留磨滚刀的设计和应用

表2 刀具设计 刀具齿顶圆角 R 滚刀参数 国外 1. 727 国内 1. 82 0. 30, 比国外留 根切量 UF 0. 236 磨区 + 0. 038, 偿量区 + 0. 026 1. 054 15 2. 867 8. 1 9. 4248 9. 243 0. 0909 9. 159 0. 1329 0. 1204 比国外 + 0. 038 - 0. 206 - . 118/ 2 = . 059 - . 294/ 2 = . 147 . 103 0. 07 0. 095> 0. 07 0. 007< 0. 07 0. 051< 0. 07 0. 236 根切量不够 0. 121> 0. 07 0. 033< 0. 07 0. 077> 0. 07 0. 30 根切量按 W 中上限即可 mm
1+ Si + 3。
因为最终 磨齿 成型的 齿廓是 Si 区域 中的 一条 线, 相当于 Si 变成零 , 1 和 3 的实际值有所增大。 零位线位置的设定有两种方式: 1) 零位线落在挖 根区的中间部位 ( 如图 1 所示 ) , 0 0, 所加工齿轮的 ( 包括顶隙在内的) 齿根高等于刀具 ( 减去 x m 距离后) 的齿顶高, 我国、 日本多用这种方式; 2) 零位线和主刀 刃重合 , 0 = 0, 留磨量靠刀具后退 ( 正变位 ) 来实现, 齿轮的齿根高和刀具的齿顶高不等, 欧洲国家多用这 种方式。 对留磨量尚未见到统一的定义, 各种理解和用法
[ 1]
挖根量
UF 是留磨滚刀 3 个最重要参数。三者间有制约关系。
F F
大 , 弯曲强度
对其基本齿廓给出了简图 , 但
高, 但要保证加工出来的有用齿廓长度大于和配对齿 轮啮合的有效齿廓长度。当 h a0 固定后, F 大 , UF 大; 反之, F 小, UF 小。长期以来 , 国内对刀具齿顶高的 设计没有统一标准。但国外已较早统一 , = 20 时 , 取 刀具 齿顶 高系 数 h an * = 1. 4; 1. 35。 = 25 时 , 取 h an* =
3
齿根磨出台阶的可能 降低 加大
表 1 中渐开线起始点位置和滚齿深度的反方向变 化是因为过度刃压力角小于齿轮刀具压力角造成的。 一把滚刀, 要判断能不能用 , 怎么用, 首先找出并 确定基准线上齿厚等于 m / 2 的点 , 再根据总挖根量 确定三个区的数值。 当挖根量够大, 但补偿量不够时, 可通过适当加深 滚齿 , 来加大补偿量。 适当加大挖根量 , 可加大滚刀应用的涵盖面, 不失 为滚刀设计的明智之举。 收紧滚齿的公法线长度变动量, 既有利于热处理 的控制, 有又有利于磨齿的均匀性 , 也是设定滚齿参数 的一项重要改进。 从经济性考虑, 现在一般都不同程度放大了磨齿 公法线公差, 可能造成原有刀具挖根量的不够 , 这时收 紧滚齿的公法线长度公差 , 适当加深滚齿都是有效的 改进手段。 需明确一点 , 比较刀具能否用的指标是挖根量 , 而 不完全是公法线长度留磨量 , 后者是滚齿时要针对不 同齿轮确定的参数, 是可变的。 根据热后的 F i 点( 或 FM 点) 的高度 , 计算出磨齿 渐开线起始点圆直径 , 并按此直径进行磨齿操作, 即可 避免磨到齿根。
5
小结
留磨滚刀的挖根量应分为 3 个区域; 确定滚齿的
留磨量时 , 齿轮热变形的畸变量应放在留磨区 , 胀大量 必须放在补偿区。一些工厂存在的主要误区是滚齿时 不考虑补偿区而把所有的变形量都加到留磨区 , 或者 不适当地加大留磨量而不顾及补偿量, 造成留磨量过 大, 且磨出台阶。要正确使用刀具和确定留磨量, 弄清 冷态齿廓和热后齿廓的 2 种形态和关系至关重要。 滚刀设计时适当加大挖根量, 设定滚齿参数时收 紧滚齿的公法线长度变动量 , 适当加深滚齿深度都是 改进磨齿质量的有效手段。 根据本文以上的原理 , 建立相应的计算式 , 编出程 序, 即可: 求出加工某齿轮所需的刀具挖根量; 选 择合适的滚刀, 算出滚齿公法线余量等参数; 根圆滑过渡。
1
留磨滚刀的基本形式和参数
为了留出磨齿余量 , 避免磨齿时磨到齿根造成应
