一种蜗轮飞刀的夹紧结构的制作方法

本发明涉及一种蜗轮飞刀的夹紧结构，用于圆柱蜗杆传动蜗轮的滚切。

背景技术：

在滚切蜗轮时，因蜗轮滚刀参数必须与蜗杆的参数一致，所以蜗轮滚刀是针对性强的专用刀具，利用率低，价格高，生产周期长使用不经济，并且多头蜗轮滚刀制造较困难，在单件小批量生产中制造蜗轮滚刀很不经济，这时可用飞刀来加工蜗轮，而飞刀实质上就是一个单齿或数齿的蜗轮滚刀，它的切齿原理和蜗轮滚刀相同。飞刀的主要优缺点是制造简单，成本低，生产效率低；但是如果飞刀制作准确使用得也正确，则加工出的蜗轮精度并不低于蜗轮滚刀加工的精度，所以这也是常用飞刀来加工蜗轮的主因之一。飞刀装入刀杆后应装夹可靠，不能在切削时发生滑动和转动。刀杆径向设置有安装飞刀圆直柄的圆柱孔，该孔的中心线垂直且过刀杆中心线；如图1所示为加工中、小模数蜗轮飞刀的夹紧结构。飞刀圆直柄装在刀杆1的圆柱孔中，拧紧螺母3和4使圆套筒2沿刀杆1外圆柱面轴向移动，过圆套筒2孔的中心线且沿其轴向设置的凹圆弧槽沿飞刀圆直柄抱紧，因圆套筒2要沿刀杆1外圆柱面轴向移动，刀杆1直径变小影响强度；这种刀杆结构简单，调整方便，但夹固可靠性稍差，凹圆弧槽要求较高。加工大模数蜗轮的飞刀在刀杆上的夹紧结构有两种，如图2和3所示，拧紧螺母使带螺杆的圆拉杆在圆通孔内轴向移动，其圆柱部分设置的凹圆弧槽或斜削平面分别来锁紧飞刀圆直柄或飞刀圆直柄的削平面。这种夹紧结构夹紧力大，飞刀不易松动，但是这两种夹紧结构沿刀杆径向设置安装圆拉杆和飞刀的孔呈垂直交叉贯穿，削弱了刀杆强度和刚度，这种垂直交错孔，制造不易，并且图2所示的凹圆弧槽和孔距要求较高，适合刀杆直径较大的场合。对于蜗杆直径系数较小，模数较大的蜗轮，上述夹紧结构都难以胜任了。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在刀杆中心孔内轴向夹紧蜗轮飞刀的夹紧结构，尤其适合蜗杆直径系数较小，模数较大的蜗轮飞刀的夹紧。

本发明的技术方案是：包括刀杆，所述刀杆由带锥柄的主动端和细长的被动端组成，在被动端设有朝向主动端且与刀杆中心线同心的中心孔，在刀杆中部径向设有安装飞刀圆直柄的圆柱孔，所述圆柱孔的中心线垂直且过刀杆中心线，并与中心孔贯通，定位夹紧机构设置在中心孔内，从被动端端面依次设有施力构件和定位顶杆及飞刀，由施力构件产生轴向力，使定位顶杆的相对端端面滑动至飞刀圆直柄削平平面上形成紧密的面接触，把飞刀紧固在刀杆的圆柱孔内，并使飞刀刀头的切削部分处在与工作蜗杆相同的部位。

本发明进一步的技术方案是：所述圆柱孔的入口端设有沉孔，所述沉孔底平面与蜗轮飞刀刀头定位平面之间设有定位平垫圈，所述沉孔底平面与圆柱孔中心线垂直，以精确调整飞刀齿厚正好处在工作蜗杆的分度圆柱上和阻止受切削力后朝向刀杆中心的移动。

