[发明专利]一种面向大变位齿轮的强力刮齿刀具设计方法

说明书

本发明提供了一种面向大变位齿轮的强力刮齿刀具设计方法，包括：获取工件参数、刀具设计参数和刀具安装参数；设定齿轮的齿形误差阈值，给出优化设计变量，建立优化模型目标函数，设置约束条件；令刀具安装参数作为常量，优化刀具设计参数，采用优化后的刀具设计参数并制造刀具；获取刀具的总重磨量，将其等分成n份，令刀具设计参数作为常量，依次优化刀具每次重磨后的刀具安装参数，并分别构建优化后的刀具安装中心距与刀具重磨量、优化后的刀具安装角与刀具重磨量之间的拟合函数；量取刀具当前的实际重磨量，由拟合函数计算刀具的实际安装参数。本发明解决在强力刮齿加工过程中存在的刀具设计制造困难问题和使用寿命短的问题。

技术领域

本发明涉及齿轮加工技术领域，尤其涉及一种面向大变位齿轮的强力刮齿刀具设计方法。

背景技术

强力刮齿是一种针对现有齿轮加工的局限而发展起来的新型圆柱齿轮加工技术，具有高效、高精、绿色环保的特点。该技术广泛使用于汽车变速箱、行星齿轮减速器的内齿轮加工，不仅在小模数齿轮的加工效率和加工精度上要优于滚齿和插齿加工方式，而且能够实现对非贯通的螺旋行星内齿轮的切削加工。

近年来，德国、美国、日本等相继研发出了使用强力刮齿技术的机床。然而，国内外采用强力刮齿加工技术的机床市场使用情况并没有达到预期要求，主要是因为针对大变位齿轮的强力加工还存在着刀具设计制造困难和刀具使用寿命短的问题。随着变速箱和减速器的结构设计越来越紧凑，在行星齿轮传动设计过程中，为了获得合理的齿轮副中心距，需要对齿轮进行大变位(正变位或负变位)设计，但是采用强力刮齿刀具加工大变位齿轮，往往会存在以下问题：

1)一部分变位后的内齿轮会出现齿顶圆大于分度圆，按照传统的刮齿刀具设计方法，刀具的模数和压力角需要与齿轮工件的模数和压力角相同，而这样设计出的刮齿刀具加工出的齿轮工件齿形误差过大，不能满足齿轮工件的精度要求；

2)一部分压力角较大的变位齿轮，会导致设计出的刮齿刀具产生齿顶变尖或齿根齿槽变窄，对刮齿刀具的制造和使用不利；

3)一部分大变位齿轮虽然能够设计出满足初始精度要求的刀具，但是刀具使用寿命过短。当刀具多次重磨以后，刀具与齿轮之间的啮合角逐渐偏离理论值，导致加工出的齿轮精度不再满足要求，刀具使用寿命不足。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种面向大变位齿轮的强力刮齿刀具设计方法，解决大变位齿轮在强力刮齿加工过程中存在的刀具设计制造困难问题，以及刀具使用寿命短的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种面向大变位齿轮的强力刮齿刀具设计方法，包括如下步骤：

S01、获取工件参数(m_n,α_n)、刀具设计参数(m_n,α_n,β_t)和刀具安装参数(a,Σ)，其中m_n表示工件模数和刀具模数，α_n表示工件压力角和刀具压力角，β_t表示刀具螺旋角，a表示刀具安装中心距，Σ表示刀具安装角；

S02、设定齿轮的齿形误差阈值[δ]，给出优化设计变量，由包含优化设计变量的刀具齿形包络得到的齿轮齿形方程和理想的齿轮齿形方程，建立优化模型目标函数，并设置约束条件；

S03、令刀具安装参数(a,Σ)作为常量，优化刀具设计参数(m_n,α_n,β_t)，使之满足目标函数和约束条件，得到优化后的刀具设计参数(m’_n,α’_n,β’_t)，采用优化后的刀具设计参数(m’_n,α’_n,β’_t)制造刀具；