一种螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削加工方法与流程

本发明属于螺旋内齿圈拉刀制造领域，涉及螺旋内齿圈拉刀的粗切段切削齿磨削加工的工艺流程规划及对应的磨削走刀路径规划，具体为一种螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削加工方法。

背景技术：

螺旋内齿圈拉刀是实现螺旋内齿圈拉削加工的重要工具。拉刀的精度在很大程度上直接决定了内齿圈的加工质量。螺旋内齿圈拉刀穿过齿圈毛坯中的预制孔，相对于齿圈做螺旋运动直至完全切出齿圈。这个螺旋运动过程中，螺旋拉刀的切削齿逐渐地切削出内齿圈渐开线齿形及齿圈的齿顶倒角结构。螺旋内齿圈拉刀的粗切段刀齿对螺旋内齿圈的齿形进行粗切削，在每齿的渐开线廓形方向保留一定加工余量用于后续精切段的成型切削。螺旋内齿圈拉刀的粗切段结构如图1所示，刀具采用多头螺旋容屑槽结构，而且容屑槽的旋转方向和加工内齿圈的旋转方向相反。同时，所有的切削齿都准确的与螺旋内齿圈齿槽形成一一对应的螺旋分布。沿刀具轴线从先向后因此分布4种形状的切削齿，依次为：标准渐开线廓形切削齿，齿根修瘦的渐开线廓形切削齿，齿顶圆切削齿和齿顶倒角切削齿。其中，在齿根修瘦渐开线廓形切削齿分布范围的后部，交替的分布着齿顶圆切削齿和齿顶倒角切削齿。这种交替分布形式决定了齿顶圆切削齿(齿顶倒角切削齿)和齿根修瘦渐开线廓形切削齿分布在不同的容屑槽对应的结构上。

内齿圈螺旋拉刀一般约有100～120排粗切段切削齿(根据具体设计确定)，其中约有一半是齿根修瘦渐开线廓形切削齿、齿顶圆切削齿和齿顶倒角切削齿的组合。由此可见，螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的制造，需要磨削大量的粗切段切削齿。此外，多种切削齿形交叠在一起，造成磨削操作复杂，容易发生不同齿形的干涉破坏，而且加工周期冗长。另一方面，螺旋内齿圈拉刀的材料昂贵，毛坯制造和热处理周期长，成本高。因此，提高螺旋内齿圈拉刀的制造质量，降低废品率具有非常重要的经济效益意义。

当前，针对该种螺旋内齿圈拉刀的粗切段磨削制造方法研究很少。在实际生产中，工艺人员和操作人员都依据自身的工艺经验，并参照斜齿轮和普通拉刀的磨削方法来指定螺旋内齿圈拉刀粗切段的磨削工艺流程并规划相应的砂轮磨削路径。由于螺旋内齿圈拉刀粗切段复杂的齿形组合结构，当前加工方法对每一种齿形结构采用单独加工的策略以尽可能回避齿形的加工干涉，从而导致了磨削加工效率低下。同时，每种齿形的单独加工不但容易引入齿形间的加工误差，还导致各种切削齿加工精度的控制非常繁琐。而拉刀粗切段整体齿形精度的一致性不好，直接影响齿轮的拉削加工精度并严重缩短螺旋拉刀的使用寿命。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削加工方法，通过优化的工艺流程和砂轮走刀路径来保证其制造精度，提高加工效率高，缩短制造周期。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削加工方法，包括如下步骤，

步骤1，采用标准渐开线廓形的砂轮，对整个拉刀毛坯齿槽廓形的上半部分，通过砂轮往复走刀磨削，在径向施加进给量，完成齿顶圆切削齿齿顶半径以上部分廓形的磨削加工；所述的上半部分为齿顶倒角切削齿直径外的区域；

步骤2，依然采用步骤1中的砂轮廓型，对于螺旋内齿圈拉刀前半段的标准渐开线廓形切削齿进行往复磨削，直至达到指定精度要求；

步骤3，对步骤2结束后的砂轮廓形进行修整，改变为齿根修瘦渐开线廓形；采用此廓形的砂轮对齿根修瘦渐开线廓形切削齿沿着螺旋容屑槽的轨迹逐齿依次磨削，直至所有齿根修瘦渐开线廓形切削齿得到加工；

