平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工方法，属于平面二次包络环面蜗轮滚刀的加工方法。得到每个刀齿两侧后角面起始线上各点在刀刃带面上的单位法矢量；根据给定的侧后角面角度，得到两侧后角面起始线上各点在两侧后角面上的单位法矢量；调整滚刀转角和转台转角使砂轮产形面法矢量分别与两侧后角面起始线上各点在两侧后角面上的单位法矢量一致，调整转台中心相对于滚刀中心的径向距离和轴向距离，使砂轮产形面分别和两侧后角面起始线上各点接触，并使砂轮外圆与滚刀齿根环面相切，磨削出保证刀刃带宽度一致性及侧后角面角度的平面二次包络环面蜗轮滚刀两侧后角面。实现平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工。
【专利说明】平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工方法，属于 平面二次包络环面蜗轮滚刀的加工方法。特别涉及一种保证刀刃带宽度一致性及侧后角面 角度的平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的磨削加工方法，以便满足具有刀刃带宽度一 致性的及侧后角面角度的平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控加工需求。
【背景技术】
[0002] 与圆柱蜗杆传动比较，环面蜗杆传动承载能力强、体积小、传动效率高、使用寿命 长，广泛用于矿冶、石化、起重运输、船舶、动力和轻工机械的传动装置，尤其是平面、双锥 面等的二次包络环面蜗杆传动，比直廓环面蜗杆传动，具有更优越的性能。但是，用于滚切 蜗轮的二次包络环面蜗轮滚刀的制作十分复杂，且难于制作，因为二次包络环面蜗轮滚刀 与二次包络环面蜗杆传动的蜗杆具有相同的螺旋面，其每个刀齿两侧的刃口都是不同的 曲线，刃口曲线上每点在滚刀螺旋面上螺旋角都不一样，而且每个刀齿上需要保留宽度为 0. 1-0. 2mm的二次包络环面蜗杆蜗轮滚刀螺旋面作为刀刃带，并磨削后角角度为6-8°的 侧后角面。
[0003] 为了解决二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的加工，中国专利（ZL93120467. 4)按 每个刀齿的法向截形修整砂轮，按螺旋进给，采用磨削的方法加工侧后角面，以控制刀刃带 宽度，但磨削每个刀齿时需要修整不同的砂轮截形，而且侧后角面角度不能保证一致；中国 专利（ZL201010104684. 1)和中国专利（申请号201110206581.0)通过改变滚刀和砂轮所 在工作台的传动比磨削侧后角面，分别采用圆台形砂轮磨头和锥度压磨块支撑的斜平面砂 轮，但刃带宽度和侧后角面角度不能保证一致；中国专利（申请号201310172562.X)提供二 次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的设计方法，求出后角面起始线后，将后角面起始线上各点 的导程角旋转相应的后角面角度，再按后角面成形传动比得到后角面上的螺旋线簇，然后 可以采用数控机床曲面加工的方法将后角面铣削出来，但加工效率不高。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种保证刀刃带宽度一致性及侧后角面角度的平面二次 包络环面蜗轮滚刀侧后角面的磨削加工方法，实现具有刀刃带宽度一致性及侧后角面角度 的平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工。