为过渡刃切线的切点 , 这一点和 A 点的距离和过渡刃 压力角大小有关。 1. 2 留磨滚刀 3 个最重要参数 刀具齿顶高 h a0 , 刀具 齿顶圆角半 径 h a 0高 , 小 , 不利于弯曲强度 ; h a0 短,
F,
力集中及释放齿根压应力或产生拉应力 , 渗碳淬火磨 齿的渐开线硬齿面齿轮已广泛采用带有一定挖根量的 单圆 弧留 磨滚 刀, 也称 凸头 留磨 滚刀。 GB/ T13562001 ( idt ISO 53: 1998)
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机械传动
2 S 为零位线和上偏差线间的距离, 1
2008 年
零;
单边法向齿厚
须放在补偿区。如果把
都放在留磨区中 , 会造成
上偏差, 是定值 ;
为主刀刃和上偏差线间的距离 , 留
热前滚齿无补偿区, 热后磨齿 余量过大, 且出磨齿台 阶, 这是目前国内外一些工厂留磨滚刀设计和使用中 广泛存在的误区 ; 类似的道理 , 如果把 都放在补偿 区中 , 会造成热后胀大量小于补偿量, 出现齿面磨不出 来的情况。 对于大直径中小模数的齿轮或齿圈 , 热处理后公 法线长度的胀大量会远大于滚刀的挖根量 , 这时滚齿 的公法线长度甚至会小于最终磨齿尺寸 , 留磨量完全 靠热后胀大补偿。滚齿刀具的设计和滚齿参数的选择 必须综合考虑以上因素。
的大小关系。
2) 热后齿廓。滚齿形成的冷态齿廓热后的形态 和位置又发生了变化: 热变形包括 2 部分, 齿廓、 螺 旋线和齿距的畸变 ; 齿廓胀大产生的平移。热后公 法线长度的胀大改变了冷态加工生成的留磨区和补偿 区的数值关系, 使补偿区减小, 留磨区加大 , 只有冷态 的补偿量大于等于热处理胀大量时 , 才能不磨出台阶。 确定滚齿的留磨量时 , 畸变量应放在留磨区, 胀大量必
压力角 ;
F过度刃压 力角 ;
ha 0 刀具齿 顶高 ; UF 挖根量 ;
f 刀具齿顶
过齿厚下偏差 E Si 的 I 点的 FiI 线, 称下偏差线。 以上 3 条线把挖根量部分分成 3 个区域: BD, F SS 两线间为留磨 区, FSS , F iI 两线 间为齿厚 变动区 , F iI , AE 两线间为补偿区。对于给定的齿轮来说 , 这 3 条线 的位置是恒定的。滚齿时 , 如改变刀具的切齿深度 , 刀 具的 BD 、 AE 、 ACB 各线相对于这 3 条固定线移动, 留 磨区和补偿区改变大小。切齿深度加深 ( 负变位) 时留 磨区减小 , 补偿区加大; 切齿深度减小( 正变位 ) 时留磨 区加大, 补偿区减小。 为了计算和讨论方便 , 在挖根区内的齿厚参数均 按法向计算 , 0 为主刀刃和零位线间的距离, 可以为
参 [ 1] 考 文 献
圆弧切点高 h1 过渡刃压力角
0
0. 997 11 2. 148 8. 1
过渡刃终点高 h2 刀具齿顶高 h0 S0 = m/ 2值
主刀刃厚 S 刃厚单边减薄量 S1= ( S 0- S ) / 2 刃厚单边法向减薄量 0= S 1. cos W 偏差的平均值 Ewj W 上偏差折 W 下偏差折 W 偏差均值折
并未明确规定参数。国内一般都是刀具厂按齿轮厂的 要求设计制造, 规范不统一, 普遍存在刀具使用混乱、 齿根形式混乱、 磨齿深度控制不对、 经常出现不同形式 的磨到齿根的现象等问题 , 这些都是影响质量的大问 题, 亟待解决。 图 1 为留磨滚刀的基本形式和有关点ຫໍສະໝຸດ Baidu。从中可 以看出留磨滚刀有关特征和重要参数。
第 32 卷
第2期
留磨滚刀的设计和应用
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文章编号 : 1004- 2539( 2008) 02- 0079- 03
留磨滚刀的设计和应用
( 宝钢集团苏州冶金机械厂 , 江苏 苏州 215151)
李钊刚
摘要
系统地讨论了渐开线硬齿面齿轮留磨滚刀的设计和应用 。指出留磨滚刀的挖根量应分为 3