采用该技术方案，飞刀切削部分磨损重磨后，可通过改变定位平垫圈厚度的方法，如加薄垫片或重新更换厚的定位平垫圈，以调整飞刀在刀杆上的位置。

本发明进一步的技术方案是：所述施力构件采用带方圆柱端螺钉，拧紧螺钉时产生轴向力。

采用该技术方案，螺旋夹紧机构起到夹紧和增力及自锁作用，是一种常用简单可靠的夹紧机构，特别是它具有增力大、自锁性能好、方便等优点。

本发明进一步的技术方案是：所述施力构件采用液、气压缸或电动推杆，由液、气压或电产生轴向力，用液压缸或气压缸的活塞杆作为施力终端，或用电动推杆的推杆作为施力终端。

采用该技术方案，当活塞的受压面积S一定时，压力F与压强P成正比，即F＝PS，增加压强即可增大相应的压力，当多个活塞串联叠加可成倍增力。液压油的压强比气压高许多，因此缸径尺寸可以比气缸小很多，通常不需要用增力机构，所以可使施力构件结构更简单紧凑；液体不可压缩，因此夹紧的刚性大、工作平稳、夹紧可靠、噪音小。当采用电动推杆时，电动机通过一对齿轮减速后带动一对丝杠螺母把电机的旋转运动变为直线运动，利用电动机正反转完成推拉动作，是通过齿轮减速和螺旋机构增力和自锁的复合装置。

本发明进一步的技术方案是：所述施力构件采用弹簧组件，弹簧受力压缩后均匀弹性变形，弹性力产生轴向力，施力构件用调整垫圈或螺钉调节弹力。

采用该技术方案，由胡克定律可知，弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，即F＝kx。k是物质的弹性系数，它只由材料的性质所决定，与其他因素无关，是利用弹簧长度变化增力。

本发明进一步的技术方案是：所述施力构件与刀杆中心孔定位并连接，或所述施力构件与刀杆中心孔滑动定位并与刀杆被动端端面连接。

本发明进一步的技术方案是：所述中心孔的螺纹可选为粗牙或细牙螺纹，优选为细牙螺纹。

采用该技术方案，细牙螺纹比粗牙螺纹有更好的增力和自锁效果。

本发明进一步的技术方案是：所述中心孔入口端设有同心顶针孔为60°锥孔。

本发明进一步的技术方案是：所述施力构件的施力终端端面设置有硬化的大半径球面Sr。

本发明进一步的技术方案是：所述飞刀圆直柄削平平面与飞刀圆直柄轴心线的夹角为锐角θ或为0°，所述定位顶杆的相对端端面的倾斜角对应为θ或0°。

本发明再进一步的技术方案是：所述锐角θ的取值范围在3°～6°之间。

本发明再更进一步的技术方案是：所述锐角θ为4.5°。

因飞刀是切向进给，有时只有一个侧刃参加切削和切削角度问题，两侧刃的切削力不等，故有转动和轴向移动的趋势。从定位上分析，飞刀绕自身轴心线转动和移动，夹紧后飞刀圆直柄和定位顶杆两平面紧密贴合，在飞刀刀头定位平面和定位平垫圈及切削力共同作用下，限制了这两个方向的自由度。

由于采用斜面夹紧定位，飞刀沿轴心线方向的位置由定位平垫圈确定，通过轴向移动定位顶杆进行夹紧，这样飞刀磨损重磨后，飞刀齿厚仍然保持在工作蜗杆的分度圆柱上。飞刀的轴向定位精度对于定位顶杆移动距离不敏感，而限制飞刀绕轴心线旋转的自由度，又取决于两平面的接触精度，且调整方便。

采用该技术方案，由于定位夹紧机构设置在中心孔内，必然飞刀圆直柄的长度要超过刀杆中心，这样相对定位更可靠、稳定性很好，提高了重复定位精度和圆柱孔的使用寿命。

采用该技术方案，由于定位夹紧机构的定位顶杆端面是平面，接触面积大，是一种简单可靠，定位精度较高的夹紧定位结构，尤其是螺旋夹紧机构，提高了夹紧的可靠和自锁性。当施力构件施力时在定位平垫圈的共同作用下，两平面紧密贴合，同时实现了飞刀在刀杆上的准确定位和夹紧。

