阅读说明：本技术 一种粗精拉结构花键拉刀及其设计方法 (Coarse and fine drawing structure spline broach and design method thereof ) 是由 金伟峰 严鉴铂 赵艳文 任聪 朱殷达 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种粗精拉结构花键拉刀及其设计方法。所公开的拉刀包括花键切削齿,花键切削齿沿切削方向包括多个同心布置的刀齿环,相邻两个刀齿环构成一组刀齿环,每一组刀齿环由一粗拉刀齿环和一精拉刀齿环构成,粗拉齿齿顶两侧设有内凹圆角；同组的精拉齿与粗拉齿齿升量之和为本组刀齿的齿升量,并且各组刀齿环的齿升量相同,同组刀齿环的精拉齿齿升量小于粗拉齿齿升量。所公开的方法为本发明拉刀的设计方法。本拉刀对刀刃崩尖有一定的抵抗能力,出现崩尖时,由于粗拉齿不参与最终齿廓的形成,不会影响齿轮齿面的加工质量；精拉齿切削量较少,受力小,耐用性好。(The invention discloses a rough and fine broaching structure spline broach and a design method thereof. The broach comprises spline cutting teeth, the spline cutting teeth comprise a plurality of concentrically arranged cutter tooth rings along a cutting direction, two adjacent cutter tooth rings form a group of cutter tooth rings, each group of cutter tooth rings consists of a rough broach tooth ring and a finish broach tooth ring, and two sides of the top of the rough broach tooth ring are provided with concave fillets; the sum of the tooth lifting amount of the fine broaching teeth and the tooth lifting amount of the rough broaching teeth of the same group is the tooth lifting amount of the group of cutter teeth, the tooth lifting amount of each cutter tooth ring of each group is the same, and the tooth lifting amount of the fine broaching teeth of the cutter tooth ring of the same group is smaller than the tooth lifting amount of the rough broaching teeth. The disclosed method is a design method of the broach of the present invention. The broach has certain resistance to the breaking of the cutting edge, and when the breaking occurs, the rough broach does not participate in the formation of the final tooth profile, so that the processing quality of the tooth surface of the gear is not influenced; the fine broaching teeth have less cutting amount, small stress and good durability.)

一种粗精拉结构花键拉刀及其设计方法

技术领域

本发明涉及一种机械加工用刀具，具体涉及一种精粗拉结构花键拉刀。

背景技术

目前，国内外渐开线花键或矩形花键拉刀通常采用单齿渐成式加工结构，所有的刀齿为同心圆，在切削过程中，后一个刀齿比前一个刀齿高，每一个刀齿拉去一层金属，逐层完成花键齿形的加工，由于每一个刀齿都参与了花键齿廓的加工，所以拉刀上任意一个刀齿出现崩尖、磨损等异常现象后，都会造成齿轮齿廓上的粗糙度缺陷，当工件材料较硬或齿轮齿廓粗糙度要求较高时，拉刀刃磨一次加工数量很少，加工成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的问题与缺陷，本发明提供一种粗精拉结构花键拉刀。

