伞齿刀具的加工及应用(附件)
伞齿刀具是很重要的齿轮加工刀具，其制造对设备和工艺性都有特殊的要求。由于锥齿轮的加工技术被国外垄断，国内关于锥齿轮的铣齿刀具研究较少，因此刀具作为必备的锥齿轮加工工具，它的制造技术要进行研究。本文采用理论研究探索解决锥齿轮刀具制造中的关键技术问题,研究了螺旋齿锥齿轮的切齿原理、刀盘体及刀齿的几何结构、确定了刀盘体及刀齿的加工方案，并将设计方案在机床上进行加工验证，确定了方案的可行性；利用实际生产过程中对刀具的使用，设计并建立了数据关系模型，利用Visual Basic6.0开发应用程序中ADO数据访问技术对建立的刀具数据库进行了访问，从而实现了刀具数据库应用系统的开发，为用户在实际生产中提高生产效率奠定了基础，也为提高企业的生产效率创造有利条件。关键词 螺旋锥齿轮，铣刀盘，刀具数据库目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外螺旋锥齿轮加工刀具研究现状 1
1.3 刀具数据库的研究现状 5
1.4 课题研究的意义 5
2 总体方案 6
2.1 课题的需求分析 6
2.2 课题的主要研究内容 7
2.3 课题的解决方案 7
3 伞齿刀具设计 8
3.1 铣刀设计的理论基础 8
3.2 待加工齿轮的几何参数计算 10
3.3 铣刀盘的结构设计 12
4 伞齿刀具的加工实现 15
4.1 铣刀刃磨及程序编写 16
4.2 铣齿加工过程 19
4.3 齿轮样件的对滚检验 21
5 刀具数据库的开发 23
5.1 刀具数平台开发技术 23
5.2 刀具数据库的框架结构 25
5.3 刀具数据库系统的基本功能 26
5.4 刀具数据库应用程序的开发 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1.1 引言
“螺旋锥齿轮”是对于齿面节线为曲线的锥齿轮的习惯叫法[1],是机械传动的基础元件,用于传递两相交或 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
据库的框架结构 25
5.3 刀具数据库系统的基本功能 26
5.4 刀具数据库应用程序的开发 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1.1 引言
“螺旋锥齿轮”是对于齿面节线为曲线的锥齿轮的习惯叫法[1],是机械传动的基础元件,用于传递两相交或交错轴间的运动。与同样尺寸的直齿锥齿轮相比,螺旋锥齿轮可以传递更大的负荷。由于螺旋锥齿轮的轮齿是倾斜齿,啮合时逐渐地沿节线连续接触(即重叠作用),这就保证了在任意时刻都有一个以上的齿啮合,从而达到平稳地传递负荷的目的。如果齿轮的制造精度足够高,即便是在高速下工作,也能实现平稳和无噪声传动。由于螺旋锥齿轮具有上述的重叠系数大、传动精度高、噪音小、承载能力高的优点,因此被广泛应用于各类高速运转的机械和一些对稳定性要求较高的低速传动中。例如汽车、飞机、机床及矿山机械等领域降[2,3]。
在国际上,螺旋线齿锥齿轮主要有两种齿制,一种是格里森公司推荐使用的用端面铣齿法加工的圆弧收缩齿；另一种是奥利康公司推荐使用的用端面滚齿法加工的摆线等高齿。目前以格里森收缩齿制弧齿锥齿轮的应用最为广泛。国内在齿轮设计、切齿机床、刀具和切齿工艺等方面也几乎全部采用格里森制[1,4,5]。但是上述公司对螺旋锥齿轮的加工进行保密,外界很难获得螺旋锥齿轮的加工技术。
