一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法技术

本发明专利技术公开了一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，属于插齿刀具加工领域。本发明专利技术包括：(1)确定插齿刀各截面的加工中心距；(2)在忽略前角时，对于插齿刀齿的第j个截面根据插齿刀与被被加工齿廓的啮合关系，得到所述截面内的侧刃离散点；引入插齿刀轴线方向的刃磨厚度，得到侧刃离散矩阵；引入前角对厚度方向进行修正，得到插齿刀理论侧后刀面离散矩阵；(3)基于单参数柱面投影法对插齿刀理论侧后刀面离散矩阵进行逼近，得到最优拟合柱面；(4)设计双面磨削砂轮廓形；(5)进行插齿刀分齿磨削。本发明专利技术采用单参数双面磨削，无需附加铲磨运动，机床调整简单，加工效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法
本专利技术属于插齿刀具加工领域，尤其是一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法。
技术介绍
齿轮以及链轮、凸轮、花键、棘轮等有齿形结构的部件，其具有传动比恒定、传递功率大、工作可靠、结构紧凑等优点，在现代工业和机械产品中广泛应用，这些产品中有很大一部分都需要或必须依靠插齿刀来加工。在机械加工领域，用插齿刀按展成法或成形法加工内、外齿轮或齿条等的齿面的过程称为插齿。除加工普通圆柱齿轮外，插齿刀可以做一些其它刀具做不了或者不太容易做成的工作，如内齿轮、少齿数齿、人字齿轮、多联齿轮等，特形插齿刀还可加工各种其他廓形的工件，如凸轮、内花键、链轮等。虽然它们不是齿轮，但因为具有齿形结构，同样可以通过齿轮啮合原理进行展成法加工，所以可用插齿刀加工。19世纪末，美国的E.R.费洛斯创造了用大平面砂轮展成磨削插齿刀的方法，该方法的特点是精度高，效率低及机床运动复杂。为提高插齿刀的加工效率，提出了用成形法加工插齿刀的方法。随着刀具材料性能的不断提高、涂层技术与设备的改进以及数控技术的发展，插齿刀的使用效率大大提高，使其与滚齿的技术上的差距进一步缩小。在插齿刀插齿加工的过程中，其后角带来的重磨误差是影响插齿加工精度的主要因素之一，也是设计插齿刀的难点所在。在插齿刀的加工方法中，常用的有展成法与成形法，而成形砂轮的廓形计算是的一个重要技术，可以一次性磨削齿轮修形、齿顶倒角、全弧齿顶刀具、带凸头的插齿刀等有特殊要求的齿形工件或刀具。针对插齿刀的成形加工方法，从原理是上主要分为两类，一是插齿刀的铲磨制造，二是基于曲面逼近成形磨削。前者是采用成形砂轮，在成形运动的基础上增加一个径向的形成后角的铲齿运动，这样磨出的新插齿刀和刃磨后插齿刀的齿形相同，旧刀实际齿形与按变位原理求出的旧刀应有齿形不一致，导致齿形误差。后者是采用椭圆柱面、螺旋面、锥面或锥面螺旋面等进行插齿刀侧后刀面逼近设计，以一种可加工曲面代替插齿刀后刀面再采用成形磨削加工，常用的是椭圆柱面。造成这一问题的原因是插齿刀侧后刀面是一个非解析曲面，现有工艺方法无法精确加工。曲面逼近是将这一难加工的非解析的理论曲面用一个与理论曲面相接近的可加工曲面代替，然而如何确定这一可加工且易加工的曲面成为高效率制造高精度插齿刀的核心问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的插齿刀侧后刀面为非解析曲面无法精确加工的缺点，提供一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，包括以下步骤：(1)根据被加工工件的基本参数与插齿刀的基本参数确定插齿刀各截面的加工中心距；所述截面与插齿刀轴线相垂直；(2)在忽略前角时，对于插齿刀齿的第j个截面根据插齿刀与被被加工齿廓的啮合关系，得到所述截面内的侧刃离散点；引入插齿刀轴线方向的刃磨厚度，得到侧刃离散矩阵；引入前角对厚度方向进行修正，得到插齿刀理论侧后刀面离散矩阵；(3)基于单参数柱面投影法对插齿刀理论侧后刀面离散矩阵进行逼近，得到最优拟合柱面；(4)根据所述插齿刀侧后刀面，设计双面磨削砂轮廓形；(5)进行插齿刀分齿磨削。进一步的，所述基本参数包括：被加工工件齿数z、压力角αn0、插齿刀、工件传动比in0和被加工工件齿形。进一步的，插齿刀轴线为z轴建立右手正交坐标系Sxyz，将步骤(2)得到的插齿刀理论侧后刀面离散矩阵绕x轴旋转一个角度θ；之后将若干个刃磨截面的刃形投影到xoy平面内，得到系列投影点，利用曲线拟合所述投影点；调整旋转角度，直至各刃磨截面内的廓形误差最小，得到最优旋转角度和最优拟合曲线；以所述最优拟合曲线为准线，以z轴线方向为母线进行移动，得到最优拟合柱面，作为插齿刀侧后刀面。进一步的，步骤(3)中曲线拟合的具体过程为：以旋转后的第j个截面为基准面，将侧刃形在xoy平面内进行投影，得到投影点；对基准截面插齿刀的投影点进行参数曲线拟合，设插值曲线为lj，插值函数为f(xj)；对于z轴方向的若干重磨面的系列投影点，分别求其到插值曲线的距离eij，记eij为各投影点的单参数柱面拟合误差，得到误差矩阵E：设数组E中元素最大值为emax，则emax为转角θ下的最大齿形误差；求解最大齿形误差emax的最小值，得到最优旋转角度和对应的插值曲线，所述插值曲线为最优拟合曲线。进一步的，在步骤(4)中，双面磨削砂轮的轴截面廓形为最优拟合柱面的准线，此时砂轮中间轴截面为插齿刀齿槽对称面。进一步的，在步骤(5)中，磨削运动为砂轮沿柱面投影方向的往复运动，进给运动为磨削运动垂直方向。进一步的，采用跨齿分度磨削，跨齿数为质数，所述质数与插齿刀齿数无公约数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，针对插齿刀侧后刀面是难加工的非解析曲面，首先根据被加工工件齿形进行了插齿刀理论侧后刀面设计，从刀具高精高效加工角度出发，基于曲面逼近原则和柱面投影原理提出了单参数柱面投影逼近方法，得到易于磨削的柱面后刀面，结合砂轮参数进一步得到砂轮廓形，从而实现插齿刀侧后刀面的单参数双面磨削；采用单参数双面磨削，无需附加铲磨运动，机床调整简单，加工效率高。本专利技术的插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，既适用于齿轮插齿刀磨削，又适用于花键、链轮等特殊齿形类零件的插齿刀磨削加工，具有广阔的推广应用前景和极大的效益空间。进一步的，采用单参数柱面投影逼近插齿刀理论侧后刀面，所得逼近柱面的准线为一条插值曲线，不是传统方法预设的柱面曲线；柱面准线为逼近离散点的插值曲线，进一步拓展了插齿刀廓形设计自由度，使齿类零件齿形设计更为灵活，极大拓宽了插齿刀加工范围。附图说明图1为本专利技术的插齿刀磨削示意图；图2为本专利技术的柱面投影原理图；图3为本专利技术的单参数柱面投影坐标系；图4为本专利技术的单参数双面磨削及砂轮修整模型。其中，1为磨削砂轮，2为插齿刀。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)根据被加工工件的基本参数与插齿刀的基本参数确定插齿刀各截面的加工中心距；/n所述截面与插齿刀轴线相垂直；/n(2)在忽略前角时，对于插齿刀齿的第j个截面根据插齿刀与被被加工齿廓的啮合关系，得到所述截面内的侧刃离散点；/n引入插齿刀轴线方向的刃磨厚度，得到侧刃离散矩阵；/n引入前角对厚度方向进行修正，得到插齿刀理论侧后刀面离散矩阵；/n(3)基于单参数柱面投影法对插齿刀理论侧后刀面离散矩阵进行逼近，得到最优拟合柱面；/n(4)根据所述插齿刀侧后刀面，设计双面磨削砂轮廓形；/n(5)进行插齿刀分齿磨削。/n