步骤4，将步骤3结束后的砂轮廓形修整为齿顶倒角切削齿对应的廓形，直接对螺旋内齿圈拉刀后半段的齿顶倒角切削齿通过往复磨削完成加工。

优选的，步骤1中，每次砂轮的走刀行程保持与刀具轴线等距，走刀行程长度伴随径向进刀而参照刀体锥度廓形逐渐增长。

优选的，步骤1中具体的加工范围和砂轮走刀路径模式如下，

1.1砂轮在拉刀刀体外，运动到刀具末端的对刀点位置；转1.2；

1.2砂轮沿拉刀的径向进给吃刀量；如果当前砂轮深度低于齿顶圆切削齿的最大外径，则退出齿槽到1.1中的径向位置，然后转1.4；否则转1.3；

1.3砂轮沿着当前齿槽的螺旋轨迹向往复磨削一次；砂轮运动行程长度为当前砂轮深度下所有与砂轮接触的切削齿的最小轴向位移，然后转1.2；

1.4如果所有齿槽都得到加工，则转1.5；否则，砂轮相对刀具沿螺旋容屑槽方向运动到相邻齿槽，转1.2；

1.5砂轮远离刀具，停止旋转，完成齿顶圆切削齿齿顶半径以上部分廓形的磨削。

优选的，步骤2中具体的加工范围和砂轮走刀路径模式如下，

2.1砂轮运动到最后一排标准渐开线廓形切削齿的后方，并在径向运动到与当前已加工齿槽顶距离单位吃刀量的位置，然后，转2.2；

2.2如果砂轮当前深度达到了标准渐开线廓形切削齿的设计齿槽深度，则当前齿槽加工完成，转2.5；否则，砂轮沿径向进给单位吃刀量，转2.3；

2.3砂轮从后向前沿着当前齿槽的螺旋线轨迹进行磨削；磨削行程长度等于最后一排齿到第一排齿的轴向距离和当前所有与砂轮接触的切削齿的轴向距离中小的一个；然后，转2.4；

2.4砂轮从前向后沿着当前齿槽的螺旋轨迹，返回到当前行程的起点，然后转2.2；

2.5如果所有齿槽都得到加工，则转2.6；否则，刀具沿螺旋容屑槽方向旋转，直到砂轮与相邻齿槽对齐；然后转2.1；

2.6砂轮远离刀具，停止回转，完成对齿根修瘦渐开线廓形的加工。

优选的，步骤3中具体的加工范围和砂轮走刀路径模式如下，

3.1砂轮运动到最后一排齿根修瘦渐开线廓形切削齿的后方，然后转3.2。

3.2砂轮径向运动到与当前已加工齿槽顶距离单位吃刀量的位置，然后转3.3；

3.3如果砂轮当前深度达到了齿根修瘦渐开线廓形切削齿的设计齿槽深度，则当前齿槽加工完成，转3.5；否则，砂轮沿径向进给单位吃刀量，转3.4；

3.4砂轮沿着当前齿槽的螺旋线轨迹进行往复磨削；磨削行程为当前切削齿的局部范围，保证齿槽两侧面都得到完整磨削并且砂轮与前后其他齿形切削齿无干涉，然后转3.3；

3.5如果所有齿根修瘦渐开线廓形齿都完成加工，则转3.7；否则，转3.6；

3.6如果当前螺旋容屑槽对应的所有切削齿都加工完成，则砂轮运动到下一个包含齿根修瘦渐开线廓形切削齿的螺旋容屑槽上最后一个切削齿的位置，然后转3.2；否则，砂轮相对刀具沿着当前螺旋容屑槽的旋转方向运动到相邻的齿槽位置，然后转3.2；

3.7砂轮远离刀具，停止回转，完成齿根修瘦渐开线廓形切削齿的加工。

优选的，步骤4中具体的加工范围和砂轮走刀路径模式如下，

4.1砂轮运动到最后一排齿倒角切削齿的后方位置，并且在径向上运动到距离毛坯齿倒角切削齿一个单位吃刀量的位置，然后转4.2；

4.2如果当前齿槽径向深度加工完成，砂轮抬起到4.1中径向的位置，然后转4.4；否则，砂轮径向进给一个单位吃刀量，转4.3；

4.3砂轮沿当前齿槽的螺旋线轨迹往复磨削；磨削行程为最后一排齿顶倒角切削齿至第一排齿顶倒角切削齿之间的轴向位置；然后转4.2；

4.4如果所有齿槽都完成加工，则转4.5；否则，砂轮相对于刀具，沿着螺旋容屑槽的旋转方向移动到相邻的齿槽位置，然后转4.2；

4.5砂轮远离刀具，停止回转，完成齿顶倒角切削齿的加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明根据螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的结构将其制造划分为4个阶段，依次为：整体齿槽廓形往复粗磨以实现刀具毛坯的快速去除；刀具前半段标准渐开线廓形切削齿的局部往复磨削成型；齿根修瘦渐开线切削齿的逐齿磨削和齿顶倒角切削齿的往复成型通磨。从而有利于每一加工阶段所需加工程序的组织和加工余量分配；保证了每一种切削齿的一致加工，确保了其齿形的一致性，便于进行加工质量控制。

