中凹”这一工艺难题，本发明思路具有突破性，将这一缺陷由产品齿轮主动转移到加工用的刀具上，将表面坚硬的齿轮式修磨金刚石修整轮装在剃齿机安装齿轮工件的位置上，取代齿轮工件，利用金刚石修整轮对剃齿刀进行反切削，这是一种随机修形法，由于齿轮式修磨金刚石修整轮的硬度大于剃齿刀的硬度，所以中凹现象会反映在剃齿刀齿面上，再用齿面中凹的该剃齿刀去加工齿轮便会消除中凹现象。该修形工艺过程简单、修形效率高、不需将剃齿刀取下单独修形,修形时间短,操作容易。该方法使齿轮零件的齿形精度达到图纸精度要求，确保齿轮加工的齿形精度，获得较理想的啮合曲线，降低齿轮啮合噪音的目的，并对修磨后的剃齿刀表面进行氮化处理，这样显著提高剃齿刀的表面耐磨性，采用本方法提高了剃齿刀的使用效率，取得良好的经济效益。

附图说明

图1是齿轮式金刚石修整轮示意图；

图2是图1的齿部金刚石颗粒涂层示意图；

图3是修整后的剃齿刀齿形示意图；

图4是已有的盘形剃齿刀示意图；

图5是以往剃齿刀加工出的齿轮中凹形状示意图。

具体实施方式

本发明一种修整剃齿刀的渐开线齿轮齿根修形方法，按照齿轮零件产生的齿形中凹缺陷，其特征在于使用齿轮式金刚石修整轮对的刀齿节圆周围进行修凹，见图1、3，使用刀齿节圆中凹的剃齿刀再加工工件齿轮，消除“剃齿中凹”问题，实施步骤如下：

步骤一：设计齿轮式金刚石的修整轮1，修整轮是标准齿轮形状，轮齿的表面涂固金刚石颗粒层2，见图2，齿轮式金刚石修整轮需要在专业的生产厂家定制，修整轮1的齿数根据生产齿轮产品具体的模数和齿数来选择，一般同一种模数根据齿数范围平均分成小、中、大三段，每一段选取本段中间齿数作为金刚石修整轮1齿数，加工这一段齿数齿轮时，就使用这个金刚石修整轮修形的剃齿刀3。例如要加工模数为3的齿轮，齿数范围是10-100，选择定制齿数为25，55，75三种齿轮式金刚石修整轮即可。加工10-40齿齿轮使用25齿金刚石修整轮修形，加工41-70齿齿轮使用55齿金刚石修整轮修形，加工71-100齿齿轮使用75齿金刚石修整轮修形。

步骤二：将齿轮模数的金刚石修整轮1装在剃齿机工件的齿轮位置上，取代工件齿轮，使用需要修形的剃齿刀对其进行剃削加工，使剃齿刀分度圆周围齿形中凹，见图3，加工后对剃齿刀3的齿形进行检查，直到中凹修形达到要求为止。

步骤三：对修形后的剃齿刀3进行氮化处理，氮化深度0.08mm，这样可以显著提高剃齿刀刀齿表面的耐磨性。采用经过中凹修形的剃齿刀加工齿轮，有效地消除了齿轮剃齿加工后的齿形中凹现象，保证了齿轮零件的合格率，采用本方法因剃齿刀齿面受力减少，还提高了剃齿刀的使用效率，取得良好的经济效益。

当基体轮的精度较高时，齿形精度经修形可达5级(GB10095-88)以上，修磨轮镀层用尽后，还可以重新镀覆金刚石颗粒层2。