本发明进一步的技术方案是：所述定位顶杆的外圆周面设置多段带导向角的圆环形凹槽，并且所述圆环形凹槽起止设在所述定位顶杆两端及两端面硬化处理。

本发明进一步的技术方案是：所述飞刀圆直柄削平平面与飞刀前刀面的夹角δ应使飞刀卡紧在刀杆上时，根据蜗杆类型、精度等级、导程角大小和旋向决定，使前刀面正好是在工作蜗杆的法向或轴向平面上；当前刀面正好处在工作蜗杆的法向平面时，飞刀圆直柄削平平面与飞刀前刀面的夹角δ等于工作蜗杆分度圆柱导程角γ，当前刀面正好处在工作蜗杆的轴向平面时，飞刀圆直柄削平平面与飞刀前刀面的夹角δ为0°。

本发明的有益效果是：采用这种蜗轮飞刀夹紧结构的技术方案，从材料力学来说，对刀杆的强度和刚度削弱最少，结构简单紧凑、制作和使用方便、飞刀重复定位精度高和定位精确、夹紧力大可靠；并且刀杆外径可设计到最大值，最大幅度提高了刀杆的强度和刚度，减少了颤振，稳定刀具载荷，改善了切削条件，提高了生产率和飞刀耐用度及齿面质量；由于夹紧零部件设置在刀杆中心孔内不占空间，为部分整体带柄蜗轮滚刀实现飞刀加工创造条件，同时提高了安全性。

附图说明

图1为现有技术中、小模数蜗轮的飞刀刀杆的夹紧示意图

图2为现有技术大模数飞刀刀杆拉杆设有圆弧面的夹紧示意图(r为带螺杆的圆拉杆圆柱部分的凹圆弧槽的半径)

图3为现有技术大模数飞刀刀杆拉杆设有斜面的夹紧示意图(β为带螺杆的圆拉杆圆柱部分斜削平面的锐角)

图4为本发明实施例1的结构示意图(R为工作蜗杆分度圆半径、δ为飞刀圆直柄削平平面与飞刀前刀面的夹角、θ为飞刀圆直柄削平平面与飞刀圆直柄轴心线的夹角和定位顶杆端面的倾斜角、Sr为施力终端球头半径)特征：右旋、飞刀置于法向，施力构件采用带方圆柱端螺钉，施力构件与刀杆中心孔定位并连接，锐角θ的开口方向朝向飞刀的圆直柄，δ＝γ。

图5为本发明实施例2的结构示意图。特征：左旋、飞刀置于法向，施力构件采用带方圆柱端螺钉，施力构件与刀杆中心孔定位并连接，θ＝0°，δ＝γ。

图6为本发明实施例3的结构示意图。特征：左或右旋、飞刀置于轴向，施力构件采用带方圆柱端螺钉，施力构件与刀杆中心孔定位并连接，锐角θ的开口方向朝向飞刀的刀头，δ＝0°。

图7为本发明实施例4的结构示意图。特征：右旋、飞刀置于法向，施力构件采用液、气压缸或电动推杆，施力构件与刀杆中心孔滑动定位并与刀杆被动端端面连接，锐角θ的开口方向朝向飞刀的圆直柄，δ＝γ。

图8为本发明实施例5的结构示意图。特征：右旋、飞刀置于法向，施力构件采用弹簧组件，施力构件与刀杆中心孔滑动定位并与刀杆被动端端面连接，锐角θ的开口方向朝向飞刀的圆直柄，δ＝γ。

具体实施方式

实施方式1、2、3

实施方式1、2、3分别对应如图4、5、6所示的三种蜗轮飞刀的夹紧结构，包括刀杆1，所述刀杆1由带锥柄的主动端(图中未示出)和细长的被动端等组成，在被动端设有朝向主动端且与刀杆1中心线同心中心孔4，在刀杆1中部某一恰当位置径向设有安装飞刀圆直柄72的圆柱孔2，所述圆柱孔2的中心线垂直且过刀杆1中心线，并与中心孔4贯通。