其中，制造的4个阶段依照最优的刀具材料去除方式排列，使其能够通过对廓形的逐步修整利用一个砂轮能够完成整个刀具的制造；同时加工行程尽可能的延长有效磨削行程而缩短空闲行程，减少了不必要的时间和砂轮运动中的加减速，缩短了制造时间，提高了制造效率。将齿顶倒角切削齿磨削阶段放置在最后，保证了砂轮廓形从齿根修瘦标准渐开线到齿顶倒角齿槽廓形的快速切换，减少了砂轮修形时间。同时，在不影响螺旋内齿圈拉刀的工作原理前提下，将单齿磨削变成了高效的整体往复磨削，大大的提高了制造效率。

附图说明

图1为现有技术中螺旋拉刀粗切段的结构示意图。

图2为本发明所述磨削加工方法的制造流程和磨削路径示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

为了保证螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削制造精度，并提高制造效率和刀具切削齿的整体质量，本发明螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削加工方法，针对螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的磨削制造工艺流程和相应的砂轮磨削路径进行优化。依据螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的廓形和位置结构以及加工需求，将其切削齿的磨削划分为四个阶段，并针对每一阶段给出优化的砂轮磨削路径，能够实现螺旋拉刀粗切段切削齿的快速磨削制造，而且简洁了检测操作。

本发明将螺旋内齿圈拉刀粗切段的切削齿完整磨削加工划分为4个阶段，并针对每一阶段设计出独特的砂轮磨削走刀路径：

首先，采用标准渐开线廓形的砂轮，对整个拉刀毛坯齿槽廓形的上半部分，也就是齿顶倒角切削齿直径外的区域，即图2中(a)所示的加工齿范围内所有切削齿对应的齿槽加工区域，通过砂轮往复走刀磨削，在径向施加进给量快速完成加工。其中，每次砂轮的走刀行程与刀轴保持等距，而行程长度伴随着径向进刀参照刀体的锥度廓形逐渐的增长。

其次，保持当前砂轮的廓形，也就是采用标准渐开线廓形的砂轮，对于螺旋内齿圈拉刀前半段的标准渐开线廓形切削齿进行往复磨削，直至达到指定精度要求。

接下来，只需要对砂轮廓形进行少许廓形修整，改变为齿根修瘦渐开线廓形。然后，采用此廓形的砂轮对齿根修瘦渐开线廓形切削齿沿着螺旋容屑槽的轨迹逐齿依次磨削，直至所有齿根修瘦渐开线廓形切削齿得到加工。

最后，将砂轮快速地修整为齿顶倒角切削齿对应的廓形，直接对螺旋内齿圈拉刀后半段的齿顶倒角切削齿通过往复磨削完成加工。

在每一阶段内，当前加工切削齿的廓形精度控制可以独立检测从而实现控制。

具体的，如图2所示，本发明所述方法中螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿的4个加工阶段及每一阶段的砂轮走刀路径如下所述：

阶段1——采用标准渐开线对应的砂轮磨削廓形，对螺旋内齿圈拉刀进行齿顶圆切削齿齿顶半径以外部分廓形的磨削加工。加工范围和砂轮走刀路径模式参见图2中的(a)，具体如下：

Step.1砂轮在刀体外，运动到刀具末端的对刀点位置。然后执行Step.2。

Step.2砂轮沿刀具的径向进给吃刀量。如果当前砂轮深度低于齿顶圆切削齿的最大外径，则退出齿槽到Step.1中径向位置，然后转Step.4；否则转Step.3。

Step.3砂轮沿着当前齿槽的螺旋轨迹向往复磨削一次。砂轮运动行程长度为当前砂轮深度下所有与砂轮接触的切削齿的最小轴向位移。然后转Step.2。

Step.4如果所有齿槽都得到加工，则转Step.5；否则，砂轮相对刀具沿螺旋容屑槽方向运动到相邻齿槽，转Step.2。

Step.5砂轮远离刀具，停止旋转。本阶段加工完成。

阶段2——采用标准渐开线对应的砂轮磨削廓形，对于螺旋内齿圈拉刀粗切段切削齿前半部分所有的标准渐开线廓形切削齿进行往复磨削。具体的加工范围和砂轮走刀路径模式见图2中的(b)：

