滚刀和插齿刀切削过程的模拟

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

滚刀和插齿刀切削过程的模拟滚刀和插齿刀切削过程的模拟
李绍红 李文革
第-汽车集团公司
摘 要： 针对滚刀、 插齿刀齿形及凸角齿形部分设计存在的问题， 否定了原有传统理论认为的刀具切削刃交点
在齿轮相应啮合线上只有-个对应点的论点， 提出了新的设计理论。通过对切削加工中主要运动的研究， 利用微
机实现了对加工过程的模拟。
关键词： 滚刀， 插齿刀， 切削过程， 模拟
S i mul a t i o n o f Cut t i ng Pr o c e s s o f Ho b bi ng a nd Ge ar Sh a pi ng C u t t e r
Li S ha o h o n g Li W e n g e
Ab s t r a c t ：Ac c o r d i n g t o t h e e x i s t e d p r o b l e ms o n t he p a r t i a l d e s i g n s o f h o b ，p i n i o n c u t t e r d e n t a t i o n a .
n d s a l i e n t d e n t at i o n，t he
o r i g i n a l l y t r a d i t i o n a l t he o r y t h a t t he i n t e r s e c t i o n o f c u t t e r b l a d e o n l y h a s o n e c o r r e s p o n d i n g p oi n t o n t he g e a r me s h l i n e i s n e g a t e d，
a nd t h e n e w t he or y o n d e s i g n i s b r o u g h t f o r w a r d .T h r o u g h t he m a i n m o v e m e n t s r e s e a l h i n t he c u t t i n g p r o c e s s ，t he s i mu l a t i o n o f
t he ma c h i n i n g p r o c e s s w i t h c o mp u t e r i s r e a l i z e d .
Ke y wo r d s ： h o b b i n g c u t t e r ， g e a r s h a p i n g c u t t e r ， c u t t i n g p r o c e s s ， s i mu l a t i o n
1 引言
在滚齿、 插齿加工过程中， 由于刀具与工件问相
对运动的复杂性， 使其运动规律的研究也较复杂， 公
式推导繁琐， 刀具设计原理上也存在不统-， 错误较
多。我们在滚刀、 插齿刀设计上-直采用传统设计
方法， 所设计刀具的基本齿形设计比较正确， 而在刀
具修缘齿形及凸角齿形部分的设计上则存在问题，
使得刀具切削加工后， 工件的修缘点和沉切点不能
满足工艺要求。为此， 需要对刀具进行反复修磨、 试
验来保证工艺要求， 而有时刀具根本无法修复， 以致
报废， 不但增加了刀具成本， 而且浪费了时间， 影响
了正常生产。
针对上述实际问题， 决定对原有滚刀、 插齿刀的
设计程序进行修正。通过查阅文献l 1 ， 2 j 进行理论分
析发现， 在刀具两切削刃的交点( 基本齿形刃与修缘
齿形刃交点及基本齿形刃与凸角齿形刃交点) 附近
有-段非造形区， 在齿轮相应啮合线上可以得到两
个相应点， 从而否定了原有传统理论认为的刀具切
削刃交点在齿轮相应啮合线上只-个对应点的论
点。
为验证新设计理论的正确性以及提高设计水
平， 需要用另-条路径来设计， 由此我们决定从实际
切削加工角度来进行分析。通过对切削加工中主要
运动的研究， 利用微机实现对加工过程的模拟。
滚刀和插齿刀在实际加工时有-共同的主要运
收稿日期： 2 0 O 4年4 月
动--范成运动。假定滚刀、 插齿刀没有制造误差，
可以将转动着的滚刀看成是-个等速移动的齿条，
插齿刀相当于-个转动的齿轮， 而与两者共轭啮合
的是被加工齿轮。对刀具设计来说， 已知被加工齿
轮， 可利用包络或齿形法线法求出与之共轭的齿条
齿形( 滚刀齿形 ) 和齿轮齿形( 插齿刀齿形) 。反之 ，
由设计出的已知滚刀齿形和插齿刀齿形， 利用包络
法即可模拟出被加工齿轮在实际切削加工中齿形的
形成过程。
2 计算机包络原理
2 . 1 滚齿加工过程
图1 齿轮与齿条啮合的坐标系
滚刀滚削齿轮可用图 1 所示的齿轮与齿条相啮
合的共轭关系来表示， 坐标关系如图 1所示， P - x y z
为与机架相固连的坐标系， 0 2 - 2 Y 2 z 2为与齿轮相
固连的坐标系， 0 1 Y 1 z 1 为与滚刀相固连的坐标
系， P点为啮合节点， 0 2 点为齿轮中心点， 1 " 2 为齿轮
啮合节圆半径。
在滚刀动坐标系 0 1 Y 中， 若移动-段距