CN116174753A - 一种蜗杆砂轮开槽pcd车刀设计方法及pcd车刀 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法及PCD车刀，根据磨削比和导程之间的关系，使用整除验证法确定蜗杆砂轮头数；根据加工齿轮和蜗杆砂轮左旋或右旋，确定开槽PCD车刀左右后角角度大小；基于蜗杆分度圆导程角计算PCD车刀左右后角大小和PCD车刀齿形角，以及PCD刀尖的夹角，基于模数确定PCD刀尖圆弧以及车刀PCD刀尖的深度；基于螺旋线蜗杆加工原理完成PCD车刀开槽，本申请利用该方法可对不同参数齿轮的蜗杆砂轮加工，不仅可以应用于蜗杆砂轮前期可加工性的校核，也可作为蜗杆砂轮预加工的图纸，独创的PCD车刀刀具，刀体采用左右后角结构，避免加工时车刀和砂轮干涉。
Description
技术领域
本发明属于砂轮车刀加工技术领域，具体涉及一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法及PCD车刀。
背景技术
随着新能源、AMT等新型变速箱的研发，对齿轮高转速大扭矩的要求进一步提升，快速推广磨齿新工艺迫在眉睫；同时，伴随着现有客户个性化定制，需求多样化，高速齿轮呈多品种、小批量的生产趋势。
现有技术中蜗杆砂轮开槽加工采用开槽金刚石滚轮，但是金刚石滚轮价格昂贵，通用性差；同时，不同品种就需要不同金刚石滚轮，单一金刚石滚轮不能兼容其它品种；并且，金刚石滚轮开槽设计时，无设计螺旋升角的影响，存在一定的理论缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法及PCD车刀，解决了蜗杆砂轮开槽加工刀具成本高、通用性差的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，包括以下步骤：
根据磨削比和导程之间的关系，使用整除验证法确定蜗杆砂轮头数；
根据加工齿轮和蜗杆砂轮左旋或右旋，确定开槽PCD车刀左右后角角度大小；
基于蜗杆分度圆导程角计算PCD车刀左右后角大小和PCD车刀齿形角，以及PCD刀尖的夹角，基于模数确定PCD刀尖圆弧以及车刀PCD刀尖的深度；
基于螺旋线蜗杆加工原理完成PCD车刀开槽。
进一步的，所述磨削比为齿数与头数之比，且磨削比为8.5-11。
进一步的，所述整除验证法中的头数为待定值，头数为正整数N，且齿数与头数之比不能为整数。
进一步的，所述导程为模数*π*头数，且导程比小于60。
进一步的，当蜗杆砂轮左旋时，左后角大于右后角；当蜗杆砂轮右旋时，右后角大于左后角。
进一步的，PCD车刀左右后角角度大小计算过程为：
砂轮齿根高为被加工零件的齿根高ha0，ha0＝hf，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮分度圆直径d0，d0＝da0–2·ha0，da0为砂轮的齿顶圆直径；
砂轮分度圆螺纹升角γz0，sinγz0＝mn*N/d0，其中，mn为被加工零件的法向模数，N为头数；
同样的螺旋线头数情况下，蜗杆砂轮的外径越大，蜗杆的螺旋升角越小；
刀体大后角为砂轮分度圆螺纹升角γz0+5°；
刀体小后角为3°，3°为经验值。
进一步的，所述PCD车刀齿形角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角；
所述PCD刀尖的夹角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角。
进一步的，若模数为1-3mm，则PCD刀尖圆弧为R1，若模数为4-6mm，则PCD刀尖圆弧为R1.6，若模数为6-8mm，则PCD刀尖圆弧为R3。
进一步的，所述车刀PCD刀尖的深度为：
砂轮齿顶高ha0，ha0＝hf，其中，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮齿根高hf0，hf0＝ha+c′·mn，其中，ha为被加工零件的齿顶高，c′为径向间隙系数，mn为被加工零件的法向模数；
砂轮齿全高h0，h0＝ha0+hf0，砂轮齿全高h0为车刀PCD刀尖的深度。
一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀，一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法采用的PCD车刀，包括刀体和固定设置于刀体端部的PCD刀尖；
所述刀体为矩形体结构，其端部为V字型结构，且一侧设置有凹槽，所述凹槽内固定设置有PCD刀尖。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法及PCD车刀，根据磨削比和导程之间的关系，使用整除验证法确定蜗杆砂轮头数；根据加工齿轮和蜗杆砂轮左旋或右旋，确定开槽PCD车刀左右后角角度大小；基于蜗杆分度圆导程角计算PCD车刀左右后角大小和PCD车刀齿形角，以及PCD刀尖的夹角，基于模数确定PCD刀尖圆弧以及车刀PCD刀尖的深度；基于螺旋线蜗杆加工原理完成PCD车刀开槽，本申请利用该方法可对不同参数齿轮的蜗杆砂轮加工，不仅可以应用于蜗杆砂轮前期可加工性的校核，也可作为蜗杆砂轮预加工的图纸，独创的PCD车刀刀具，刀体采用左右后角结构，避免加工时车刀和砂轮干涉。
