硬齿面齿轮精车工艺及其车齿刀具设计方法与流程

本发明属于圆柱齿轮加工及刀具设计
技术领域：
，具体涉及硬齿面齿轮精车工艺及其车齿刀具设计方法。技术背景齿轮轻量化技术是齿轮行业未来发展的重要方向，硬齿面齿轮技术则是实现齿轮轻量化的重要手段之一。硬齿面齿轮在航空航天、风电、核电、汽车、机器人等领域有着非常广阔的应用前景，这就使得业界对硬齿面齿轮高效、高精度、低成本的制造技术的需求越来越迫切。硬齿面滚齿的加工效率比较高，加工精度尚可，但无法用来加工内齿轮；硬齿面插齿工艺可以加工内齿轮、双联齿轮等，但加工效率与加工精度都比较低；磨齿与珩齿的加工精度较高，是最为常用的硬齿面齿轮加工方法，但磨齿加工效率较低，磨内齿圈时受限较多，而珩齿材料去除效率不高，且对工件粗加工精度的要求较高；拉削加工效率与精度都比较高，但拉削设备昂贵，专用刀具造价极高，且开发周期也很长。全世界一直在探索硬齿面齿轮，尤其是对硬齿面内齿轮高效、高精度、低成本制造技术新的突破口，以应对硬齿面齿轮巨大的市场需求。技术实现要素：为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供硬齿面齿轮精车工艺及其车齿刀具设计方法，该方法采用车齿工艺精加工硬齿面齿轮，提高硬齿面齿轮加工效率，并降低生产成本。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：硬齿面齿轮精车工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对齿轮工件进行粗加工，采用车齿工艺，工件齿面留有加工余量，余量大于0.1mm，工件齿根进行挖根，挖根量小于0.1mm，粗加工结束后，对工件进行热处理，齿面硬度大于350hbw；步骤2，对步骤1粗加工后的齿轮工件进行精车加工，采用车齿工艺，工件齿面加工余量由硬齿面齿轮的车齿刀具刀齿侧刃切除，车齿刀具的刀齿顶刃不参与切削，工件齿根保留热处理表层。硬齿面齿轮的车齿刀具的设计方法，包括以下步骤：1)车齿刀具为圆柱车齿刀具，车齿刀具前角设计为负角度，前刀面设计为锥面或易于磨削的曲面；2)通过圆柱车齿刀具工作角度柔性调整方法，使车齿刀具工作角度落在预设的最适合某硬度硬齿面齿轮工件精加工的范围之内，并基于车齿刀具安装调整参数计算车齿刀刃曲线，精车刀刃曲线是由齿轮工件齿面按照车齿啮合运动，在车齿刀具的前刀面上包络出的空间曲线。所述车齿刀具无顶刃后角及侧刃后角，车齿刀具刃磨后刀刃形状与刀具顶圆半径不变。所述的负角度是指：车齿刀具顶刃前角为负，刀尖楔角为钝角，刀齿强度得以增强。所述的圆柱车齿刀具工作角度柔性调整方法，具体步骤为：结合硬齿面齿轮材料加工特点，综合调整车齿刀具的刀倾角τ、刀偏d、中心距a、轴交角∑的刀具安装调整参数及刀具齿数zc、螺旋角βc的刀具基本参数，使车齿刀具工作角度落在预设的最适合某硬度硬齿面齿轮工件精加工的范围之内。所述的齿轮工件齿面为渐开线齿面、修形齿面。本发明具有以下有益效果：1)用负前角硬质合金圆柱车齿刀具精车硬齿面齿轮，可以提高硬齿面齿轮加工效率、降低使用成本，而且齿轮加工精度也能满足实际要求，同时车齿工件齿面切痕也有利于齿轮传动降噪。2)精车硬齿面齿轮时，由于工件齿根表面无需加工，避免了车齿刀具最容易被磨损的刀尖的使用，起到保护刀尖、延长刀具使用寿命的作用。3)齿轮粗加工也采用车齿工艺，这样工件粗、精加工就可在一台车齿机床上进行，降低了加工成本，同时可以保证工件的加工效率与粗切精度。4)负前角圆柱车齿刀具刀尖结构强度较高，更适合硬质材料的切削，圆柱车齿刀具刃磨后刀刃形状与刀具顶圆半径不变，车齿精度保持性好，且刀具结构简单，刃磨与制造方便。附图说明图1为本发明的粗切与精切车齿刀具刀刃曲线对比示意图。图2为本发明的齿轮粗加工与精加工齿廓对比示意图。图3为本发明的硬齿面圆柱车齿刀具结构示意图。