基于UG剃齿刀构建及齿廓修形优化研究 - 图文

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5.2.3不同齿数的剃齿刀齿面受力变形与齿廓曲线曲率的对应关系 .................................................... 58 5.2.4不同材料的剃齿刀齿面受力变形与齿廓曲线曲率的对应关系 .................................................... 60

6.刀具制作 ............................................... 63

6.1快速成型技术 ........................................... 63 6.2 Dimension BST768快速成型机 ............................ 63 6.3快速成型原理 ........................................... 64 6.4 三维打印成型设备的功能 ................................. 64

总结 .................................................... 66 致谢 .................................................... 67 参考文献 ................................................. 68

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1：绪论

齿轮传动在航天、汽车、船舶、机械、建筑等各个行业应用非常广泛，占有举足轻重的地位。生产实践和理论分析可知，在影响齿轮承载能力和使用寿命的诸因素中，最为主要的因素是齿轮的齿形。

剃齿加工方法作为齿轮精加工工艺之一，由于其效率高、成本低、适应性强而被广泛地用作齿轮修形。但是长期以来剃齿领域的一大难题—被剃齿轮齿形中凹问题一直困扰着齿轮加工行业。即若用标准渐开线齿形的剃齿刀剃齿，剃出的齿轮齿形在节圆附近均产生不同程度的凹陷现象，即形成所谓的中凹误差。这样剃后齿形不仅影响齿轮的加工精度，而且会产生传动噪音，甚至缩短使用寿命。由于剃齿是空间啮合过程，影响工艺特性的因素较多，较复杂，从而导致有关剃齿的某些机理人们尚未透彻了解;产生中凹现象的原因在理论上尚未有十分明了的解释，因此被剃齿轮中凹误差成为剃齿领域的一大难题。

齿轮修形技术是反映一个国家机械制造行业整体水平的重要方面，齿轮修形最终要通过对加工齿轮的工具修形来实现，齿轮刀具的修形是齿轮修形的基础，对其研究具有重要的实际意义。剃齿中产生的中凹现象是影响齿轮传动质量的重要因素，为了消除被剃齿轮齿形的这种现象，目前所采用的办法，就是相应地修正剃齿刀的齿形曲线。

1.1剃齿加工概述 1.1.1剃齿加工原理

剃齿是齿轮形状加工的精加工工序，它是整个齿轮加工中最关键的工序之一。一方面剃齿要修正齿形粗加工时所降低的齿轮精度;另一方面，考虑到热处理的变形，在齿形方面，相邻齿距误差要适当提高精度，在齿向方面，要根据热处理的变形趋向而适当修正齿向曲线。只有这样，才能保证齿轮达到成品齿形、齿向的要求。剃齿的方法有传统的轴向剃齿、对角剃齿和先进的径向剃齿。

剃齿刀是在齿轮制造中被广泛采用的齿轮精加工刀具。用剃齿刀加工主要优点是生产率高，加工一个齿轮仅需1—3分钟;刀具使用寿命长，故在生产中使用较多。剃齿刀能从(未经淬火的)齿轮齿面上剃下很薄的一层金属，从而使被剃齿轮获得较高的精度(15010095— 88中的6级~7级精度)并降低齿面粗糙度。加工齿轮的剃齿刀有两种:齿条

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状剃齿刀和盘状(齿轮状)剃齿刀，现在生产中使用的主要是盘状剃齿刀。

当一直齿轮和一斜齿轮相啮合时，或者两个螺旋角不等的斜齿轮相啮合，都会因两轴线投影的交叉而构成一定大小的轴间交角艺。假如斜齿轮是加工刀具(剃齿刀)，直齿轮(或另一斜齿轮)是被加工的工件，在刀具主动回转并带动工件自由回转的情况下，剃齿刀上所产生的圆周速度v。可分解为两个速度分量:其中一个分速度向量v，垂直于直齿轮的轴线，另一个速度分量v，与直齿轮齿向方向平行，前者带动齿轮旋转，后者使两齿面产生齿向方向滑移(如图l.l和图l.2)。

