精密插削渐开线变齿厚内齿轮插齿刀设计与研究

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渐开线变齿厚齿轮在不同端截面上具有不同的变位系数,其齿面为螺旋渐开面,可通过齿轮的轴向移动调整齿侧间隙,理论上可实现零侧隙传动,故可用于变齿厚RV减速器等对回差有严格要求的精密传动。目前,变齿厚外齿轮的精密加工方法已趋成熟,但对于变齿厚内齿轮的加工研究较少,变齿厚内齿轮的精密加工仍是工程中的技术难题,限制了变齿厚齿轮的推广应用。因此,提出一种精密插削变齿厚内齿轮插齿刀设计方法,该方法在设计插齿刀齿廓时,将插削角作为刀具设计参数,以加工出的齿轮齿面误差最小为目标对刀具参数进行优化,进而确定插齿刀齿廓。设计的刀具只需按插削角做斜插直线运动即可实现变齿厚内齿轮的精密插削。这种方法无需对机床进行改动,刀具的切削运动为简单的直线运动,在保证加工精度的同时,具有较高的加工效率,便于推广应用。论文的主要研究内容如下:(1)基于变齿厚内齿轮斜插法加工原理,详细分析了标准插齿刀斜插法和插削角优化法的加工误差,结果表明上述两种方法难以实现变齿厚内齿轮的精密插削;提出一种考虑加工工艺参数的插齿刀齿形设计方法,基于齿轮啮合原理,建立了加工坐标系,推导了啮合方程,给出了插齿刀齿廓方程,建立了齿廓参数优化模型;对比分析了本文方法与插削角优化法的误差分布规律,验证了本文提出插齿刀齿形设计方法的可行性;(2)分析了本文所提插齿刀结构参数,给出了插齿刀齿数、前角、后角、变位系数和插齿刀厚度等设计参数的选取方法;根据变齿厚内齿轮设计参数,编写了插齿刀齿面点集计算程序,建立了插齿刀三维实体模型;(3)分析了设计参数的变化对变齿厚内齿轮加工精度的影响,并与插削角优化法进行对比,进一步验证本文方法的有效性;研究了工艺参数对齿轮加工精度的影响规律,为变齿厚内齿轮的加工工艺优化提供了理论依据;(4)基于加工仿真原理,建立了插齿加工仿真模型,编制了加工数控程序;使用本文设计的插齿刀对不同设计参数和工艺参数的齿轮进行加工仿真;对仿真结果与理论计算结果进行对比分析,验证插齿刀设计和理论计算结果的正确性。
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