CN106180911A - 一种三角花键滚齿刀具的设计方法 - Google Patents

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何金根
徐刚春
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Abstract

本发明涉及一种三角花键滚齿刀具的设计方法，属汽车动力转向器总成转向臂轴三角花键加工技术领域。本发明利用齿条和齿轮啮合法，求出刀具法向共轭齿形，从而代替传统圆弧齿形。解决了传统滚齿刀具齿形是用圆弧线近似渐开线曲线，这种刀具加工出的工件齿形就近似于直面，无法满足角度精度在±2°工件齿形要求的问题，通过该方法生产的三角花键滚齿刀具可代替传统圆弧齿形刀具，有效提高三角花键角度精度，从而满足工件齿形的高精度公差要求。

Description

一种三角花键滚齿刀具的设计方法
技术领域
本发明涉及一种三角花键滚齿刀具的设计方法，属汽车动力转向器总成转向臂轴三角花键加工技术领域。
背景技术
现有的汽车动力转向器总成中转向臂轴三角花键（见图1），是采用滚齿圆弧刀具（见图二）齿形来加工的。由于滚铣削是用展成法加工，三角花键齿形两侧齿面又是直面，如果理论上用展成模拟法，得出的刀具齿形应是渐开线曲线。但目前传统滚齿刀具齿形是用圆弧线近似渐开线曲线，这种刀具加工出的工件齿形就近似于直面，针对三角花键角度精度要求不高（角度精度在±2°）的工件齿形，是可以满足要求的；但它无法满足角度在±0.2°工件齿形的高精度公差要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种三角花键滚齿刀具的设计方法，通过该方法生产的三角花键滚齿刀具可代替传统圆弧齿形刀具，有效提高三角花键角度精度，从而满足工件齿形的高精度公差要求。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
一种三角花键滚齿刀具的设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）、首先通过齿条与齿轮啮合线方法，求出共轭刀具齿形；
2）、建立XOY坐标系；以工件齿形面顶点为啮合点（即O点），建立XOY坐标系；
3）、画齿形圆，工件齿形为直线三角形，由工件中心O1画切于齿形线的圆，该圆为齿形圆，其半径r=R*sinγ；
4）、画啮合点圆；。以工件轴心O1为圆心，半径为R画啮合点圆（即齿顶圆），也就是过啮合点O（即坐标原点）；
5）、啮合点圆分度；在啮合点圆上，自啮合点O（即坐标原点）起，截取若干相等的圆弧线段，进行分度，而得点1、2、3、4------；
6）、画齿形圆切线。通过若干啮合点圆分度点1、2、3、4------分别画齿形圆的切线。这样就得出工件齿形的连续旋转位置；
7）、做垂直线（即法线）。由于共轭齿形在接触点处的公法线必须经过节点O（即坐标原点）。所以过O点可以向不同位置的工件齿形圆切线做垂直线（即做法线），与相应的工件齿形圆切线相交于1′、2′、3′、4′------；
8）、在X轴上分度。在X轴上截取等分点a、b、c、d------，使Oa＝O1；ab = 12；bc＝ 23；cd= 34--------；
9）、复制垂直线。分别将线段O1′、O2′、O3′、O4′------复制与OX轴上点a、b、c、d--------相交，得出线段aa′、bb′、cc′、dd′--------；
10）、得出共轭刀具渐开曲线。连接点a′b′c′d′-----得出与工件共轭刀具渐开曲线；
11）、求出刀具法向齿形。根据工件的分度圆直径、齿距、齿顶高、齿根高而设计出刀具齿形；
12）、模拟验证：将以上齿形再进行电脑模拟加工来验证刀具齿形的正确性；
13）、刀具加工：通过OX坐标轴，可以计算出刀具齿形a′b′c′d′-----各个坐标点的坐标值；通过坐标值可以绘制出齿形。将刀具齿形的所有点的坐标值输入数控加工机床程序内，即可加工出满足工件齿形的高精度公差要求的三角花键滚齿刀具。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
本发明利用齿条和齿轮啮合法，求出刀具法向共轭齿形，从而代替传统圆弧齿形。对于大型、高精度的三角花键齿形，可以大大改善工件齿形的加工精度。
附图说明
图1为转向臂轴三角花键的示意图；
图2为滚齿圆弧刀具的齿形示意图；
图3为本发明三角花键的滚齿刀具齿形示意图；
图4为图3的A处放大示意图；
图5建立XOY坐标系图；
图6为齿形圆图；
图7为啮合点圆图；
图8为啮合点圆分度图；
图9为齿形圆切线图；
图10为垂直线图；
图11为X轴上分度图；
图12为复制垂直线图；
图13为刀具渐开曲线图；
图14为刀具法向齿形图；
图15为刀具齿形的加工工件模拟图。
具体实施方式
首先通过齿条与齿轮啮合线方法，求出共轭刀具齿形（参见附图3、4）；建立XOY坐标系；以工件齿形面顶点为啮合点（即O点），建立XOY坐标系（参见附图5）；画齿形圆，工件齿形为直线三角形，由工件中心O1画切于齿形线的圆，该圆为齿形圆，其半径r=R*sinγ（参见附图6）。以工件轴心O1为圆心，半径为R画啮合点圆，即齿顶圆，也就是过啮合点O（即坐标原点）（参见附图7）。
啮合点圆分度；在啮合点圆上，自啮合点O（即坐标原点）起，截取若干相等的圆弧线段，进行分度，而得点1、2、3、4------（参见附图8）。
画齿形圆切线；通过若干啮合点圆分度点1、2、3、4------分别画齿形圆的切线，由此得出工件齿形的连续旋转位置（参见附图9）。
由于共轭齿形在接触点处的公法线必须经过节点O（即坐标原点），所以过O点可以向不同位置的工件齿形圆切线做垂直线（即做法线），与相应的工件齿形圆切线相交于1′、2′、3′、4′------（参见附图10）。在X轴上截取等分点a、b、c、d------，使Oa＝O1；ab = 12；bc＝ 23；cd= 34--------（参见附图11）。
分别将线段O1′、O2′、O3′、O4′------复制与OX轴上点a、b、c、d--------相交，得出线段aa′、bb′、cc′、dd′--------（参见附图12）。连接点a′b′c′d′-----得出与工件共轭刀具渐开曲线（参见附图13）。
根据工件的分度圆直径、齿距、齿顶高、齿根高而设计出刀具齿形（参见附图14）。将以上齿形再进行电脑模拟加工来验证刀具齿形的正确性（参见附图15）
通过OX坐标轴，可以计算出刀具齿形a′b′c′d′-----各个坐标点的坐标值；通过坐标值可以绘制出齿形；将刀具齿形的所有点的坐标值输入数控加工机床程序内，即可加工出满足工件齿形的高精度公差要求的三角花键滚齿刀具。