附图说明
图1为本发明一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法流程图；
图2为本发明PCD车刀结构主视图；
图3为本发明PCD车刀结构侧视图；
图4为本发明刀体结构示意图；
图5为本发明PCD刀尖结构示意图。
图中：1、刀体；2、PCD刀尖；3、凹槽。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明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包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，包括以下步骤：
根据磨削比和导程之间的关系，使用整除验证法确定蜗杆砂轮头数；
根据加工齿轮和蜗杆砂轮左旋或右旋，确定开槽PCD车刀左右后角角度大小；
基于蜗杆分度圆导程角计算PCD车刀左右后角大小和PCD车刀齿形角，以及PCD刀尖的夹角，基于模数确定PCD刀尖圆弧以及车刀PCD刀尖的深度；
基于螺旋线蜗杆加工原理完成PCD车刀开槽。
优选的，所述磨削比为齿数与头数之比，且磨削比为8.5-11。
优选的，所述整除验证法中的头数为待定值，头数为正整数N，且齿数与头数之比不能为整数。
优选的，所述导程为模数*π*头数，且导程比小于60。
优选的，当蜗杆砂轮左旋时，左后角大于右后角；当蜗杆砂轮右旋时，右后角大于左后角。
优选的，PCD车刀左右后角角度大小计算过程为：
砂轮齿根高为被加工零件的齿根高ha0，ha0＝hf，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮分度圆直径d0，d0＝da0–2·ha0，da0为砂轮的齿顶圆直径；
砂轮分度圆螺纹升角γz0，sinγz0＝mn*N/d0，其中，mn为被加工零件的法向模数，N为头数；
同样的螺旋线头数情况下，蜗杆砂轮的外径越大，蜗杆的螺旋升角越小；
刀体大后角为砂轮分度圆螺纹升角γz0+5°；
刀体小后角为3°，3°本领域技术人员常用的经验取值。
优选的，所述PCD车刀齿形角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角；
所述PCD刀尖的夹角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角。
优选的，若模数为1-3mm，则PCD刀尖圆弧为R1，若模数为4-6mm，则PCD刀尖圆弧为R1.6，若模数为6-8mm，则PCD刀尖圆弧为R3。
优选的，述车刀PCD刀尖的深度为：
砂轮齿顶高ha0，ha0＝hf，其中，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮齿根高hf0，hf0＝ha+c′·mn，其中，ha为被加工零件的齿顶高，c′为径向间隙系数，mn为被加工零件的法向模数；
砂轮齿全高h0，h0＝ha0+hf0，砂轮齿全高h0为车刀PCD刀尖的深度。
本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀，基于一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法得到。
本发明提供一种优选实施例为：被加工齿轮参数：法向模数(齿轮的基本参数)mn＝4.118，压力角(齿轮的基本参数)α＝20°，齿数(齿轮的基本参数)Z＝25，左旋为hf＝5.474；
蜗杆砂轮规格(外径x长度x内孔)为φ150x200xφ50.8mm；
计算1、磨削比＝Z/N＝25/3＝8.33，满足8-11之间。
计算2、导程＝m*π*N＝4.118X3.14X3＝38.79，小于60。
计算3、整除＝Z/N＝25/3＝8.3，不能被整除。
蜗杆砂轮头数一般取，N＝1/2/3/4/5/6，采用代入法，必须满足条件计算1、计算2和计算3，进而基于所述整除验证法中的头数为待定值，头数为正整数N，且齿数与头数之比不能为整数，选取N＝3。
步骤二：加工零件左旋，蜗杆砂轮左旋，左后角角度大于右后角角度。
步骤三：砂轮齿顶高ha0，ha0＝hf＝5.474mm；
砂轮分度圆直径d0，d0＝da0–2·ha0＝150-2x5.474＝99.052；
砂轮分度圆螺纹升角γz0，sinγz0＝mn·N/d0；
γz0＝arcsin(mn·N/d0)＝arcsin(4.118x3/99.052)＝7.16°；
刀体大后角＝γz0＝arcsin(7x6/99.052)＝25°，按照极限值mn＝7，N＝6。
刀体小后角＝3°；
步骤四：刀体齿形角＝2*被加工零件的分度圆法向压力角＝2x20°＝40°；
步骤五：PCD刀尖的夹角＝2*被加工零件的分度圆法向压力角＝2x20°＝40°；
步骤六：确定PCD刀尖圆弧，模数4-6mm，选择R1.6；