个区域 ; 要正确使用刀具和确定留磨量, 弄清冷态齿廓和热后齿廓的 2 种形态和关系至关重要; 确定滚 齿的留磨量时, 齿轮热变形的畸变量应放在留磨区 , 胀大量必须放在补偿区 。一些工厂存在的主要误区 是滚齿时不考虑补偿区而把所有的变形量都加到留磨区, 或者不适当地加大留磨量而不顾及补偿量 , 造 成留磨量过大, 且磨出台阶。 关键词 留磨滚刀 挖根量 留磨量 补偿量 磨齿台阶 冷态齿廓 热后齿廓
圆角半径 ; P P 基准线 ( 中线 ) ; C B 过渡刃 ; B D 主刀 刃 ; h 1 刀具齿 顶圆角 和压力角 切线切点的 高度 ; h2 过渡刃 的顶点 高度 ; h 3 磨齿 后最大 图1 能达到的齿条型刀具的工作齿顶高。
1. 1
留磨滚刀齿顶圆角处 3 根切线的切点
图 1 中 , A 为压力角 切线的切点, 该线也是理论 上的磨齿极限位置, 磨不到位就会出现凸台, 残余一部 分挖根量 , 超过后就会产生磨齿台阶; G 为 30 切线的 切点, 接近实际齿根 30 切线的切点, 所在截面是齿根 危险截面, 加工时应尽量避免该区域产生应力集中; C
2
挖根量和留磨量的关系
为了研究挖根量和留磨量的关系 , 我们在图 1 的 PP 基准线上挖根量区域的 DE 两点之间做主刀刃 BD 的若干平行线 过齿厚等于 m/ 2 ( 即无 侧隙啮 合) 的 N 点的 FNN 线, 我们称零位线 ; 过 齿厚上偏 差 E SS 的 S 点的 FSS 线 , 称上 偏差 线;
0、 1、 0+ 2 i 、 0+ 2 M 都有 ,
3
留磨滚刀的应用
对一把固定的滚刀 , 滚齿深浅对以下参数的一般
影响关系见表 1。
表1 滚齿深度 加深 变浅 齿根圆直径 减小 加大 留磨量 减小 加大 渐开线起始点位置 降低 升高 滚齿公法线长度 减小 增长 补偿量 加大 减小 有用齿廓长度 减小 增长
磨区, 1 = 0 + 2S ; 2 i 为零位线和下偏差线间的距 离, 单边法向齿厚下偏差 , 是定值; 2M 为零位线和上、 下偏差中点线间的距离, 是定值 ; 下偏差线间 Si 为上、 的距离, 单边法向齿厚公差 , 齿厚变动区, 是定值 ; 3 为下偏差线和滚刀齿顶圆角压力角 切线间的距离, 补偿区, 有可能为零。 UF =
齿数 z = 79, 螺旋角 11 , 齿顶高系数 h an * = 1, 顶隙系 数 Cn = 0. 35, x = - 0. 324, 公法 线 长度 W = 191. 291mm, W 的 上偏 差 Ews = - 0. 118mm, W 的下 偏差 Ewi = - 0. 294mm 。热后 W 的胀大量的统计数据平均 值 Wt = 0. 14mm 。 某国外公司和国内刀具厂设计的滚刀参数见表 2。
但大多把
0+
2M 作
为留磨量 , 本文为便于讨论把 1 称 为留磨量。理解 的差异在使用刀具时会造成一定的偏差。 确定留磨量的依据是保证齿面能磨出来 , 它必须 大于包括各种几何偏差 ( 齿距、 螺旋线、 齿廓等的综合 偏差 ) , 热处理变形造成的螺旋角的变化、 齿距、 齿廓等 的各类畸变等动态下形成的最大综合齿厚( 实效齿厚) 偏差。相比热处理变形, 几何偏差的影响是次要因素。 加大留磨量 , 只是减小齿面磨不出来的危险程度。 只要齿面能磨出来, 留磨量越小越好。 补偿区主要是补偿热处理后公法线长度的胀大。 要正确使用刀具和确定留磨量, 弄清齿廓的 2 种 形态和关系至关重要。 1) 冷态齿廓。滚齿加工时加工出来的齿根过渡 曲线圆弧、 过渡刃 BC 决定的 齿廓起始 点线, 主刀刃 BD 加工生成的渐开线齿廓 , 都是由滚刀相对于固定 线的某一冷态位置加工生成的 , 称冷态齿廓。确定滚 齿参数时, 应计算此位置 , 通过滚齿深度 ( 变位 ) 的变 化, 即相对上述固定线的移动 , 来调整改变留磨区 1 和补偿区
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留磨滚刀设计应用举例
已知齿轮参数为 : 模数 m = 6mm , 压力角
*
按国外设计 , 0. 236 根 切量远不能满足热后胀大 = 25 , 量的要求, 所以普遍存在磨到齿根现象。国内设计加 大了挖根量, 但加大的量主要放在了留磨区, 实际加工 时加深滚齿, 把加大的挖根量移到补偿区, 可保证按公 法线长度的中上限磨齿不磨齿根。