[0005] 平面二次包络环面蜗轮滚刀的每个刀齿由齿顶环面1、齿根环面2、前刀面3、后刀 面4、右侧螺旋面5、左侧螺旋面6、右侧后角面7、左侧后角面8构成，前刀面3与右侧螺旋 面5和左侧螺旋面6的交线分别为右侧刃口 9和左侧刃口 10 ;按照给定的刀刃带宽度，分 别在右侧螺旋面5和左侧螺旋面6上得到右侧后角面起始线11和左侧后角面起始线12,右 侧螺旋面5在右侧刃口 9和右侧后角面起始线11之间的部分为右侧刀刃带面13,左侧螺旋 面6在左侧刃口 10和左侧后角面起始线12之间的部分为左侧刀刃带面14。
[0006] 为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括P点为右侧后角面起始线11上任 意一点，nP1S右侧刀刃带面13在P点的单位法矢量，Q点为左侧后角面起始线12上任意一 点，％为左侧刀刃带面14在Q点的单位法矢量，tP为右侧后角面起始线11在P点的切矢 量，tQ为左侧后角面起始线12在Q点的切矢量，将单位法矢量n^绕切矢量tP按右手定则 正向旋转后角面角度X，将单位法矢量nQ1绕切矢量％按右手定则负向旋转后角面角度入， 分别得到右侧后角面7在P点的单位法矢量nP2和左侧后角面8在Q点的单位法矢量nQ2; Oi为滚刀31的中心，Od为转台32的中心，转台32的中心Od相对于滚刀31的中心h沿滚 刀径向距离为X，转台32的中心Od相对于滚刀31的中心h沿滚刀轴向距离为z;固连在转 台32上的砂轮15的左产形面17磨削滚刀右侧后角面7上P点时，通过控制与滚刀31的 轴线同轴固连的机床C轴和与转台32的轴线同轴固连的B轴来改变滚刀转角约和转台转 角押，使左产形面17的法矢量与单位法矢量nP2-致；通过控制转台32所在的机床X轴和 Z轴改变径向距离x和轴向距离z，使左产形面17和P点接触，并使砂轮15的外圆与滚刀 31的齿根环面相切；固连在转台32上的砂轮16的右产形面18磨削滚刀左侧后角面8上Q 点时，通过控制与滚刀31的轴线同轴固连的机床C轴和与转台32的轴线同轴固连的B轴 来改变滚刀转角奶和转台转角内，使右产形面18的法矢量与单位法矢量nQ2-致；通过控制 转台32所在的机床X轴和Z轴改变径向距离x和轴向距离z，使右产形面18和Q点接触， 并使砂轮16外圆与滚刀31的齿根环面相切；分别对右侧后角面起始线11上各点和左侧后 角面起始线12上各点，采用上述方法得到仍，抑，x，z-系列对应值，编制C、B、X和Z轴的 四轴联动数控程序，分别磨削出右侧后角面7和左侧后角面8 ;对滚刀31的各个刀齿按上 述方法进行数控磨削，完成滚刀31的保证刀刃带宽度一致性和后角面角度的滚刀侧后角 面数控磨削加工。
[0007] 本发明的有益效果在于，通过调整滚刀转角奶和转台转角内以及径向距离X和轴 向距离z进行数控磨削，可以实现保证刀刃带宽度一致性和后角面角度的滚刀侧后角面数 控磨削加工。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为平面二次包络环面蜗轮滚刀的单个刀齿的结构示意图；
[0009] 图2为在具有C、B、X和Z轴的四轴联动数控机床上的平面二次包络环面蜗轮滚刀 右侧后角面磨削加工示意图；
[0010] 图3为在具有C、B、X和Z轴的四轴联动数控机床上的平面二次包络环面蜗轮滚刀 左侧后角面磨削加工示意图；
[0011] 图4为数控加工仿真软件仿真结果显示的平面二次包络环面蜗轮滚刀的刀齿刃 带及侧后角面。