进一步的技术方案是：为保证飞刀7装在刀杆圆柱孔2内不移动和能轴向调整尺寸，以调整飞刀7在刀杆1上的径向位置，因蜗杆与蜗轮啮合时有必要的径向间隙，所以飞刀的齿顶高比工作蜗杆有一定的增大量，为便于定位测量和重复定位，使飞刀7安装位置精确，刃磨后仍能继续使用，所述圆柱孔2的入口端设有沉孔21，沉孔底平面22与蜗轮飞刀刀头定位平面71之间设有定位平垫圈3，所述沉孔底平面22与圆柱孔2中心线垂直，以精确调整飞刀齿厚正好处在工作蜗杆的分度圆柱上和阻止受切削力后朝向刀杆1中心的移动。

定位夹紧机构8设置在同心中心孔4内，从被动端端面11依次设有施力构件6和定位顶杆5及飞刀7。所述施力构件6可以为手动施力或机械施力，手动施力需通过各种增力机构来工作，因人力有限且不稳定，采取机动夹紧时，原始夹紧力可以连续作用，夹紧可靠，机构可以不必自锁。

进一步的技术方案是：所述施力构件6采用带方圆柱端螺钉，拧紧螺钉时产生轴向力。此时施力终端61(即圆柱端)和施力构件6产生力的螺纹部分62是一体的。

本领域技术人员知，飞刀在中心孔4内轴向力夹紧时，当施力终端61与定位顶杆5的当量摩擦半径为零(施力终端61为球头)时，螺钉产生的轴向(夹紧)力与作用力和力臂成正比，与螺钉直径成反比，一般为作用力的几十甚至上百倍，产生较大的夹紧力，所以起到很大的增力效果。同时飞刀圆直柄斜削平平面73的夹角θ较小，对夹紧力的影响可忽略不计。

所述同心中心孔4呈两段阶梯状的孔，即靠近被动端端面11直径较大部为螺孔42，余下的是直径较小较长部为圆光孔41，所述圆光孔41设有能够相对于圆光孔41的内孔壁滑动配合的定位顶杆5。

进一步的技术方案是：所述施力构件6的带方圆柱端螺钉的螺纹部分62与刀杆中心孔4的螺孔42定位并连接。

进一步的技术方案是：所述螺孔42的螺纹可选为粗牙螺纹或细牙螺纹，为提高螺纹的自锁性和夹紧力，优选为细牙螺纹。

进一步的技术方案是：为方便加工检查或修整刀杆1，所述刀杆中心孔4 入口端设置有同心顶针孔43，所述同心顶针孔43为60°的锥孔。

进一步的技术方案是：所述带方圆柱端螺钉6的施力终端(即圆柱端)61端面设置有硬化的大半径球面Sr，使其具有自动调心能力，以兼容或抵销螺孔42和定位顶杆5的制造和安装误差，提高其安装精度和使用寿命及夹紧的可靠性；且施力终端61与定位顶杆5的当量摩擦半径为零，提高了增力比和效率。

当拧紧带方圆柱端螺钉6时，带方圆柱端螺钉的圆柱端61一起轴向移动，轴向力使定位顶杆的相对端端面51滑动至飞刀圆直柄削平平面73上形成紧密的面接触，把飞刀7紧固在刀杆的圆柱孔2内。

进一步的技术方案是：因切削力和刀杆直径的差异，材质强度和精度不同及制造的方便性，为保证有较好的夹紧效果和经济性。所述飞刀圆直柄削平平面73采用与飞刀圆直柄72轴心线的夹角为锐角θ或为0°。

同时，为使定位顶杆的相对端端面51滑动至飞刀圆直柄削平平面73上形成紧密的面接触，以确保夹紧可靠和飞刀定位准确，根据飞刀圆直柄削平平面，所述定位顶杆的相对端端面51的倾斜角对应为θ或0°，即定位顶杆的相对端端面51的倾斜角与飞刀圆直柄削平平面73的角度一致。

1、当切削力较小时，所述飞刀圆直柄削平平面73与飞刀圆直柄72轴心线的夹角为0°。(见实施例2，附图5所示)

2、当切削力较大时，所述飞刀圆直柄削平平面73与飞刀圆直柄72轴心线的夹角为锐角θ，所述锐角θ的开口方向可选为朝向飞刀的圆直柄72或刀头74(见实施例1、3，附图4、6所示)。