Step.1砂轮运动到最后一排标准渐开线廓形切削齿的后方，并在径向运动与当前已加工齿槽顶距离单位吃刀量的位置，然后，转Step.2。

Step.2如果砂轮当前深度达到了标准渐开线廓形切削齿的设计齿槽深度，则当前齿槽加工完成，转Step.5。否则，砂轮沿径向进给单位吃刀量，转Step.3。

Step.3砂轮从后向前沿着当前齿槽的螺旋线轨迹进行磨削。磨削行程长度等于最后一排齿到第一排齿的轴向距离和到当前所有与砂轮接触的切削齿的轴向距离两者中小的一个。然后，转Step.4。

Step.4砂轮从前向后沿着当前齿槽的螺旋轨迹，返回到当前行程的起点，然后转Step.2。

Step.5如果所有齿槽都得到加工，则转Step.6；否则，刀具沿螺旋容屑槽方向旋转，直到砂轮与相邻齿槽对齐。然后转Step.1。

Step.6砂轮远离刀具，停止回转。本阶段加工完成。

阶段3——采用齿根修瘦渐开线对应的砂轮磨削廓形，对螺旋内齿圈拉刀后半段内所有的齿根修瘦渐开线廓形切削齿进行逐个磨削。具体加工范围和砂轮走刀路径模式见图2中的(c)：

Step.1砂轮运动到最后一排齿根修瘦渐开线廓形切削齿的后方，然后转Step.2。

Step.2砂轮径向运动到与当前已加工齿槽顶距离单位吃刀量的位置，然后转Step.3。

Step.3如果砂轮当前深度达到了齿根修瘦渐开线廓形切削齿的设计齿槽深度，则当前齿槽加工完成，转Step.5；否则，砂轮沿径向进给单位吃刀量，转Step.4。

Step.4砂轮沿着当前齿槽的螺旋线轨迹进行往复磨削。磨削行程为当前切削齿的局部范围，要求保证齿槽两侧面都得到完整磨削并且砂轮与前后其他齿形切削齿无干涉。然后，转Step.3。

Step.5如果所有齿根修瘦渐开线廓形齿都完成加工，则转Step.7；否则，转Step.6。

Step.6如果当前螺旋容屑槽对应的所有切削齿都加工完成，则砂轮运动到下一个包含齿根修瘦渐开线廓形切削齿的螺旋容屑槽上最后一个切削齿的位置，然后转Step.2；否则，砂轮相对刀具沿着当前螺旋容屑槽的旋转方向运动到相邻的齿槽位置，然后转Step.2。

Step.7砂轮远离刀具，停止回转。本阶段加工完成。

阶段4——采用齿顶圆倒角廓形对应的砂轮磨削廓形，对螺旋内齿圈拉刀粗切段后半段中的齿顶倒角切削齿进行往复磨削。具体加工范围和砂轮走刀路径模式参见图2中的(d)：

Step.1砂轮运动到最后一排齿倒角切削齿的后方位置，并且在径向上运动到距离毛坯齿倒角切削齿一个单位吃刀量的位置，然后转Step.2。

Step.2如果当前齿槽径向深度加工完成，砂轮抬起到Step.1中径向位置，然后转Step.4；否则，砂轮径向进给一个单位吃刀量，转Step.3。

Step.3砂轮沿当前齿槽的螺旋线轨迹往复磨削。磨削行程为最后一排齿顶倒角切削齿至第一排齿顶倒角切削齿之间的轴向位置。然后转Step.2。

Step.4如果所有齿槽都完成加工，则转Step.5；否则，砂轮相对于刀具，沿着螺旋容屑槽的旋转方向移动到相邻的齿槽位置，然后转Step.2。

Step.5砂轮远离刀具，停止回转。本阶段加工完成。

本发明基于螺旋内齿圈拉刀粗切段各种切削齿的几何廓形和刀齿分布位置，同时考虑砂轮廓形的改变和刀齿材料去除空间的路径最短，设计出该加工流程和相应的走刀路径。适用于螺旋内齿圈拉刀粗切齿段的加工，该加工流程保证了每一加工阶段所需的砂轮廓形能够快速地得到修整，并维护了较高的砂轮使用寿命，回避了刀具制造中由于更换砂轮带来的对刀误差。同时，这一系列的走刀路径方式最大化地减小了空走刀行程，提高了加工效率。此外，这种加工阶段划分还保证了不同齿形切削齿加工精度的独立控制，从而保证螺旋内齿圈拉刀粗切齿段的制造质量。