專利名稱：一種滾刀的設計方法
技術領域：
本發明涉及一種滾刀的設計方法，特別是一種基于作圖法實現滾刀齒形設計的方法。
背景技術：
在機械傳動機構中，齒輪的形狀、精度和角節距等參數是齒輪傳動中十分重要的數據和指標，這些參數的選擇直接影響到齒輪傳動的性能和質量，并直接關系到齒輪傳動產品的技術指標，甚至影響整個產品質量。目前，常用的實現齒輪齒形加工的滾刀一般多采用計算方法進行設計，這種方法在設計中需要套用繁瑣復雜的公式，計算大量的數據，而且計算過程中很多數據的選擇憑經驗值獲得，這樣的數據選擇不能保證計算結果的合理性，一旦結果出現偏差或計算數據不合理，就需要重新進行計算，費時費カ；另外ー種常用的滾刀設計方法是作圖法，但是，現有技術中的作圖法通常需要先計算出齒輪圓弧的圓心坐標，然后再將圓心連起來，通過作圖得到齒形曲線，這種作圖法雖然較計算法的設計過程相對簡單，然而仍然需要先進行齒輪圓弧的圓心坐標的計算，還是要用到ー些設計計算公式，這就使得設計過程中，無法實現對滾刀齒形進行即時更改，滾刀實際加工過程中的直觀性差，滾刀設計效率低，故還有待于做進ー步的改進。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供ー種設計簡單直觀、方便即時更改和優化的滾刀設計方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種滾刀的設計方法，其特征在于，該滾刀設計方法包括有如下步驟(I)、根據被加工的齒輪零件的齒形技術參數，繪制被加工的齒輪零件的齒形圖；(2)、以被加工的齒輪零件的齒形圓心O為基準，在ー個角節距τ內做τ/n陣列，其中，η取整數值，并且，陣列后得到共n+1條標號分別為1、2、3、……、n_l、n、n+l的被加エ齒輪零件的齒形曲線；(3)、以被加工的齒輪零件的齒形圓心O為基準，首先把I號曲線沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，然后將2號曲線和I號曲線一起沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，接著再把3號、2號和I號曲線一起沿X方向水平移動t/n距離至P點，以此類推，直至
最后把n+1號、η號、η-I號、......、3號、2號和I號曲線全部沿X方向水平移動t/n距離
至P點，得到被加工的齒輪零件的齒形包絡線，其中，t為對應被加工的齒輪零件上的弧長節距；(4)、把步驟(3)中得到的所述被加工的齒輪零件的齒形包絡線沿Y軸方向進行鏡像，得到被加工的齒輪零件的一組對稱的包絡線圖形，該包絡線圖形對應為滾刀齒形曲線的包絡線；
(5)、對所述滾刀齒形曲線的包絡線進行修正，用圓弧或直線代替齒形曲線的包絡線，并最終獲得完整的滾刀齒形曲線。考慮到包絡線的齒形曲線不能直接用于滾刀齒形曲線的加工，為了保證滾刀齒形的エ藝性，作為優選，所述的步驟(5)中，所述滾刀齒形曲線的包絡線修正方法包括有如下步驟(a)、在所述滾刀齒形曲線的包絡線上取三個點，由該三點確定ー個圓，所述滾刀齒形曲線的包絡線用所做圓上的圓弧或者直接由包絡線上的兩點連接的直線來代替；(b)、所述滾刀齒形曲線的齒底圓弧所對應的圓弧圓心W在X軸上的坐標設定為t/2，其中，t為對應被加エ的齒輪零件上的弧長節距，該圓弧圓心W在Y軸上的坐標由作圖法得到；(c)、用AutoCAD的修剪命令得到半個滾刀齒形；(d)、用鏡像命令可到所述滾刀的全顆齒形，陣列后獲得所述滾刀的完整齒形圖。為了提高滾刀的設計精度，作為優選，根據所述滾刀的齒形精度，所述滾刀齒形曲線的包絡線修正方法的作圖精度達到O. 00001 O. 0001mm。
為了方便繪圖，并且能夠達到滿足滾刀設計的精度要求，作為進ー步優選，所述的被加工的齒輪零件的齒形圖由AutoCAD繪制，并且，根據所述滾刀的設計精度，在繪制被加エ的齒輪零件的齒形圖之前，先設置AutoCAD的繪圖精度及小數點保留位數。作為優選，所述η的取值范圍宜為5 12內的整數值。當η的取值過小時，最后作圖得到的滾刀齒形曲線不夠光滑，滾刀齒形精度低；當η取值過大時，則作圖過程中陣列后的曲線過多，造成線條太過密集，難以區分，増加作圖工作量，因此，η值適宜保持在ー個合理的范圍內，以5 12的整數值范圍內為最佳。與現有技術相比，本發明的優點在干基于齒輪嚙合原理，采用純作圖方法來實現滾刀齒形的設計，這種滾刀設計方法簡單直觀，設計精度高，滾刀的齒形可以根據后道エ序的エ藝要求在作圖過程中進行即時更改，不斷優化，不僅使得滾刀的設計更加方便和合理，而且還能夠提高滾刀在實際加工過程中的直觀性(滾刀的設計過程，相當于滾刀加工齒輪的反向演示過程)，滿足滾刀齒形加工的エ藝性要求。
