车齿双自由度啮合理论与车齿刀设计方法研究

Skiving is a 2-DOF machining method with high efficiency and accuracy for interal gear, external gear, worm and so on. The skiving methods develop very fast recently, and a lot of new types of skiving cutters and technologies,which are innovative and practical, appear thick and fast, but the relative researches, such as the meshing theory research and the cutter design method research, is insufficient and defective, so there is a lot of work needed to be done to improve the basic theory research of skiving and then put it into practice. The whole study is based on the theories of gear meshing principle and metal removal technology, which mainly includes the study of 2-DOF meshing principle of skiving, design method of error-free skiving cutters, and the skiving machining experiment and work piece measuring experiment for verifying the design method of skiving cutter; description of cutting graphics of skiving, calculation of cutting force, study of cutter abrasion resistance,and the cutting force measuring experiment for testing the calculation model of skiving cutting force; analysis of effect of basic parameters for cutter and work piece, machine adjustment, and feed mode on cutting force and cutter wear resistance, and summarization of collaborative design method for high efficiency, wear resisting, and high machining accuracy skiving cutters and technologies. The primary target of the study is to complete the basic theories of skiving, improve the design method of skiving cutters and technologies, and promote the practical process of skiving.

车齿是一种高效率、高精度的齿轮双自由度加工方法，可以加工内齿轮、外齿轮、蜗杆等。当前车齿技术发展较快，出现了很多极具创新与应用价值的新型车齿刀具与车齿工艺，但车齿啮合理论与车齿刀设计方法研究还不完善，存在理论缺陷，亟需完善相关的基础理论研究，指导车齿技术发展。本项目基于齿轮啮合理论与金属切削加工理论展开研究，内容包括：建立车齿双自由度啮合理论,揭示车齿理论本质，研究无理论误差车齿刀具设计方法，通过车齿加工与测量实验验证车齿刀具设计方法的正确性；绘制车齿切削图形，计算动态切削力，研究刀具的耐磨性，通过车齿切削力测量实验验证切削力计算模型的准确性；分析刀具与工件参数、机床调整与刀具运动参数对切削力、刀具耐磨性的影响规律，总结长寿命、高效率、高精度、切削性能优异的车齿刀具与工艺协同设计方法。以期完善车齿啮合理论与刀具设计方法，指导车齿刀具与工艺的设计，助推车齿的快速发展。

针对当前汽车自动变速器等行业对齿轮零件，特别是对内齿圈的高效、高精度、低成本制造技术的迫切需求，面对国外车齿技术迅猛发展，逐步占领国内市场的严峻形势，而国内车齿理论研究不够完善，难以满足实际应用需求的现实问题，确立以车齿基础理论研究为重点，采用理论研究与试验验证相结合的方法展开相关研究。.研究了插齿刀形车齿刀具设计方法及车齿刀具刀刃曲线双自由度包络工件齿面啮合运动，对插齿刀形车齿刀具车齿时，工件齿形误差产生的根本原因进行了分析，指出工件齿形误差是由插齿刀形车齿刀具刀刃法向偏差、刀刃轴向偏差及刀具刃磨产生的误差三方面因素共同作用引起。.建立车齿机床调整计算数学模型与线面共轭车齿刀具刀刃曲线计算数学模型，提出线面共轭车齿刀具设计准则，并分析机床调整参数及刀具与工件基本参数对刀具工作后角及最大刀宽的影响规律，总结机床调整参数与车齿刀具基本参数设计方法，并进行了车齿原理验证试验。.建立车齿切削数学模型，分析车齿过程中刀具切削速度、工作角度、切削厚度及切削力等工艺参数的变化规律。对比分析几种常见车齿进刀方法的优缺点，指出沿齿廓进刀的车齿方法对刀具使用寿命提高最为有利，但也存在缺点，针对沿齿廓进刀车齿方法的缺点进行改进，提出单边让刀径向进刀的车齿进刀工艺方法，改善车齿刀具的磨损。.对常见的车齿加工误差形式进行分析，指出车齿工件齿面波纹是影响工件精度的主要因素。得出刀具安装偏心误差是引起工件齿面波纹的主要原因，刀具安装位姿误差对车齿精度的影响不明显。提出车齿刀具齿数设计方法，可弱化刀具偏心对车齿精度的影响，改善工件齿面加工精度。.开发车齿刀具设计与加工计算软件，并进行内齿轮、外齿轮车齿验证试验。对引起车齿机床振动的原因进行分析，得出通过改善工件轴跟随误差，优化机床伺服刚度，提高工件安装精度等措施，可降低车齿机床振动，并使内齿轮车齿加工精度达到国标6级要求，外齿轮车齿加工精度达到国标7级要求。