[发明专利]直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法

说明书

本发明公开了直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法，所述设备包括直刃刀具、现有的锥齿轮机床以及能实现各类面齿轮加工的专用夹具，所加工的面齿轮的空间关系包括正交、斜交、正偏置和斜偏置，可加工的面齿轮齿形包括直齿、斜齿、人字齿，所述专用夹具分别用于夹持直刃刀具和各类面齿轮，以实现所述空间关系和齿形加工所需的角度调整配置。用所述加工设备制造各类面齿轮的加工方法包括双参数和单参数包络法，直刃刀具产形平面与被加工的各类面齿轮齿面在所述双参数包络法中是点接触的，加工精度高，在所述单参数包络法中是线接触的，加工效率高，利用所述加工设备和加工方法能够大幅降低各类面齿轮的制造成本。

技术领域：

本发明涉及齿轮制造领域，具体地涉及直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法。

背景技术：

圆柱齿轮(小轮)与锥齿轮啮合传动中的锥齿轮称为面齿轮，它们的轴夹角范围是0°＜γ＜180°。传统上，面齿轮轮齿的齿面是通过如下方式确定的：基于空间啮合理论，与在实际使用中的小轮和面齿轮啮合传动安装方式一样，当小轮绕其轴线连续转动并驱动面齿轮转动，面齿轮上的小轮齿面族的包络被确定为面齿轮的齿面，在此定义中的小轮称为产形轮，产形轮与小轮除相差1～3个齿之外，其它参数两者均相同。

限于面齿轮齿面的上述定义，传统的面齿轮加工方法均模拟了产形轮与面齿轮的啮合过程，即：刀具产形曲线由产形轮法向齿廓曲线确定，刀具在齿宽方向做直线或螺旋运动以模拟产形轮轮齿的完整齿面，刀具绕产形轮轴线旋转且面齿轮绕其自身轴线旋转以模拟产形轮与面齿轮的啮合过程，图1所示为这种传统加工方法的典型应用，导致刀具不能通用、价格昂贵且修正费时费力，或者需要高精尖的专用机床，或者加工效率极低。

为实现刀具的通用化和利用现有机床加工直齿面齿轮，现有专利技术公开了一系列的直齿面齿轮的加工方法，例如：US2012/0099939A1，CN103264198A，CN103692026A，CN105196014A，CN102725089A。此外，现有文献也针对在现有机床上利用通用刀具加工面齿轮做出了诸多尝试，例如：Journal of Mechanical Design，2017，140(2)：023302-023302-9；航空动力学报，2017，34(4)：1018-1024；机械传动，2016，40(06)：18-22；机械传动，2015，39(06)：5-8；机械传动，2012，36(12)：8-11。然而这些制造方法一方面只适用于正交直齿面齿轮的加工，另一方面多数只适用于面齿轮的切削加工，实现磨削加工还存在诸多困难，另外利用少数现有专利公开的方法加工正交直齿面齿轮，如US2012/0099939A1公开的格里森coniface面齿轮加工方法，如图2所示，还会带来较大齿面偏差的缺陷。

针对以上不能采用通用刀具和现有机床切削、磨削各类面齿轮的技术难点，提出了直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及用该设备制造各类面齿轮的加工方法，阐述了其所使用的直刃刀具、机床和专用夹具、以及各类面齿轮的加工方法。

发明内容：

为解决以上技术问题，本发明提供直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备及加工方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

直刃刀具制造各类面齿轮的加工设备，其特征在于加工设备包括直刃刀具、现有锥齿轮数控机床、刀具专用夹具、工件专用夹具；

所述直刃刀具包括铣齿刀和砂轮：

所述铣齿刀包括盘形刀体、刀柄和直线切削刃，盘形刀体上有两个端面，盘形刀体与刀柄固联为一体且同轴线，与刀柄固联的端面为后端面，另一端面为前端面，前端面、后端面垂直于盘形刀体轴线，直线切削刃绕盘形刀体轴线均匀分布于前端面上，直线切削刃的方向是前端面的径向，相邻切削刃之间、前端面与后端面之间，切削刃根部至盘形刀体外缘之间预留有排屑槽；