图4为本发明的车齿刀具安装调整示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明：参见图1、图2、图3、图4，本发明所述的硬齿面齿轮精车工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对齿轮工件11进行粗加工，采用车齿工艺，粗切刀刃1廓形如图1所示，粗车后，工件齿面10留有加工余量a，粗切齿廓5与粗切齿根7共同构成粗切工件齿槽的廓形，如图2所示，工件齿根进行轻微挖根，相对于理论齿根6曲线，粗车挖根量为ad；粗加工结束后，对工件进行热处理，齿面硬度大于350hbw。步骤2，对粗加工齿轮工件进行精加工，采用车齿工艺，精车刀具刀刃廓形2如图1所示，工件齿面加工余量由车齿刀具8的切入侧刀刃12与切出侧刀刃13切除(参见图4)，车齿刀具的顶刃不参与切削，工件的粗切齿根7保留热处理表层，精切齿廓4与粗切齿根7共同构成精切工件齿槽的廓形，如图2所示。硬齿面齿轮的车齿刀具的设计方法，包括以下步骤：1)精车车齿刀具8为圆柱车齿刀具，车齿刀具前角设计为负角度，前刀面9设计为锥面或其他易于磨削的曲面，如图3所示；2)通过圆柱车齿刀具工作角度柔性调整方法，使车齿刀具工作角度落在预设的最适合某硬度硬齿面齿轮工件精加工的范围之内，基于刀具安装调整参数计算车齿刀刃曲线，精车刀刃曲线是由工件齿面10按照车齿啮合运动在刀具前刀面9上包络出的空间曲线，如图4所示。所述的步骤2)中圆柱车齿刀具8的刀具体为圆柱体，车齿刀齿无顶刃后角及侧刃后角，刀具刃磨后刀刃形状与刀具顶圆半径不变。所述的步骤2)中负角度指：车齿刀具顶刃前角设计为负，刀尖楔角为钝角，刀齿强度得以增强。所述的圆柱车齿刀具工作角度柔性调整方法，具体步骤为：基于硬齿面齿轮材料的加工特点，综合调整刀具刀倾τ、刀偏d、中心距a、轴交角∑的安装调整参数及刀具齿数zc、螺旋角βc的刀具基本参数，使车齿刀具工作角度落在预设的最适合某硬度硬齿面齿轮工件精加工的范围之内。所述步骤2)中齿轮工件齿面10可以是渐开螺旋面，也可以是修形齿面或其他形状的齿面。实施例一：实施例中选择内斜圈作为硬齿面齿轮加工对象，工件参数见表1。齿轮工件11粗加工采用车齿工艺，工件的粗切与精切在同一台车齿机床上进行，可缩短加工周期，降低生产成本。在设计粗切车齿刀具时，粗切刀刃1廓形应有挖根与放磨量的设计，并且挖根时不得切掉工件渐开线部分的齿廓，对齿轮工件11(参见图3)进行粗加工后，工件齿面10留有加工余量a，工件齿根进行轻微挖根，挖根量为ad，挖根区域不得超过齿廓终点3，如图2所示。粗加工结束后，对工件进行热处理，齿面硬度大于350hbw。表1对粗加工工件进行精加工时，采用车齿工艺方法，精车刀具8设计为斜齿圆柱车齿刀具，刀具前角设计成适合硬质合金刀具切削的负角度，前刀面9设计成易于磨削的锥面，硬齿面圆柱车齿刀具结构如图3所示，车齿刀具基本参数见表2。表2齿数zc结构前角γ刀宽bc螺旋角βc旋向40-15°10mm10°左基于硬齿面齿轮材料切削特点，综合调整车齿刀具8的刀倾角τ、刀偏d、中心距a、轴交角∑等安装调整参数及齿数zc、螺旋角βc等刀具基本参数，使车齿刀具8工作角度落在预设的最适合某硬度硬齿面齿轮工件精加工的范围之内，如图4所示为车齿刀具安装调整示意图。基于车齿刀具安装调整计算刀刃曲线，精切刀刃2曲线，参见图1是由工件齿面10按照车齿啮合运动在刀具的前刀面9上包络出的空间曲线。硬齿面车齿刀具8为斜齿圆柱车齿刀具，刀具前刀面9为锥面，刀齿两侧刃结构前角不同，刀具安装调整后，刀齿两侧刃工作前角与工作后角也不同，导致刀齿两侧刃磨损不均匀，影响刀具使用寿命。通过车齿刀具工作角度柔性调整方法调整刀具安装后，使刀齿两侧刃工作角度接近，切削状态相近，进而使刀齿均匀磨损，延长刀具使用寿命。刀具安装调整参数及工作后角计算结果见表3。表3当前第1页12