圆弧齿蜗轮飞刀的设计与制造:蜗轮齿顶圆弧半径
摘要：本文详细分析与阐述了圆弧齿蜗轮飞刀的设计要点及制造中所需的样板、夹辅具的设计和使用情况。 关键词：圆弧齿蜗轮；飞刀的设计；飞刀的制造 中图分类号：TD402 文献标识码：A
圆弧圆柱蜗杆（ZC蜗杆，又称尼曼蜗杆）为凸形圆弧刃刀具加工而成，其齿面为凹形。ZC蜗杆又分为圆环面包络圆柱蜗杆（ZC1蜗杆）、圆弧面圆柱蜗杆（ZC2蜗杆）和轴向圆弧齿圆柱蜗杆（ZC3蜗杆）。本文就是研究轴向圆弧齿圆柱蜗杆（ZC3蜗杆）传动中蜗轮加工刀具（圆弧齿飞刀）的设计与制造。并就圆弧齿飞刀在加工中所需的样板及夹辅具设计给以简单的介绍。
1 圆弧齿蜗轮、蜗杆的主要尺寸
1.1 圆弧齿蜗轮的啮合特性与主要尺寸：
蜗轮齿数Z2=35
轴向模数Mt=9
蜗杆直径系数q=11
齿形角α=23°
精度等级GB10089 8-C
蜗轮齿距累积误差Fp=0.16
蜗轮齿距极限偏差Fpt=0.032
蜗轮齿形公差Ff2=0.028
蜗轮分度圆直径df=φ315
1.2 圆弧齿圆柱蜗杆的啮合特性与主要尺寸：
蜗轮齿数Z1=4
轴向模数Mt=9
分度圆柱导程角γ=19.9831°
齿形角α=23°
螺旋方向右
蜗杆齿距累积误差Fp=0.045
蜗杆齿距极限偏差Fpt=0.025
齿槽径向跳动误差fr=0.028
蜗杆齿形公差ff2=0.040
蜗杆齿顶圆直径de=φ115.2
蜗杆齿根圆直径di=φ78.12
2 圆弧齿蜗轮飞刀的设计计算
对于生产件数少,精度要求不高或非标准系列的圆弧齿蜗轮一般均用飞刀加工.圆弧齿蜗轮飞刀的结构、装夹方式与阿基米德蜗轮飞刀相同。飞刀齿形按蜗杆轴向齿形及相关主要参数设计，其具体的计算步骤如下：
2.1 飞刀分圆压力角
α=23°
2.2 飞刀齿廓圆弧半径
ρ=R-ΔR （R≥40mm, ΔR=0.035R；R＜40mm, ΔR=0.03R)
=50-0.035X50
=48.25mm
2.3 飞刀分圆轴向齿厚
S=0.4πm = 0.4πX9=11.31mm
2.4 飞刀齿顶高
h=1.2m=1.2X9=10.8mm
2.5 飞刀齿廓圆弧中心位置
b=ρsinα=48.25Xsin23°=18.853mm
2.6 飞刀齿顶圆角半径
r=0.2m=0.2X9=1.8mm
2.7 飞刀最大切削半径
Reu=(q/2+1.2)m=(11/2+1.2)X9=60.3mm
(图纸给定Ri=59.94为自由尺寸应加大，所以可按60.3mm设计)
2.8 刀杆半径
Rg=Ri-0.2m-(3～9)=39.06-0.2X9-(3～9)=30
选定刀杆
Do=60mm（刀杆具体尺寸可见图2）
2.9 飞刀前倾面倾角
δk=sin-1(K/Reu)（K=d/2=20/2=10）
=sin-1(10/60.3)
=9.5459°
2.10 齿顶至支承面距离
Hd=Reu X cosδk-Hg (Hg按刀杆查定，D60刀杆，Hg=20)
=60.3X cos9.5459°-20
=39.465mm
2.11 主后角δ1=10°～12° 取δ1=11°
2.12 侧后角δ2=12°～15° 取δ2=12°
2.13 二次后角 δ3=20°
2.14 前倾面刃带宽度C1=3
2.15 侧后角δ2刃带宽度 C2=9
飞刀为轴向装刀，飞刀头的装夹形式与刀杆主要尺寸可见图1所示；其中件号1为飞刀头，件号2为垫圈，件号3为固定螺栓。
图1 飞刀头的装夹方式与刀杆主要尺寸
3 圆弧齿蜗轮飞刀工作图的绘制
按以上计算值，选定刀杆，并绘出圆弧齿蜗轮飞刀的工作图(见图2)，工作图必须注明所要加工的蜗轮图号，并要求在该蜗轮加工工艺中写明所用飞刀的图号。
4 圆弧齿蜗轮飞刀的技术要求
飞刀材料：W18Cr4V
飞刀技术要求：
4.1 淬火： HRC63～66
4.2 两切削刃必须在同一平面内，其允差在0.02mm以内
4.3 除切削刃外其余锐边修钝
4.4 使用刀杆为：D60，H20，d20
4.5 刀头作标记： m9R48.25Z4λ19.9831°右
5 圆弧齿蜗轮飞刀的制造简介
5.1 圆弧齿蜗轮飞刀加工用胎具：
飞刀头的加工主要难点是飞刀齿形的加工，在实际加工中我们设计了圆弧齿蜗轮飞刀加工用胎具，胎具为刀盘形式，并装定在专用的心轴上。胎具由装刀盘和把合螺栓组成，加工齿形时按先把已加工完各部尺寸的飞刀两件装定在胎具上，再装定到专用的φ80心轴上，这样就可以完成半精车加工和外磨精加工相关圆弧齿形。
5.2 圆弧齿蜗轮飞刀齿形样板及R位置样板
为了保证飞刀轴向齿形的正确性，我们设计使用了圆弧齿蜗轮飞刀齿形样板；为了保证飞刀齿形中R心位置的准确性，我们设计使用了R位置样板。样板的设计与使用可详见圆弧齿蜗轮飞刀加工工艺。
由于采用了新的加工工艺，并配套使用了相关齿形、位置样板和专用的夹辅胎具，这样就保证了圆弧齿蜗轮飞刀的加工完全符合标准，并达到了技术要术的各项标准。
参考文献
[1]叶元烈.机械优化理论与设计[M].北京:机械工业出版社,2001:143-146.
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