1.2 国内外螺旋锥齿轮加工刀具研究现状
目前,螺旋锥齿轮的加工方式主要两种:成形法和包络展成法。但是无论采用成形法还是包络展成法加工,小齿轮的加工都必须用展成法。用成形法加工的大齿轮齿形与刀具切削刃的形状一样；展成切齿法的刀具刀刃廓形与被加工齿轮齿形不一致,它是由刀片切削刃顺序位置的包络线形成的，如图1-1所示。
图 1-1 刀片包络线形成图
目前应用最广泛的螺旋锥齿轮切齿原理是“假想平顶齿轮”原理。所谓“假想平定齿轮”原理就是在切齿过程中,假想有一个平顶齿轮与机床摇台同心,通过机床摇台的转动与待加工齿轮进行无隙啮合。在实际切削过程中,安装在机床摇台上的铣刀盘刀片切削刃相对于摇台运动的轨迹表面来代替假想平顶齿轮的轮齿表面。
整个切齿运动过程相当于一个平面圆弧齿轮与被加工锥齿轮的啮合,所得齿形为渐开线的近似齿廓。铣刀盘滚切一次切出一侧齿面,工件分度后铣刀盘滚切出另一齿面,代表假想平顶齿轮轮齿的刀片切削刃就在被切齿轮的毛坯上逐渐地切出齿形。简言之,螺旋锥齿轮的切齿理论就是在大轮齿面确定的情况下设计小轮齿面的形状[4]。
严格来讲,目前生产加工出来的螺旋锥齿轮不能够获得要求的渐开线齿形,究其原因主要是受到切齿原理、刀具构形、制造工艺等因素的限制。因而普遍采用代用齿形,从而丧失了渐开线齿形固有的承载能力高、传动精度高和噪音小等优点,并隔断了不同种类传动副、刀具、切齿方法之间的内在联系。
1.2.1 国内外弧齿锥齿轮加工刀具研究现状
首次提出采用铣刀盘加工弧齿锥齿轮理论的人是德国人Paul Bottcher。在1910年,Paul Bottcher发表了一系列弧齿锥齿轮加工技术的专利报告,提出了单齿分度法和连续分度法这两种加工方法,大小齿轮的加工均采用相同的产形轮。但是报告中没有涉及到齿面修形的概念。采用这两种方法加工出来的齿轮副是共轭等高齿。美国格里森公司工程师JameS.Gleason在1913年设计出第一台弧齿锥齿轮端面切削机床[3]。此后的格里森切齿方法基本上分为同时加工齿槽两侧齿廓的双面切削法和两侧齿廓分别加工的固定安装法。这两种切齿方法所使用的机床和刀具是不相同的,但都会使用端面盘铣刀。采用双面切削法所使用的刀盘的内外刀头是交错的,采用固定安装法使用的刀盘分别是内切刀盘和外切刀盘[6]。为了达到切削不同尺寸的圆弧齿锥齿轮的目的,格里森公司研发并生产出可以通过调节铣刀盘直径来改变刀盘名义直径的镶齿铣刀盘和不能调节刀盘直径的整体铣刀盘[1]。高效铣齿机的不断发展对铣刀盘提出了更高的要求。格里森公司顺应这种需求,相继研发出多种高效铣刀盘和圆拉刀盘。1981年,格里森公司采用了硬质合金刀具对硬齿面齿坯进行范成法精加工。近些年,刀具材料表面的涂层强化改性技术在齿轮刀具上得到迅速推广和应用。格里森RSR刀盘系统便是这一技术的代表,经涂层强化处理的齿轮刀具的寿命显著增加,值得一提的是这种刀盘的重磨形式非常特殊,重磨时不需要刃磨铣刀的前面。RSR全工序刀盘刀头如图 1-2所示[6]:
图1-2 RSR全工序刀头