当所述锐角θ的开口方向朝向飞刀圆直柄72方向时，在沿刀杆1轴向夹紧力的作用下，使飞刀7产生朝向刀杆1中心的力，飞刀有朝向刀杆1中心移动的趋势，使飞刀刀头定位平面71进一步压实定位平垫圈3在圆柱孔的沉孔的底平面22上，以提高重复定位精度(见实施例1，附图4所示)。

当所述锐角θ的开口方向朝向飞刀刀头74方向时，在沿刀杆1轴向夹紧力的作用下，使飞刀产生背向刀杆1中心的力，在朝向刀杆1中心的切削力的作用下，飞刀7也不会移动和转动(见实施例3，附图6所示)。

因所述锐角θ较小，所以飞刀圆直柄削平平面73与飞刀圆直柄72轴心线的锐角θ，无论开口朝向哪个方向都不会移动和转动，能满足工况要求。

斜面结构的一重要特性是夹紧行程(即在刀杆中心孔内轴向移动)和飞刀沿其轴向相应移动的距离，所述锐角θ减小，则飞刀沿其轴向位移的敏感度增大，有利于实现飞刀磨损后重磨，但对轴向定位精度的调整不利，为此，所述锐角θ的数值不应选择过小。

更进一步的技术方案是：所述锐角θ的取值范围在3°～6°之间。

再更进一步的技术方案是：为获得一定的止动和定位效果，所述锐角θ优选为4.5°。

进一步的技术方案是：为方便细长的定位顶杆5沿中心孔的圆光孔41内灵活自由滑动和转动，为减少定位顶杆5与圆光孔41的接触面积，所述定位顶杆5或圆光孔41的圆周面可设置多段带导向角的圆环形凹槽，为有利于加工，优选为定位顶杆5的外圆周面设置多段带导向角的圆环形凹槽52，且所述圆环形凹槽52起止设在所述定位顶杆5两端，这样装、拆定位顶杆5和其有轻微弯曲或两端长期挤压变形时，也很容易通过该部位。为提高定位顶杆5的使用寿命和夹紧可靠，所述定位顶杆5两端面硬化处理。

由于飞刀前刀面75一般与飞刀圆直柄72轴心线重合，且有适应切削的前、后角等，当飞刀7卡紧在刀杆1上时，飞刀前刀面75正好处在工作蜗杆的法向或轴向平面中，即飞刀前刀面75与刀杆1的中心线的夹角为γ或重合。

进一步的技术方案是：本发明的飞刀圆直柄削平平面73与飞刀前刀面75的夹角δ与定位顶杆5的倾斜角无关，从而减少了装配误差，而现有技术与圆拉杆圆柱部分设置的斜面的倾斜角有关。所述飞刀圆直柄削平平面73与飞刀前刀面75的夹角δ应使飞刀7卡紧在刀杆1上时，根据蜗杆类型、精度等级、分度圆柱导程角大小和旋向决定，使飞刀前刀面75正好是在工作蜗杆的法向或轴向平面上。

1、如滚切蜗杆分度圆柱导程角γ较大的阿基米德或法向直廓蜗轮时，所述飞刀圆直柄削平平面73与飞刀前刀面75的夹角δ等于工作蜗杆分度圆柱导程角γ，所述前刀面75正好处在工作蜗杆的法向平面中，由于飞刀前刀面75按法向装夹，这样可使两侧刃都具有0°前角和适宜的后角，能改善切削条件和提高质量及工效。当右旋时，见实施例1、附图4所示；当左旋时，见实施例2、附图5所示。

2、如滚切蜗杆分度圆柱导程角γ较小的阿基米德和精度要求不高的法向直廓蜗轮时，所述飞刀圆直柄削平平面73与飞刀前刀面75的夹角δ等于0°，所述前刀面75正好处在工作蜗杆的轴向平面中，由于飞刀前刀面75按轴向装夹，这样两侧切削刃的切削角不同，如锐边为正前角，钝边为负前角等，所以切削条件不一致，易使被加工蜗轮的齿面产生波纹，限制了生产率的提高，机床和刀具的性能得不到充分发挥等。见实施例3、附图6所示。

