专利名称：一种滚刀的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种滚刀的设计方法，特别是一种基于作图法实现滚刀齿形设计的方法。
背景技术：
在机械传动机构中，齿轮的形状、精度和角节距等參数是齿轮传动中十分重要的数据和指标，这些參数的选择直接影响到齿轮传动的性能和质量，并直接关系到齿轮传动产品的技术指标，甚至影响整个产品质量。目前，常用的实现齿轮齿形加工的滚刀一般多采用计算方法进行设计，这种方法在设计中需要套用繁琐复杂的公式，计算大量的数据，而且计算过程中很多数据的选择凭经验值获得，这样的数据选择不能保证计算结果的合理性，一旦结果出现偏差或计算数据不合理，就需要重新进行计算，费时费カ；另外ー种常用的滚刀设计方法是作图法，但是，现有技术中的作图法通常需要先计算出齿轮圆弧的圆心坐标，然后再将圆心连起来，通过作图得到齿形曲线，这种作图法虽然较计算法的设计过程相对简单，然而仍然需要先进行齿轮圆弧的圆心坐标的计算，还是要用到ー些设计计算公式，这就使得设计过程中，无法实现对滚刀齿形进行即时更改，滚刀实际加工过程中的直观性差，滚刀设计效率低，故还有待于做进ー步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供ー种设计简单直观、方便即时更改和优化的滚刀设计方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种滚刀的设计方法，其特征在于，该滚刀设计方法包括有如下步骤(I)、根据被加工的齿轮零件的齿形技术參数，绘制被加工的齿轮零件的齿形图；(2)、以被加工的齿轮零件的齿形圆心O为基准，在ー个角节距τ内做τ/n阵列，其中，η取整数值，并且，阵列后得到共n+1条标号分别为1、2、3、……、n_l、n、n+l的被加エ齿轮零件的齿形曲线；(3)、以被加工的齿轮零件的齿形圆心O为基准，首先把I号曲线沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，然后将2号曲线和I号曲线一起沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，接着再把3号、2号和I号曲线一起沿X方向水平移动t/n距离至P点，以此类推，直至
最后把n+1号、η号、η-I号、......、3号、2号和I号曲线全部沿X方向水平移动t/n距离
至P点，得到被加工的齿轮零件的齿形包络线，其中，t为对应被加工的齿轮零件上的弧长节距；(4)、把步骤(3)中得到的所述被加工的齿轮零件的齿形包络线沿Y轴方向进行镜像，得到被加工的齿轮零件的一组对称的包络线图形，该包络线图形对应为滚刀齿形曲线的包络线；
(5)、对所述滚刀齿形曲线的包络线进行修正，用圆弧或直线代替齿形曲线的包络线，并最終获得完整的滚刀齿形曲线。考虑到包络线的齿形曲线不能直接用于滚刀齿形曲线的加工，为了保证滚刀齿形的エ艺性，作为优选，所述的步骤(5)中，所述滚刀齿形曲线的包络线修正方法包括有如下步骤(a)、在所述滚刀齿形曲线的包络线上取三个点，由该三点确定ー个圆，所述滚刀齿形曲线的包络线用所做圆上的圆弧或者直接由包络线上的两点连接的直线来代替；(b)、所述滚刀齿形曲线的齿底圆弧所对应的圆弧圆心W在X轴上的坐标设定为t/2，其中，t为对应被加エ的齿轮零件上的弧长节距，该圆弧圆心W在Y轴上的坐标由作图法得到；(c)、用AutoCAD的修剪命令得到半个滚刀齿形；(d)、用镜像命令可到所述滚刀的全颗齿形，阵列后获得所述滚刀的完整齿形图。为了提高滚刀的设计精度，作为优选，根据所述滚刀的齿形精度，所述滚刀齿形曲线的包络线修正方法的作图精度达到O. 00001 O. 0001mm。
为了方便绘图，并且能够达到满足滚刀设计的精度要求，作为进ー步优选，所述的被加工的齿轮零件的齿形图由AutoCAD绘制，并且，根据所述滚刀的设计精度，在绘制被加エ的齿轮零件的齿形图之前，先设置AutoCAD的绘图精度及小数点保留位数。作为优选，所述η的取值范围宜为5 12内的整数值。当η的取值过小时，最后作图得到的滚刀齿形曲线不够光滑，滚刀齿形精度低；当η取值过大时，则作图过程中阵列后的曲线过多，造成线条太过密集，难以区分，増加作图工作量，因此，η值适宜保持在ー个合理的范围内，以5 12的整数值范围内为最佳。与现有技术相比，本发明的优点在干基于齿轮啮合原理，采用纯作图方法来实现滚刀齿形的设计，这种滚刀设计方法简单直观，设计精度高，滚刀的齿形可以根据后道エ序的エ艺要求在作图过程中进行即时更改，不断优化，不仅使得滚刀的设计更加方便和合理，而且还能够提高滚刀在实际加工过程中的直观性(滚刀的设计过程，相当于滚刀加工齿轮的反向演示过程)，满足滚刀齿形加工的エ艺性要求。