提高齿轮切削加工效率的重要手段是实现齿轮的高速切削。与此同时,齿轮干切削或少切削液技术〔MMS)的推广能够减少对环境的污染,对于人类社会的可持续发展有着重要的意义[7]。格里森公司于20世纪80年代末期研发出能够实现强力干切弧齿锥齿轮的硬质合金PENTAC刀具。这种刀具的刀头是整体棒状式结构的硬质合金,刀头的刃磨可以在格里森公司的300CG刀盘磨床上使用涂有金刚石的砂轮来实现,刀头硬质合金的材质是瑞典Sandvik公司的HIOF,相当于150标准的“K”牌号。切削面上有TiAIN镀层。刀盘采用的是格里森公司的RSR或TRI-AC切齿刀盘。PENTAC刀具便于加工制作,
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外螺旋锥齿轮加工刀具研究现状 1
1.3 刀具数据库的研究现状 5
1.4 课题研究的意义 5
2 总体方案 6
2.1 课题的需求分析 6
2.2 课题的主要研究内容 7
2.3 课题的解决方案 7
3 伞齿刀具设计 8
3.1 铣刀设计的理论基础 8
3.2 待加工齿轮的几何参数计算 10
3.3 铣刀盘的结构设计 12
4 伞齿刀具的加工实现 15
4.1 铣刀刃磨及程序编写 16
4.2 铣齿加工过程 19
4.3 齿轮样件的对滚检验 21
5 刀具数据库的开发 23
5.1 刀具数平台开发技术 23
5.2 刀具数据库的框架结构 25
5.3 刀具数据库系统的基本功能 26
5.4 刀具数据库应用程序的开发 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1.1 引言
“螺旋锥齿轮”是对于齿面节线为曲线的锥齿轮的习惯叫法[1],是机械传动的基础元件,用于传递两相交或 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
据库的框架结构 25
5.3 刀具数据库系统的基本功能 26
5.4 刀具数据库应用程序的开发 27
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1.1 引言
“螺旋锥齿轮”是对于齿面节线为曲线的锥齿轮的习惯叫法[1],是机械传动的基础元件,用于传递两相交或交错轴间的运动。与同样尺寸的直齿锥齿轮相比,螺旋锥齿轮可以传递更大的负荷。由于螺旋锥齿轮的轮齿是倾斜齿,啮合时逐渐地沿节线连续接触(即重叠作用),这就保证了在任意时刻都有一个以上的齿啮合,从而达到平稳地传递负荷的目的。如果齿轮的制造精度足够高,即便是在高速下工作,也能实现平稳和无噪声传动。由于螺旋锥齿轮具有上述的重叠系数大、传动精度高、噪音小、承载能力高的优点,因此被广泛应用于各类高速运转的机械和一些对稳定性要求较高的低速传动中。例如汽车、飞机、机床及矿山机械等领域降[2,3]。
在国际上,螺旋线齿锥齿轮主要有两种齿制,一种是格里森公司推荐使用的用端面铣齿法加工的圆弧收缩齿；另一种是奥利康公司推荐使用的用端面滚齿法加工的摆线等高齿。目前以格里森收缩齿制弧齿锥齿轮的应用最为广泛。国内在齿轮设计、切齿机床、刀具和切齿工艺等方面也几乎全部采用格里森制[1,4,5]。但是上述公司对螺旋锥齿轮的加工进行保密,外界很难获得螺旋锥齿轮的加工技术。
1.2 国内外螺旋锥齿轮加工刀具研究现状
目前,螺旋锥齿轮的加工方式主要两种:成形法和包络展成法。但是无论采用成形法还是包络展成法加工,小齿轮的加工都必须用展成法。用成形法加工的大齿轮齿形与刀具切削刃的形状一样；展成切齿法的刀具刀刃廓形与被加工齿轮齿形不一致,它是由刀片切削刃顺序位置的包络线形成的，如图1-1所示。
图 1-1 刀片包络线形成图