【具体实施方式】
[0012] 下面根据附图对本发明的实施例进行描述。
[0013] 平面二次包络环面蜗轮滚刀用于滚切平面二次包络环面蜗杆副的蜗轮，取平面二 次包络环面蜗杆副的参数为：中心距a= 225mm，右旋蜗杆的头数Zl = 2,蜗轮齿数Z2= 64， 传动比i12= 32,蜗杆分度圆直径d 80mm，蜗轮分度圆直径d2= 370mm。
[0014] 按平面二次包络环面蜗杆的原理，可以得到滚刀的单个刀齿的齿顶环面1、齿根环 面2、右侧螺旋面5和左侧螺旋面6，开直容肩槽后，得到每个刀齿的前刀面3和后刀面4,前 刀面3分别与右侧螺旋面5和左侧螺旋面6的交线为右侧刃口 9和左侧刃口 10 ;按照给定 的刀刃带宽度e= 0. 2mm，分别在右侧螺旋面5和左侧螺旋面6上得到右侧后角面起始线 11和左侧后角面起始线12,右侧螺旋面5在右侧刃口 9和右侧后角面起始线11之间的部 分为右侧刃带面13,左侧螺旋面6在左侧刃口 10和左侧后角面起始线12之间的部分为左 侧刃带面14,如图1示。
[0015] 在右侧后角面起始线11上取一点P，得到右侧刀刃带面13在P点的单位法矢量 nP1及右侧后角面起始线11在P点的切矢量tP，在左侧后角面起始线12上取一点Q，得到左 侧刀刃带面14在Q点的单位法矢量nQl及左侧后角面起始线12在Q点的切矢量tQ;根据 给定的后角面角度A=6°，将单位法矢量％1绕切矢量tP按右手定则正向旋转后角面角 度A，将单位法矢量nQ1绕切矢量％按右手定则负向旋转后角面角度X，得到右侧后角面7 在P点的单位法矢量nP2和左侧后角面8在Q点的单位法矢量nQ2，如图1示。
[0016] 图2中的数控机床具有四轴联动的B轴、C轴、X轴及Z轴，将滚刀31安装在C轴 上，滚刀轴线与Z轴重合，并且滚刀的喉部中间平面经过X轴；砂轮15固连在转台32上，转 台32的轴线与B轴同轴固连；B轴控制转台转角押，C轴控制滚刀转角奶，X轴控制径向距 离x，Z轴控制轴向距离z。
[0017] 图3中的数控机床具有四轴联动的B轴、C轴、X轴及Z轴，将滚刀31安装在C轴 上，滚刀轴线与Z轴重合，并且滚刀的喉部中间平面经过X轴；砂轮16固连在转台32上，转 台32的轴线与B轴同轴固连；B轴控制转台转角仰，C轴控制滚刀转角约，X轴控制径向距 离x，Z轴控制轴向距离z。
[0018] 为滚刀31的中心，Od为转台32的中心，转台32的中心Od相对于滚刀31的中 心Oi沿滚刀径向距离为x，转台32的中心0d相对于滚刀31的中心0i沿滚刀轴向距离为z; 固连在转台32上的砂轮15的左产形面17磨削滚刀右侧后角面7上P点时，通过控制与滚 刀31的轴线同轴固连的机床C轴和与转台32的轴线同轴固连的B轴来改变滚刀转角奶和 转台转角仰，使左产形面17的法矢量与单位法矢量nP2-致；通过控制转台32所在的机床 X轴和Z轴改变径向距离x和轴向距离z，使左产形面17和P点接触，并使砂轮15的外圆 与滚刀31的齿根环面相切；固连在转台32上的砂轮16的右产形面18磨削滚刀左侧后角 面8上Q点时，通过控制与滚刀31的轴线同轴固连的机床C轴和与转台32的轴线同轴固 连的B轴来改变滚刀转角约和转台转角柯，使右产形面18的法矢量与单位法矢量nQ2-致； 通过控制转台32所在的机床X轴和Z轴改变径向距离x和轴向距离z，使右产形面18和Q 点接触，并使砂轮16外圆与滚刀31的齿根环面相切；分别对右侧后角面起始线11上各点 和左侧后角面起始线12上各点，采用上述方法得到列，仰，x，z-系列对应值，编制C、B、X 和Z轴的四轴联动数控程序，分别磨削出右侧后角面7和左侧后角面8 ;对滚刀31的各个 刀齿按上述方法进行数控磨削，完成滚刀31的保证刀刃带宽度一致性和侧后角面角度的 滚刀侧后角面数控磨削加工。
