插齿工艺加工倒锥齿时插齿刀的优化设计

作者：李敏吕垚何猛

单位：汉江工具有限责任公司

来源：《金属加工（冷加工）》年第15期

现代汽车变速箱为了改善变速性能，普遍采用了同步器装置，为了防止脱挡，滑动齿套、齿轮上的结合齿采用了具有倒锥齿的渐开线齿形。在插削过程中，沿齿向切削，逐渐加大工件齿深，使齿形成为具有倒锥齿的渐开线齿形。为了保证工件齿厚的减薄量，沿齿向方向形成所要求的齿侧斜角，因此，在插削齿形时，必须使插齿刀的轴心线与工作轴心线形成交角，此交角的数值应等于齿根锥度半角（以下简称为根锥角）。

1.工件基本参数的确定

本文根据模数为2mm的结合齿举例说明设计插齿刀所需的工件基本参数（见图1、表1）。工件加工后检测齿形时，齿轮检测中心是以基圆螺旋角（βb1）为基准进行检测，通过检测齿向判定该工件的分圆螺旋角（β1）是否满足要求。因此，在提供工件基本参数时，必须明确工件的分圆或基圆螺旋角。

tanβb1=tanβ1×cosα(1)

2.根锥角的计算

插齿刀设计时可视为平行轴加工，改变每个截面的啮合中心距，从而获得理论要求的分圆螺旋角和根锥角。

（1）以工件的任意截面（实例中以大端为基准）为设计基准，计算插齿刀的各项参数：

工件大端齿厚：

工件小端齿厚：

式中，x1为工件齿厚大端的变位系数；B1为测量截面距大端的距离；B为工件的有效齿面宽度；S1为测量截面齿厚（根据跨棒距计算）；df1为工件大端齿根圆直径。

由上述公式可计算出新插齿刀的外圆直径da0。

（2）确定实际根锥角。由式（2）、（3）计算出工件小端变位系数x1，根据插齿刀的外圆直径及式（4）、（5）、（6）计算出工件小端齿根圆直径df?。

以上计算可得出工件的实际根锥角

由以上结果可以看出，随着刀具的不断修磨，刀具的变位系数逐渐减小，工件的实际根锥角并非是一个固定值，而是成一定的曲线变化（见表2），取插齿刀齿数z0=50。

3.刀具优化设计，提高刀具的使用寿命

根据表1可以看出，在实际加工中，随着刀具的修磨，变位系数的变化，要获得理论正确的分圆螺旋角，必须保证根锥角的改变，但在现实加工中，根锥角（机床的搬度）一般是固定的，进而导致加工时工件分圆螺旋角发生变化。因此，本文重点介绍新刀变位系数的合理化选择，在分圆螺旋角的角度误差允许范围内，保证刀具刃磨量（有效使用寿命）的最大化。

刀具设计时，选取一定的变位系数，按表1即可确定对应的固定根锥角，根据以上各式可反算工件小端的实际齿厚，由式（3）可计算出实际分圆螺旋角β?，根据工件参数要求，保证实际与理论分圆螺旋角之差在公差要求范围内即为合格：图2所示是新刀在取不同变位系数时，随着修磨，实际分圆螺旋角的变化趋势。

表2中选取新刀变位系数0.8、0.3、0、-0.3、-0.8分别计算，根据数据分析显示，当新插齿刀变位系数取0.3附近时，在固定的搬转角度下，该刀的有效合格长度大约为13mm。从数据统计分析出发，该类插齿刀设计时，抛开正常插齿刀设计时的限制条件外，根据此方法进一步优化新插齿刀的设计。

4.结语

本文从结合倒锥齿的插齿工艺出发，详细介绍刀具设计所需的工件基本参数，明确工件的分圆螺旋角和基圆螺旋角的概念和转换关系，避免模糊性的参数分析，造成刀具的错误设计，影响加工节拍；详细计算加工时的机床搬转角度，减少加工时对样块的试加工及反复检测，来调整机床的搬度；从理论要求出发，通过对刀具的优化设计，准确计算并保证刀具的理论使用寿命；根据以上数据分析，随着插齿刀的刃磨，实际加工中机床搬度不可能随之改变，造成刀具加工尺寸超差，因此，此类刀具的使用寿命不能等同于正常插齿刀，新刀变位系数的选取直接影响刀具的寿命。

“刀具”约稿函

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金属加工（冷加工）编辑部

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