目前应用最广泛的螺旋锥齿轮切齿原理是“假想平顶齿轮”原理。所谓“假想平定齿轮”原理就是在切齿过程中,假想有一个平顶齿轮与机床摇台同心,通过机床摇台的转动与待加工齿轮进行无隙啮合。在实际切削过程中,安装在机床摇台上的铣刀盘刀片切削刃相对于摇台运动的轨迹表面来代替假想平顶齿轮的轮齿表面。
整个切齿运动过程相当于一个平面圆弧齿轮与被加工锥齿轮的啮合,所得齿形为渐开线的近似齿廓。铣刀盘滚切一次切出一侧齿面,工件分度后铣刀盘滚切出另一齿面,代表假想平顶齿轮轮齿的刀片切削刃就在被切齿轮的毛坯上逐渐地切出齿形。简言之,螺旋锥齿轮的切齿理论就是在大轮齿面确定的情况下设计小轮齿面的形状[4]。
严格来讲,目前生产加工出来的螺旋锥齿轮不能够获得要求的渐开线齿形,究其原因主要是受到切齿原理、刀具构形、制造工艺等因素的限制。因而普遍采用代用齿形,从而丧失了渐开线齿形固有的承载能力高、传动精度高和噪音小等优点,并隔断了不同种类传动副、刀具、切齿方法之间的内在联系。
1.2.1 国内外弧齿锥齿轮加工刀具研究现状
首次提出采用铣刀盘加工弧齿锥齿轮理论的人是德国人Paul Bottcher。在1910年,Paul Bottcher发表了一系列弧齿锥齿轮加工技术的专利报告,提出了单齿分度法和连续分度法这两种加工方法,大小齿轮的加工均采用相同的产形轮。但是报告中没有涉及到齿面修形的概念。采用这两种方法加工出来的齿轮副是共轭等高齿。美国格里森公司工程师JameS.Gleason在1913年设计出第一台弧齿锥齿轮端面切削机床[3]。此后的格里森切齿方法基本上分为同时加工齿槽两侧齿廓的双面切削法和两侧齿廓分别加工的固定安装法。这两种切齿方法所使用的机床和刀具是不相同的,但都会使用端面盘铣刀。采用双面切削法所使用的刀盘的内外刀头是交错的,采用固定安装法使用的刀盘分别是内切刀盘和外切刀盘[6]。为了达到切削不同尺寸的圆弧齿锥齿轮的目的,格里森公司研发并生产出可以通过调节铣刀盘直径来改变刀盘名义直径的镶齿铣刀盘和不能调节刀盘直径的整体铣刀盘[1]。高效铣齿机的不断发展对铣刀盘提出了更高的要求。格里森公司顺应这种需求,相继研发出多种高效铣刀盘和圆拉刀盘。1981年,格里森公司采用了硬质合金刀具对硬齿面齿坯进行范成法精加工。近些年,刀具材料表面的涂层强化改性技术在齿轮刀具上得到迅速推广和应用。格里森RSR刀盘系统便是这一技术的代表,经涂层强化处理的齿轮刀具的寿命显著增加,值得一提的是这种刀盘的重磨形式非常特殊,重磨时不需要刃磨铣刀的前面。RSR全工序刀盘刀头如图 1-2所示[6]:
图1-2 RSR全工序刀头
提高齿轮切削加工效率的重要手段是实现齿轮的高速切削。与此同时,齿轮干切削或少切削液技术〔MMS)的推广能够减少对环境的污染,对于人类社会的可持续发展有着重要的意义[7]。格里森公司于20世纪80年代末期研发出能够实现强力干切弧齿锥齿轮的硬质合金PENTAC刀具。这种刀具的刀头是整体棒状式结构的硬质合金,刀头的刃磨可以在格里森公司的300CG刀盘磨床上使用涂有金刚石的砂轮来实现,刀头硬质合金的材质是瑞典Sandvik公司的HIOF,相当于150标准的“K”牌号。切削面上有TiAIN镀层。刀盘采用的是格里森公司的RSR或TRI-AC切齿刀盘。PENTAC刀具便于加工制作,
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