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渐开线非标齿轮滚刀的正确选用

• 技术综合
目前，汽车、拖拉机等行业大量使用齿顶高系数h
a*≠1，压力角an≠20°或模数mn为非标准值的渐开线非标齿轮。为加工此类齿轮，需根据被切齿轮参数确定相应的滚刀参数，并从《复杂刀具订货图册》(以下简称《图册》)中选用正确的非标滚刀。

1 非标滚刀的选用步骤

  1. 确定滚刀类型与精度
    滚刀类型与精度的选择应根据加工设备及工艺而定。滚刀模数(或径节、周节)和压力角应与被切齿轮相等，螺旋方向最好与被切齿轮相同，加工直齿齿轮时应优先选用右旋滚刀。
  2. 确定滚刀全齿高h
    对于非全切式滚刀，滚刀全齿高h的计算公式为 h≥h
    1+c*mn+Dh (1)对于全切式滚刀，则有 h=h1(2)式中：h1——被加工齿轮全齿高
    c
    *——被加工齿轮顶隙系数
    m
    n——被加工齿轮法向模数
    Dh——剃齿或磨齿时因工艺需要而设置的滚刀齿顶加长量，可参考表1选取

    表1 滚刀齿顶加长量Dh的选用滚刀类型剃前齿轮滚刀磨前齿轮滚刀其它齿轮滚刀Dh0.1m
    n0.1mn0
  3. 确定滚刀法向齿厚Sn、轴向齿厚Sx和齿顶高ha
    齿轮滚刀的轴向齿形如图所示。其中，Ⅰ型为正常齿形，Ⅱ型为修形齿形。剃前齿轮滚刀的轴向齿形一般有五种类型(图略)。剃前和磨前滚刀的齿形通常都有一定修形量。

    图

    滚刀齿厚和齿顶高有以下两种计算方法：

    1. 按通用滚刀设计方法的计算公式为 Sn=pmn/2-DS+DS”(3)Sx=Sn/cosl(4)ha=hf1+xn1mn+Dh(5)式中：DS——滚刀的加工余量(可参考表2 取值)
      表2 DS、DS”参考值 滚刀
      类型精滚齿滚刀
      A～C级精滚齿
      滚刀
      AAA～AA级全切式小模数滚刀粗滚齿
      滚刀剃前或
      磨前滚刀mn=
      0.1～0.5mn=
      0.6～1.0DS0000精加工
      余量剃齿或
      磨齿余量DS”0或
      0～-Ess0～-Ess0.02mm0.03mm00或
      0～-Ess注：Ess——被切齿轮齿厚极限上偏差
      DS”——考虑被切齿轮齿厚偏差而附加的滚刀齿厚增量(可参考表2取值)
      l——滚刀分度圆螺旋升角
      h
      f1——被切齿轮齿根高
      x
      n1——被切齿轮法向变位系数
      式(4)中滚刀分度圆螺旋升角l的计算公式为 sinl=m
      nz[/de-2ha-0.2(k+dde)]≈mnz/(de-2ha)(6)式中：z——滚刀头数
      d
      e——滚刀齿顶圆直径
      k——滚刀径向铲背量
      dd
      e——滚刀外径公差

    2. 按专用滚刀设计方法的计算公式为 Sn=en1min=pmn/2-2xn1mntanan-DS+DS”(7)Sx=Sn/cosl(8)ha=hf1+Dh(9)式中：en1min——被切齿轮工序法面齿间宽最小值

  4. 确定滚刀修形与齿顶圆弧
    当被切齿轮无修形要求时，选择剃前或磨前滚刀时无需验算滚刀修形量，其它类型的滚刀则应选用非修形滚刀。当被切齿轮有修形要求时，无论何种类型的滚刀均应选用修形滚刀，并验算修形量，验算过程可参考有关齿轮刀具设计手册。
    当被切齿轮对滚刀齿顶圆角r
    1有特殊要求时，订货时需与滚刀制造厂协商。对于在《图册》的备注栏中给出了r1值的大齿顶圆角滚刀，应按复杂刀具设计手册中的有关公式验算被切齿轮与配对齿轮传动时是否会发生过渡曲线干涉；对于备注栏中未标注r1值的滚刀，由于r1较小，因此无需验算过渡曲线干涉。
  5. 查《图册》选用滚刀。
    根据上述步骤确定的滚刀参数，查阅《图册》，选出所需滚刀。
  6. 验算滚刀轴向齿厚Sx
    首先按式(6)估算出l值，然后按式(4)或(8)验算滚刀轴向齿厚S
    x。
    当按照步骤(3)中方法①和②确定的滚刀参数在《图册》中选不出所需滚刀时，还可按下式对符合以上步骤确定的参数(h
    a、Sx除外)的所有滚刀的a和Sx进行验算，若此式成立，则该滚刀可用： Sx=［pmn/2-DS+DS”+2(ha-xn1mn-hf1-Dh)tanan］/cosl(10)

2 应用实例

应用上述方法选用加工解放牌汽车中间轴齿轮3的非标滚刀。该齿轮为双径节制齿轮，参数见表3。 表3 中间轴齿轮3(120-1701048)参数齿数径节压力角变位量z=14DP
1/DP2=6/8a=20°x=1.3mm齿根高全齿高齿厚 hf=3.145mmh=7.62mmSn=(7.596-0.12-0.08)mm
滚刀选用步骤如下：

  1. 当采用滚齿→热处理加工工艺时，应选用A级或B级齿轮滚刀，滚刀径节DP1/DP2=6/8，aN=20°，螺旋方向为右旋。
  2. 滚刀全齿高h≥h1+c*m2+Dh=7.62+0.4×3.175+0=8.89mm。
  3. 滚刀法向齿厚Sn、轴向齿厚Sx和齿顶高ha分别为 S n=pm1/2-DS+DS”=25.4p/2×6-0+(0～0.08)=6.65～6.73mm
    Sx=Sn/cosl=6.65/cosl～6.73/cosl(l待定)
    ha=hf1+xn2m2+Dh=3.145+1.3+0=4.445mm
  4. 被加工齿轮无齿形修形，因此选用非修形、正常齿顶圆角的滚刀。
  5. 根据以上步骤确定的参数查阅《图册》后，选用代号为G1-DP-26的滚刀，其主要参数见表4。 表4 G1-DP-26齿轮滚刀主要参数径节齿厚压力角齿顶高头数全齿高精度等级外径螺旋方向内孔DP1/DP2=6/8Sx=6.66mma=20°ha=4.45mmz=1h=8.90mmB级de=85mm右D=27mm
  6. 验算滚刀轴向齿厚Sx： S x=6.65/cos3°36～6.73/cos3°36=6.66～6.74mm
    计算值与表6中的S
    x值相符，故所选滚刀符合要求。

加工实践证明，本文介绍的非标滚刀选用方法简单实用，能较好满足生产要求。

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