图I为由本发明实施例的滚刀加工的钟表齿形图及具体參数。图2为图I所示钟表齿形的阵列图。图3为把图2所示阵列图中的I号曲线沿X轴方向水平移动t/n距离至P点后的示意图。图4为把图2所示阵列图中的2号曲线和已经移动t/n距离的I号曲线一起沿X轴方向水平移动t/n距离至P点后的示意图。图5为把图2所示的钟表齿形阵列中的n+1号曲线和已经分别移动t/n距离的I号、2号、3号、......、n_l号和η号全部一起沿X方向水平移动t/n距离至P点后的不意图。图6为图I所示的钟表齿形的包络线镜像图。图7为图6所示的包络线曲线用圆弧或直线代替的示意图。图8为本发明实施例的滚刀半颗齿形示意图。
图9为本发明实施例的滚刀全颗齿形示意图。图10为本发明实施例的滚刀齿形结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进ー步详细描述。如图I 图10所示，本实施例为ー种滚刀齿形的设计方法，本实施例的滚刀设计方法主要适用于齿轮为转动、滚刀为平动的啮合加工方式，该滚刀的设计方法根据齿轮齿条的啮合原理，用CAD作图法实现滚刀齿形的设计，获得的滚刀可以用于各类齿轮的加工。本实施例选取钟表齿轮作为被加工齿轮零件，以该钟·表齿轮为例，实现ー种用CAD作图法实现滚刀齿形设计的方法。首先,本实施例的钟表齿轮的齿形基本參数包括有齿数z、齿顶圆弧半径P、中心圆半径r。、齿根圆弧半径P g、齿根圆半径rg和齿顶圆半径rd。其中，该钟表齿轮的基本參数计算如下角节距τ =360°ム，ζ为已知的钟表齿形的齿数；滚动圆半径!；^ ^jrf + ^ll ；取R。=!·。，计算滚动圆公式2 π Rft X^t=ZJiRtZz ;其中，t为钟表齿轮齿形的弧长节距。本实施例的可加工钟表齿形的滚刀设计方法具体包括有如下步骤I、准备工作根据滚刀的设计精度，设置AutoCAD的绘图精度及小数点位数的保留情況。2、根据被加工的钟表齿轮的齿形技术參数，用AutoCAD软件绘制齿形图(參见图
I);基于齿轮啮合原理，齿轮齿形上的某一点与滚刀齿形上相对应这个点共轭，因此，图I所示的齿轮齿形上的所有点都与滚刀齿形上的共轭点一一相对应，在齿轮实际加工过程中，滚刀旋转ー圈，齿轮零件转动ー个齿(即转动ー个角节距)。3、以钟表齿轮的齿形圆心O为基准，在齿轮零件的ー个角节距τ内做τ/n阵列(參见图2);为了保证最终获得的滚刀齿形的精度，一般η取5 12内的整数值为佳，η的数值越大，则作图的精度越高；阵列后得到n+1条齿轮齿形的曲线，这n+1条曲线的标号分别定义为I号曲线、2号曲线、3号曲线、……、n-l号曲线、η号曲线和n+1号曲线。4、以齿轮零件的齿形圆心O为基准，首先把I号曲线沿X轴方向水平移动t/n距离至P点(參见图3)，其中，t为对应被加工的钟表齿轮零件上的弧长节距，根据啮合原理，齿轮零件上的弧长节距即为滚刀齿形上的齿条节距；然后将2号曲线和I号曲线一起沿X轴方向水平移动t/n距离至P点(參见图4);接着再把3号、2号和I号曲线一起沿X方向水平移动t/n距离至P点，以此类推，直至最后把n+1号、η号、η_1号、……、3号、2号和I号曲线全部沿X方向水平移动t/n距离至P点(參见图5)，得到一系列齿轮零件的齿形包络线；5、把上一步骤中得到的齿轮零件的齿形包络线沿Y轴方向进行镜像，得到被加工的齿轮零件的一组对称的包络线图形，该包络线图形对应为滚刀齿形曲线的包络线(參见图6)，也就是我们要设计的滚刀基本齿形轮廓。
6、考虑到滚刀齿形的エ艺性，包络线图形的滚刀齿形不能直接用，需要进行适当修正，用多段圆弧或直线代替齿形曲线的包络线，其中，滚刀齿形曲线的包络线修正方法通过以下方式处理，具体步骤如下(a)、在滚刀齿形曲线的包络线上取三个点a、b、c，用AutoCAD绘制圆的命令3P来画圆，用所做圆上的圆弧来代替包络线曲线，根据滚刀的齿形精度，本实施例的作图精度可以达到O. 00001-0. 0001mm，完全满足滚刀的制造及零件加工的技术要求，用上述方法通过所做圆上的圆弧或者直接由包络线上的两点连接的直线来代替包络线曲线(參见图7)；(b)、为了保证滚刀加工成型后能够与齿轮正常啮合，滚刀齿形曲线的齿底圆弧所对应的圆弧圆心W在X轴上的坐标必须设定为t/2 (參见图7)，其中，t为对应被加工的齿轮零件上的弧长节距，本实施例中即为钟表齿轮的弧长节距t=2 31 R/z，该圆弧圆心W在Y轴上的坐标由作图法得到；(c)、用AutoCAD的修剪命令得到半个滚刀齿形(參见图8)；