图1.1剃齿工艺示意图 图1.2切削速度示意图

如果将剃齿刀牙齿两侧面制出一系列与端面平行的沟槽以形成切削刃，当剃齿刀与齿轮工件无间隙啮合时，由于进刀压力和切削速度v;的作用，可从工件齿面切下一层约0.01-0.05unll的金属层，从而实现剃齿工艺的切削过程。剃齿刀主轴再辅之以周期性轴向往复移动即可对齿轮齿面所有部位的剃削。剃齿刀装在机床主轴上，被剃齿轮装在工作台两顶尖间，理论上是无侧隙点接触，但实际剃齿时，刀齿必须压入被剃齿轮齿面一定深度才能切下一定厚度的材料，进而理论上的点接触变成近似椭圆的面接触。

1.1.2剃齿产生的中凹误差原因

齿形中凹误差产生的原因，目前理论上没有一个十分成熟的解释，一般认为，最根本的原因有三点:

(1)齿面接触压力和挤压强度的改变

剃齿加工是空间无侧隙啮合过程，是点接触。在剃齿过程中，剃齿刀和被剃齿轮两轴间的径向压力是不变的，而剃齿刀与被剃齿轮同时相啮合齿面对数则是变化的。其中，以两对齿面接触点同时工作的“双齿啮合区”总是位于齿顶和齿根处，而以一对齿面接

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触点工作的“单齿啮合区”则总是在节圆附近。这样，单齿啮合区中的齿面压力和挤压强度显然比双齿啮合区中的大得多，使得在节圆附近多切削了一部分金属，造成了齿形中凹误差。

(2)切削速度的变化

由于同时相啮合的齿面对数是变化的，使得在整个啮合过程中，剃齿刀和被剃齿轮沿齿形各点的瞬时转速发生了变化，从而引起沿齿形各点的切削速度的变化。由于在节圆附近同时啮合的齿面对数少，此时的瞬时转速低，切削速度也小。也就是说，切屑变形时间和切削力传递时间长，以至多切去一部分金属。

(3)诱导法曲率不等值

通过微分几何计算，可得知剃齿刀和被剃齿轮诱导法曲率在相对运动速度方向上随齿高的不同而不同，在齿高中部较小。此值越小，剃齿刀和工件的齿面就越贴近，因而在轴向进给过程中，剃齿刀通过工件齿面的刀刃就越多，切去的金属量就比较大，在那里就越容易产生中凹误差。

1.1.3影响齿形中凹误差的主要因素

(1)齿形中凹与重合度的关系

重合度是表示齿轮啮合在实际啮合线上的啮合对数。重合度越大，齿轮同时啮合齿面的对数越多，每对齿所承受的压力就越小，瞬时变化也小，传动也就越平稳。重合度可用下式表示:

???(1/2?)*[Z1(tan?01?tan?')?Z2(tan?02?tan?')

式中: ??凡为齿轮传动的重合度z1,z2分别为两齿轮的齿数; α为啮合角;?01,?02分别为两齿轮齿顶压力角。

从上式可知，重合度与模数无关，而随齿数的减少而减小。这样，对少齿数齿轮(Z<20)剃齿，其中凹误差特别明显，必须采取相应的工艺措施来减小。从上式可知，重合度与模数无关，而随齿数的减少而减小。这样，对少齿数

(2)齿形中凹与剃齿刀变位量的关系

经研究发现，用一把正变位的新剃齿刀剃齿，得到的中凹误差比剃齿刀重磨多次后剃齿得到的中凹误差大。这说明，随着重磨次数的增加，分度圆齿厚变薄刀齿逐渐向负变位变化。重磨次数越多，负变位量越大。随着变位系数的减小，剃齿刀与被剃齿轮的啮合中心距减小，啮合角减小，实际啮合线变长，重合度增加。此时，剃齿刀作用在被剃齿轮上的切削力也逐渐变小而均匀，切削稳定性增强。因此，齿轮齿形中凹误差随剃

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