步骤七：确定车刀PCD刀尖的深度：H＝h0+6mm，6为裕度。
h0＝ha0+hf0＝hf+ha+c′·mn＝5.474+5.278+0.2X4.118＝11.57mm
H＝h0+6mm＝11.57+6＝18mm
本发明提供一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀，具体为：一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法采用的PCD车刀，如图2和图3所示，其包括刀体1和固定设置于刀体1端部的PCD刀尖2；所述刀体1为矩形体结构，其端部为V字型结构，且一侧设置有凹槽3，所述凹槽3内固定设置有PCD刀尖2；进一步的，如图4和图5所示，所述刀体1端部的V字型结构左右不对称，刀体左后角为25°，刀体右后角为3°，V字型结构的刀体齿形角40°±6′，PCD刀尖2为等腰三角形形状，PCD刀尖2的夹角40°±6′，PCD刀尖2圆弧R1.6。确定车刀PCD刀尖的深度18mm，PCD刀尖2厚度3mm，具体的，该蜗杆砂轮开槽PCD车刀采用刀体1和PCD刀尖2焊接工艺牢固无虚焊。
该种PCD车刀和设计方法，可以实现高精度高效蜗杆砂轮开槽加工，减少刀具成本。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据磨削比和导程之间的关系，使用整除验证法确定蜗杆砂轮头数；
根据加工齿轮和蜗杆砂轮左旋或右旋，确定开槽PCD车刀左右后角角度大小；
基于蜗杆分度圆导程角计算PCD车刀左右后角大小和PCD车刀齿形角，以及PCD刀尖的夹角，基于模数确定PCD刀尖圆弧以及车刀PCD刀尖的深度；
基于螺旋线蜗杆加工原理完成PCD车刀开槽。
2.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，所述磨削比为齿数与头数之比，且磨削比为8.5-11。
3.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，所述整除验证法中的头数为待定值，头数为正整数N，且齿数与头数之比不能为整数。
4.根据权利要求3所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，所述导程为模数*π*头数，且导程比小于60。
5.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，当蜗杆砂轮左旋时，左后角大于右后角；当蜗杆砂轮右旋时，右后角大于左后角。
6.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，PCD车刀左右后角角度大小计算过程为：
砂轮齿根高为被加工零件的齿根高ha0，ha0＝hf，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮分度圆直径d0，d0＝da0–2·ha0，da0为砂轮的齿顶圆直径；
砂轮分度圆螺纹升角γz0，sinγz0＝mn*N/d0，其中，mn为被加工零件的法向模数，N为头数；
同样的螺旋线头数情况下，蜗杆砂轮的外径越大，蜗杆的螺旋升角越小；
刀体大后角为砂轮分度圆螺纹升角γz0+5°；
刀体小后角为3°，3°为经验值。
7.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，所述PCD车刀齿形角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角；
所述PCD刀尖的夹角为两倍的被加工零件的分度圆法向压力角。
8.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，若模数为1-3mm，则PCD刀尖圆弧为R1，若模数为4-6mm，则PCD刀尖圆弧为R1.6，若模数为6-8mm，则PCD刀尖圆弧为R3。
9.根据权利要求1所述一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法，其特征在于，所述车刀PCD刀尖的深度为：
砂轮齿顶高ha0，ha0＝hf，其中，hf为被加工零件的齿根高；
砂轮齿根高hf0，hf0＝ha+c′·mn，其中，ha为被加工零件的齿顶高，c′为径向间隙系数，mn为被加工零件的法向模数；
砂轮齿全高h0，h0＝ha0+hf0，砂轮齿全高h0为车刀PCD刀尖的深度。
10.一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀，其特征在于，权利要求1-9所述任意项一种蜗杆砂轮开槽PCD车刀设计方法采用的PCD车刀，包括刀体(1)和固定设置于刀体(1)端部的PCD刀尖(2)；
所述刀体(1)为矩形体结构，其端部为V字型结构，且一侧设置有凹槽(3)，所述凹槽(3)内固定设置有PCD刀尖(2)。
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