圖I為由本發明實施例的滾刀加工的鐘表齒形圖及具體參數。圖2為圖I所示鐘表齒形的陣列圖。圖3為把圖2所示陣列圖中的I號曲線沿X軸方向水平移動t/n距離至P點后的示意圖。圖4為把圖2所示陣列圖中的2號曲線和已經移動t/n距離的I號曲線一起沿X軸方向水平移動t/n距離至P點后的示意圖。圖5為把圖2所示的鐘表齒形陣列中的n+1號曲線和已經分別移動t/n距離的I號、2號、3號、......、n_l號和η號全部一起沿X方向水平移動t/n距離至P點后的不意圖。圖6為圖I所示的鐘表齒形的包絡線鏡像圖。圖7為圖6所示的包絡線曲線用圓弧或直線代替的示意圖。圖8為本發明實施例的滾刀半顆齒形示意圖。
圖9為本發明實施例的滾刀全顆齒形示意圖。圖10為本發明實施例的滾刀齒形結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進ー步詳細描述。如圖I 圖10所示，本實施例為ー種滾刀齒形的設計方法，本實施例的滾刀設計方法主要適用于齒輪為轉動、滾刀為平動的嚙合加工方式，該滾刀的設計方法根據齒輪齒條的嚙合原理，用CAD作圖法實現滾刀齒形的設計，獲得的滾刀可以用于各類齒輪的加工。本實施例選取鐘表齒輪作為被加工齒輪零件，以該鐘·表齒輪為例，實現ー種用CAD作圖法實現滾刀齒形設計的方法。首先,本實施例的鐘表齒輪的齒形基本參數包括有齒數z、齒頂圓弧半徑P、中心圓半徑r。、齒根圓弧半徑P g、齒根圓半徑rg和齒頂圓半徑rd。其中，該鐘表齒輪的基本參數計算如下角節距τ =360°ム，ζ為已知的鐘表齒形的齒數；滾動圓半徑!；^ ^jrf + ^ll ；取R。=!·。，計算滾動圓公式2 π Rft X^t=ZJiRtZz ;其中，t為鐘表齒輪齒形的弧長節距。本實施例的可加工鐘表齒形的滾刀設計方法具體包括有如下步驟I、準備工作根據滾刀的設計精度，設置AutoCAD的繪圖精度及小數點位數的保留情況。2、根據被加工的鐘表齒輪的齒形技術參數，用AutoCAD軟件繪制齒形圖(參見圖
I);基于齒輪嚙合原理，齒輪齒形上的某一點與滾刀齒形上相對應這個點共軛，因此，圖I所示的齒輪齒形上的所有點都與滾刀齒形上的共軛點一一相對應，在齒輪實際加工過程中，滾刀旋轉ー圈，齒輪零件轉動ー個齒(即轉動ー個角節距)。3、以鐘表齒輪的齒形圓心O為基準，在齒輪零件的ー個角節距τ內做τ/n陣列(參見圖2);為了保證最終獲得的滾刀齒形的精度，一般η取5 12內的整數值為佳，η的數值越大，則作圖的精度越高；陣列后得到n+1條齒輪齒形的曲線，這n+1條曲線的標號分別定義為I號曲線、2號曲線、3號曲線、……、n-l號曲線、η號曲線和n+1號曲線。4、以齒輪零件的齒形圓心O為基準，首先把I號曲線沿X軸方向水平移動t/n距離至P點(參見圖3)，其中，t為對應被加工的鐘表齒輪零件上的弧長節距，根據嚙合原理，齒輪零件上的弧長節距即為滾刀齒形上的齒條節距；然后將2號曲線和I號曲線一起沿X軸方向水平移動t/n距離至P點(參見圖4);接著再把3號、2號和I號曲線一起沿X方向水平移動t/n距離至P點，以此類推，直至最后把n+1號、η號、η_1號、……、3號、2號和I號曲線全部沿X方向水平移動t/n距離至P點(參見圖5)，得到一系列齒輪零件的齒形包絡線；5、把上一步驟中得到的齒輪零件的齒形包絡線沿Y軸方向進行鏡像，得到被加工的齒輪零件的一組對稱的包絡線圖形，該包絡線圖形對應為滾刀齒形曲線的包絡線(參見圖6)，也就是我們要設計的滾刀基本齒形輪廓。
6、考慮到滾刀齒形的エ藝性，包絡線圖形的滾刀齒形不能直接用，需要進行適當修正，用多段圓弧或直線代替齒形曲線的包絡線，其中，滾刀齒形曲線的包絡線修正方法通過以下方式處理，具體步驟如下(a)、在滾刀齒形曲線的包絡線上取三個點a、b、c，用AutoCAD繪制圓的命令3P來畫圓，用所做圓上的圓弧來代替包絡線曲線，根據滾刀的齒形精度，本實施例的作圖精度可以達到O. 00001-0. 0001mm，完全滿足滾刀的制造及零件加工的技術要求，用上述方法通過所做圓上的圓弧或者直接由包絡線上的兩點連接的直線來代替包絡線曲線(參見圖7)；(b)、為了保證滾刀加工成型后能夠與齒輪正常嚙合，滾刀齒形曲線的齒底圓弧所對應的圓弧圓心W在X軸上的坐標必須設定為t/2 (參見圖7)，其中，t為對應被加工的齒輪零件上的弧長節距，本實施例中即為鐘表齒輪的弧長節距t=2 31 R/z，該圓弧圓心W在Y軸上的坐標由作圖法得到；(c)、用AutoCAD的修剪命令得到半個滾刀齒形(參見圖8)；