(d)、因为本实施例的钟表齿轮的齿形为对称齿形，故相应的滚刀齿形也是对称的，用镜像命令可得到滚刀的全颗齿形(參见图9)；(e)、阵列后获得该滚刀的完整齿形图(參见图10)。本实施例基于齿轮齿条的啮合原理，采用纯作图方法来实现滚刀齿形的设计，这种滚刀设计方法简单直观，滚刀的齿形可以根据后道エ序的エ艺要求在作图过程中进行即时更改，不断优化，非常适合エ厂实际加工设计，实用性強，能够更好地满足滚刀齿形加工的エ艺性要求。
权利要求
1.一种滚刀的设计方法，其特征在于，该滚刀设计方法包括有如下步骤 (1)、根据被加工的齿轮零件的齿形技术參数，绘制被加工的齿轮零件的齿形图； (2)、以被加工的齿轮零件的齿形圆心O为基准，在ー个角节距τ内做τ/n阵列，其中，η取整数值，并且，阵列后得到共η+1条标号分别为1、2、3、……、η-1、η、η+1的被加工齿轮零件的齿形曲线； (3)、以被加工的齿轮零件的齿形圆心O为基准，首先把I号曲线沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，然后将2号曲线和I号曲线一起沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，接着再把3号、2号和I号曲线一起沿X方向水平移动t/n距离至P点，以此类推，直至最后把n+1号、η号、η-I号、......、3号、2号和I号曲线全部沿X方向水平移动t/n距离至P点，得到被加工的齿轮零件的齿形包络线，其中，t为对应被加工的齿轮零件上的弧长节距； (4)、把步骤(3)中得到的所述被加工的齿轮零件的齿形包络线沿Y轴方向进行镜像，得到被加工的齿轮零件的一组对称的包络线图形，该包络线图形对应为滚刀齿形曲线的包络线； (5)、对所述滚刀齿形曲线的包络线进行修正，用圆弧或直线代替齿形曲线的包络线，并最终获得完整的滚刀齿形曲线。
2.根据权利要求I所述的滚刀的加工方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，所述滚刀齿形曲线的包络线修正方法包括有如下步骤 (a)、在所述滚刀齿形曲线的包络线上取三个点，由该三点确定ー个圆，所述滚刀齿形曲线的包络线用所做圆上的圆弧或者直接由包络线上的两点连接的直线来代替； (b)、所述滚刀齿形曲线的齿底圆弧所对应的圆弧圆心W在X轴上的坐标设定为t/2，其中，t为对应被加工的齿轮零件上的弧长节距，该圆弧圆心W在Y轴上的坐标由作图法得到； (c)、用AutoCAD的修剪命令得到半个滚刀齿形； (d)、用镜像命令可到所述滚刀的全颗齿形，阵列后获得所述滚刀的完整齿形图。
3.根据权利要求2所述的滚刀的加工方法，其特征在于，根据所述滚刀的齿形精度，所述滚刀齿形曲线的包络线修正方法的作图精度达到O. 00001 O. 0001mm。
4.根据权利要求I所述的滚刀的加工方法，其特征在于，所述的被加工的齿轮零件的齿形图由AutoCAD绘制，并且，根据所述滚刀的设计精度，在绘制被加工的齿轮零件的齿形图之前，先设置AutoCAD的绘图精度及小数点保留位数。
5.根据权利要求I所述的滚刀的加工方法，其特征在于，所述η的取值范围为5 12内的整数值。
全文摘要
一种滚刀的设计方法，其特征在于，包括有如下步骤(1)绘制齿形图；(2)在一个角节距τ内做τ/n阵列，得到n+1条齿形曲线；(3)把1号曲线沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，然后将2号曲线和1号曲线一起沿X轴方向水平移动t/n距离至P点，以此类推，直至最后把n+1号、n号、n-1号、……、3号、2号和1号曲线全部沿X方向水平移动t/n距离至P点，得到齿轮齿形包络线；(4)镜像得到对称的滚刀齿形曲线的包络线；(5)用圆弧或直线代替包络线进行修正，获得完整的滚刀齿形曲线。本发明基于齿轮啮合原理，采用纯作图方法来实现滚刀齿形的设计，简单直观，设计精度高，滚刀的齿形可以根据后道工序的工艺要求在作图过程中进行即时更改，不断优化，使得滚刀的设计更加方便和合理。
文档编号B23F21/16GK102744469SQ20121026652
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者张翔, 王怀奥, 程方启, 郑子军 申请人:浙江工商职业技术学院