【技术特征摘要】
1.一种插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据被加工工件的基本参数与插齿刀的基本参数确定插齿刀各截面的加工中心距；
所述截面与插齿刀轴线相垂直；
(2)在忽略前角时，对于插齿刀齿的第j个截面根据插齿刀与被被加工齿廓的啮合关系，得到所述截面内的侧刃离散点；
引入插齿刀轴线方向的刃磨厚度，得到侧刃离散矩阵；
引入前角对厚度方向进行修正，得到插齿刀理论侧后刀面离散矩阵；
(3)基于单参数柱面投影法对插齿刀理论侧后刀面离散矩阵进行逼近，得到最优拟合柱面；
(4)根据所述插齿刀侧后刀面，设计双面磨削砂轮廓形；
(5)进行插齿刀分齿磨削。


2.根据权利要求1所述的插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，其特征在于，所述基本参数包括：被加工工件齿数z、压力角αn0、插齿刀、工件传动比in0和被加工工件齿形。


3.根据权利要求1所述的插齿刀侧后刀面的单参数柱面投影双面成形磨削方法，其特征在于，插齿刀轴线为z轴建立右手正交坐标系Sxyz，将步骤(2)得到的插齿刀理论侧后刀面离散矩阵绕x轴旋转一个角度θ；
之后将若干个刃磨截面的刃形投影到xoy平面内，得到系列投影点，利用曲线拟合所述投影点；
调整旋转角度，直至各刃磨截面内的廓形误差最小，得到最优旋转角度和最优拟合曲线；
以所述最优拟合曲线为准线，以z轴线方向为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文超，毛世民，何子明，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61