(d)、因為本實施例的鐘表齒輪的齒形為對稱齒形，故相應的滾刀齒形也是對稱的，用鏡像命令可得到滾刀的全顆齒形(參見圖9)；(e)、陣列后獲得該滾刀的完整齒形圖(參見圖10)。本實施例基于齒輪齒條的嚙合原理，采用純作圖方法來實現滾刀齒形的設計，這種滾刀設計方法簡單直觀，滾刀的齒形可以根據后道エ序的エ藝要求在作圖過程中進行即時更改，不斷優化，非常適合エ廠實際加工設計，實用性強，能夠更好地滿足滾刀齒形加工的エ藝性要求。
權利要求
1.一種滾刀的設計方法，其特征在于，該滾刀設計方法包括有如下步驟 (1)、根據被加工的齒輪零件的齒形技術參數，繪制被加工的齒輪零件的齒形圖； (2)、以被加工的齒輪零件的齒形圓心O為基準，在ー個角節距τ內做τ/n陣列，其中，η取整數值，并且，陣列后得到共η+1條標號分別為1、2、3、……、η-1、η、η+1的被加工齒輪零件的齒形曲線； (3)、以被加工的齒輪零件的齒形圓心O為基準，首先把I號曲線沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，然后將2號曲線和I號曲線一起沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，接著再把3號、2號和I號曲線一起沿X方向水平移動t/n距離至P點，以此類推，直至最后把n+1號、η號、η-I號、......、3號、2號和I號曲線全部沿X方向水平移動t/n距離至P點，得到被加工的齒輪零件的齒形包絡線，其中，t為對應被加工的齒輪零件上的弧長節距； (4)、把步驟(3)中得到的所述被加工的齒輪零件的齒形包絡線沿Y軸方向進行鏡像，得到被加工的齒輪零件的一組對稱的包絡線圖形，該包絡線圖形對應為滾刀齒形曲線的包絡線； (5)、對所述滾刀齒形曲線的包絡線進行修正，用圓弧或直線代替齒形曲線的包絡線，并最終獲得完整的滾刀齒形曲線。
2.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于，所述的步驟(5)中，所述滾刀齒形曲線的包絡線修正方法包括有如下步驟 (a)、在所述滾刀齒形曲線的包絡線上取三個點，由該三點確定ー個圓，所述滾刀齒形曲線的包絡線用所做圓上的圓弧或者直接由包絡線上的兩點連接的直線來代替； (b)、所述滾刀齒形曲線的齒底圓弧所對應的圓弧圓心W在X軸上的坐標設定為t/2，其中，t為對應被加工的齒輪零件上的弧長節距，該圓弧圓心W在Y軸上的坐標由作圖法得到； (c)、用AutoCAD的修剪命令得到半個滾刀齒形； (d)、用鏡像命令可到所述滾刀的全顆齒形，陣列后獲得所述滾刀的完整齒形圖。
3.根據權利要求2所述的滾刀的加工方法，其特征在于，根據所述滾刀的齒形精度，所述滾刀齒形曲線的包絡線修正方法的作圖精度達到O. 00001 O. 0001mm。
4.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于，所述的被加工的齒輪零件的齒形圖由AutoCAD繪制，并且，根據所述滾刀的設計精度，在繪制被加工的齒輪零件的齒形圖之前，先設置AutoCAD的繪圖精度及小數點保留位數。
5.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于，所述η的取值范圍為5 12內的整數值。
全文摘要
一種滾刀的設計方法，其特征在于，包括有如下步驟(1)繪制齒形圖；(2)在一個角節距τ內做τ/n陣列，得到n+1條齒形曲線；(3)把1號曲線沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，然后將2號曲線和1號曲線一起沿X軸方向水平移動t/n距離至P點，以此類推，直至最后把n+1號、n號、n-1號、……、3號、2號和1號曲線全部沿X方向水平移動t/n距離至P點，得到齒輪齒形包絡線；(4)鏡像得到對稱的滾刀齒形曲線的包絡線；(5)用圓弧或直線代替包絡線進行修正，獲得完整的滾刀齒形曲線。本發明基于齒輪嚙合原理，采用純作圖方法來實現滾刀齒形的設計，簡單直觀，設計精度高，滾刀的齒形可以根據后道工序的工藝要求在作圖過程中進行即時更改，不斷優化，使得滾刀的設計更加方便和合理。
文檔編號B23F21/16GK102744469SQ20121026652
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者張翔, 王懷奧, 程方啟, 鄭子軍 申請人:浙江工商職業技術學院