本发明未涉及刀杆其它部位，按常规设置；本发明的飞刀圆直柄削平平面73与飞刀前刀面75的夹角δ和与其飞刀圆直柄72轴心线的夹角及定位顶杆5的倾斜角无关外，所述飞刀其它设置按常规。

该飞刀的夹紧工作程序如下：

1)根据飞刀在工作蜗杆分度圆柱上齿厚处到飞刀刀头定位平面71及沉孔底平面22的距离，选择适宜厚度的定位平垫圈3装入飞刀圆直柄72中，飞刀圆直柄72插入圆柱孔2中；

2)飞刀圆直柄削平平面73朝向中心孔4，在保证飞刀刀头定位平面71和定位平垫圈3及沉孔底平面22之间无缝隙的条件下，夹紧机构8适当施力；

3)当飞刀齿厚正好处在工作蜗杆的分度圆柱上时，然后牢固夹紧机构8夹紧；

4)当飞刀滚切一段时间后磨损重磨再生后，重复上述工作过程。

上述工作过程，分别确定飞刀7在工作蜗杆分度圆柱上齿厚在刀杆1径向上的正确位置和确定飞刀前刀面75的方位。

实施方式4

图7反应了本发明的另一实施方式的具体结构，本实施方式不同于实施例1之处主要是施力构件6为液、气压缸或电动推杆及与刀杆1定位、连接方式；具体是，所述同心中心孔4直径较大部为圆光孔42，以便于施力构件6滑动定位，所述被动端端面11上设置有若干个与施力构件6连接的螺孔。

进一步的技术方案是：所述施力构件6采用液、气压缸或电动推杆，由液、气压或电产生轴向力。用液压缸或气压缸的活塞杆作为施力终端61，或用电动推杆的推杆作为施力终端61。

当液、气压缸或电动推杆工作时，施力终端61轴向移动，轴向力使定位顶杆的相对端斜端面51滑动至飞刀圆直柄斜削平平面73上形成紧密的面接触，把飞刀7紧固在刀杆的圆柱孔2内。

进一步的技术方案是：所述施力构件6与刀杆中心孔4滑动定位并与刀杆被动端端面11连接。

实施方式5

图8反应了本发明的又一实施方式的具体结构，本实施方式不同于实施例4之处是施力构件6，具体是，所述施力构件6采用弹簧组件，图中刀杆中心孔4内所示的是碟形弹簧和调整垫圈。

进一步的技术方案是：所述施力机构件6采用弹簧组件，弹簧受力压缩后均匀弹性变形，弹性力产生轴向力，推动施力终端61轴向移动，施力构件6用调整垫圈或螺钉调节弹力。

当弹簧组件的弹簧受力压缩后均匀弹性变形，施力终端61轴向移动，轴向力使定位顶杆的相对端斜端面51滑动至飞刀圆直柄斜削平平面73上形成紧密的面接触，把飞刀7紧固在刀杆的圆柱孔2内。

所述调整垫圈也可设在施力构件6与刀杆被动端端面11之间(未另行图示)。为便于旋合螺钉对弹簧产生压缩力，所述螺钉设在施力机构件6中心线上与刀杆被动端端面11处(未另行图示)。

但是，本领域技术人员应当理解的是，施力构件6并不局限于图4至图8所示的具体结构形式，例如，弹簧可以是圆柱或碟形弹簧，甚至橡胶弹簧等，此外，同心中心孔4并不限于形成为圆孔腔，其还可以形成为方孔腔，如四方孔，当然，在此情况下，定位顶杆5和施力构件6的形状进行相应地变型，施力构件6的定位、连接方式进行适应性变化。

以上结合附图祥细描述了本发明的较佳实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，这些简单变形均属本发明的保护范围。如采用测量法确定飞刀7的顶刃到刀杆1外圆的距离，这时可不装入定位平垫圈3，或沉孔21也可不设置，又如施力构件采用发挥各自优点的气—液压联合施力或电液推杆等，这并不影响本发明目的实现。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。