[0019] 采用数控加工仿真软件依据前述方法编制数控加工程序进行加工仿真，结果如图 4示，保证了刀刃带宽度一致性和侧后角面角度。
【权利要求】
1.平面二次包络环面蜗轮滚刀侧后角面的数控磨削加工方法，平面二次包络环面蜗轮 滚刀的每个刀齿由齿顶环面（1)、齿根环面（2)、前刀面（3)、后刀面（4)、右侧螺旋面（5)、 左侧螺旋面（6)、右侧后角面（7)、左侧后角面（8)构成，前刀面（3)与右侧螺旋面（5)和左 侧螺旋面（6)的交线分别为右侧刃口（9)和左侧刃口（10);按照给定的刀刃带宽度，分别 在右侧螺旋面（5)和左侧螺旋面（6)上得到右侧后角面起始线（11)和左侧后角面起始线 (12)，右侧螺旋面（5)在右侧刃口（9)和右侧后角面起始线（11)之间的部分为右侧刀刃带 面（13)，左侧螺旋面（6)在左侧刃口（10)和左侧后角面起始线（12)之间的部分为左侧刀 刃带面（14);其特征在于，包括：P点为右侧后角面起始线（11)上任意一点，nP1为右侧刀刃 带面（13)在P点的单位法矢量，Q点为左侧后角面起始线（12)上任意一点，nQ1为左侧刀刃 带面（14)在Q点的单位法矢量，tP为右侧后角面起始线（11)在P点的切矢量，tQ为左侧 后角面起始线（12)在Q点的切矢量，将单位法矢量1^绕切矢量tP按右手定则正向旋转后 角面角度λ，将单位法矢量nQ1绕切矢量％按右手定则负向旋转后角面角度λ，分别得到 右侧后角面（7)在P点的单位法矢量ηΡ2和左侧后角面（8)在Q点的单位法矢量n 滚刀（31)的中心，Od为转台（32)的中心，转台（32)的中心Od相对于滚刀（31)的中心〇ι 沿滚刀径向距离为X，转台（32)的中心Od相对于滚刀（31)的中心O1沿滚刀轴向距离为ζ; 固连在转台（32)上的砂轮（15)的左产形面（17)磨削滚刀右侧后角面（7)上P点时，通过 控制与滚刀（31)的轴线同轴固连的机床C轴和与转台（32)的轴线同轴固连的B轴来改变 滚刀转角奶和转台转角W，使左产形面（17)的法矢量与单位法矢量ηΡ2-致；通过控制转台 (32)所在的机床X轴和Z轴改变径向距离X和轴向距离ζ，使左产形面（17)和P点接触， 并使砂轮（15)的外圆与滚刀（31)的齿根环面相切；固连在转台（32)上的砂轮（16)的右 产形面（18)磨削滚刀左侧后角面⑶上Q点时，通过控制与滚刀（31)的轴线同轴固连的 机床C轴和与转台（32)的轴线同轴固连的B轴来改变滚刀转角约和转台转角抑，使右产形 面（18)的法矢量与单位法矢量nQ2-致；通过控制转台（32)所在的机床X轴和Z轴改变径 向距离X和轴向距离z，使右产形面（18)和Q点接触，并使砂轮（16)外圆与滚刀（31)的 齿根环面相切；分别对右侧后角面起始线（11)上各点和左侧后角面起始线（12)上各点，采 用上述方法得到奶，内，X，ζ-系列对应值，编制C、B、X和Z轴的四轴联动数控程序，分别 磨削出右侧后角面（7)和左侧后角面（8);对滚刀（31)的各个刀齿按上述方法进行数控磨 肖IJ，完成滚刀（31)的保证刀刃带宽度一致性和后角面角度的滚刀侧后角面数控磨削加工。
【文档编号】B24B3/12GK104440419SQ201410613061
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】李海涛, 柳冠伊, 魏文军, 刘平义, 张绍英, 董学朱 申请人:中国农业大学