Claims (1)

1.一种三角花键滚齿刀具的设计方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）、首先通过齿条与齿轮啮合线方法，求出共轭刀具齿形；
2）、建立XOY坐标系；以工件齿形面顶点为啮合点，建立XOY坐标系；
3）、画齿形圆，工件齿形为直线三角形，由工件中心O1画切于齿形线的圆，该圆为齿形圆，其半径r=R*sinγ；
4）、画啮合点圆；以工件轴心O1为圆心，半径为R画啮合点圆，也就是过啮合点O；
5）、啮合点圆分度；在啮合点圆上，自啮合点O起，截取若干相等的圆弧线段，进行分度，而得点1、2、3、4------；
6）、画齿形圆切线；通过若干啮合点圆分度点1、2、3、4------分别画齿形圆的切线；得出工件齿形的连续旋转位置；
7）、做垂直线；由于共轭齿形在接触点处的公法线必须经过节点O；过O点可以向不同位置的工件齿形圆切线做垂直线，与相应的工件齿形圆切线相交于1′、2′、3′、4′------；
8）、在X轴上分度；在X轴上截取等分点a、b、c、d------，使Oa＝O1；ab = 12；bc＝ 23；cd= 34--------；
9）、复制垂直线；分别将线段O1′、O2′、O3′、O4′------复制与OX轴上点a、b、c、d--------相交，得出线段aa′、bb′、cc′、dd′--------；
10）、得出共轭刀具渐开曲线；连接点a′b′c′d′-----得出与工件共轭刀具渐开曲线；
11）、求出刀具法向齿形；根据工件的分度圆直径、齿距、齿顶高、齿根高而设计出刀具齿形；
12）、模拟验证：将以上齿形再进行电脑模拟加工来验证刀具齿形的正确性；
13）、刀具加工：通过OX坐标轴，可以计算出刀具齿形a′b′c′d′-----各个坐标点的坐标值；通过坐标值可以绘制出齿形；将刀具齿形的所有点的坐标值输入数控加工机床程序内，即可加工出满足工件齿形的高精度公差要求的三角花键滚齿刀具。
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