为此，本发明提供的精粗拉结构花键拉刀包括花键切削齿部，所述花键切削齿部包括多个同心布置的刀齿环，

沿切削方向，相邻两个刀齿环构成一组刀齿环，每一组刀齿环由一粗拉刀齿环和一精拉刀齿环构成；

所述粗拉刀齿环包括多个呈环状分布的粗拉齿，所述精拉刀齿环包括多个呈环状分布的精拉齿；各粗拉齿顶部两侧设有内凹圆角，

同组的精拉齿齿升量与粗拉齿齿升量之和为本组刀齿的齿升量，并且各组刀齿环的齿升量相同，同时各组刀齿环的粗拉齿齿升量相同；即各组刀齿环的精拉齿齿升量也相同；

同组刀齿环的精拉齿齿升量小于粗拉齿齿升量；

具体的，粗精拉结构花键拉刀还包括后柄部、花键校准齿部、圆孔切削部、前柄部，所述后柄部、花键校准齿部、花键切削齿部、圆孔切削部、前柄部沿切削方向依次设置。

同时本发明提供一种粗精拉结构花键拉刀设计方法。为此本发明所提供的设计方法包括：

(1)根据待加工件的模数及材料抗拉强度确定单组齿升量a_f0；

(2)确定单组刀齿中粗拉刀齿的齿升量和精拉刀齿的齿升量：a_f1+a_f2＝af0，同组的精拉齿齿升量小于粗拉齿齿升量；

(3)确定粗拉齿上内凹圆角高度a。

进一步，方法还包括：

(4)根据被加工件的材料抗拉强度和步骤(2)中确定的粗拉齿齿升量确定粗拉齿容屑系数K；

(5)确定拉刀容屑槽深度H。

(6)确定同一粗拉刀齿环中周向上相邻的两个内凹圆角所属圆弧的半径Rs。

可选的，同一组刀齿内，粗拉齿齿升量占单组齿升量的70％-90％，精拉齿齿升量占单组齿升量的10％-30％。

可选的，H为花键切削齿部的容屑槽深度，单位：mm；a_f1为粗拉齿齿升量，单位：mm；K为粗拉齿容屑系统；L为待加工件的拉削长度，单位：mm。

优选的，所述内凹圆角高度大于单组齿升量。

优选的，同一粗拉刀齿环中周向上相邻的两个内凹圆角位于同一圆弧，该圆弧的半径Rs为：

a为粗拉齿内凹圆角高度，a的取值范围是0.35-0.65mm；

c为待加工件在拉刀外径为R时的齿顶弧齿厚度，单位：mm；

b为粗切齿齿顶厚，b＝(0.5-0.6)*c，单位：mm；

S_R-a为拉刀为外径R-a时的齿弧齿厚，单位：mm。

可选的，所述花键切削齿包括20-30组刀齿环。

相对于现有技术，本发明的拉刀的将2个刀齿作为一组，前一个刀齿切除大部分金属，不参与最终齿廓的加工，虽然受力较大，但是结构强度好，不易崩尖，即使出现崩尖，由于不参与最终齿廓的形成，所以不会影响渐开线齿面的加工质量；后一个刀齿切削余量较小，完成渐开线齿廓的加工；受力小，不易崩尖，具有较强的抗拉伤性能；同时由于粗拉齿对刀刃要求不高，精拉齿磨损小，可一定程度的增加拉刀的单次加工数量；并且由于精拉齿磨损小，在可刃磨量一定的情况下，拉刀刃磨次数显著增加。

附图说明

图1为本发明的花键切削齿的结构示意图；

图2为本发明的粗拉齿与精拉齿结构示意图；

图3为本发明的粗拉齿结构示意图；

图4为本发明的花键拉刀结构参考示意图。

具体实施方式

除非特殊情况有其他限制，否则下列定义适用于本说明书中使用的术语。此外，除非另行进行说明，否则本文所用的所有科技术语的含义与本阀门所属领域的技术人员通常理解是一样的。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。

对于本发明而言，本申请文件中所使用的一些术语的含义如下：

如本文中所用，方向性术语“内”、“轴向”、“径向”与说明书附图纸面上的具体方向或附图中所示空间的相应方向一致。

本发明针对传统的单齿渐成式拉刀易崩尖，寿命低的问题，设计出了一种粗精拉结构的渐开线花键拉刀，将2个刀齿作为一组，前一个刀齿切除大部分金属，但不参与最终花键齿廓的加工，称为为粗拉齿，粗拉齿切除大部分金属，虽然受力较大，但是结构强度好，对刀刃崩尖有一定的抵抗能力，而且即使出现崩尖，由于粗拉齿不参与最终齿廓的形成，不会影响齿轮齿面的加工质量；后一个刀齿完成花键齿廓的精加工，称为精拉齿，精拉齿切削量较少，受力小，耐用性好；本发明的花键切削齿整体轮廓成圆锥形，多组刀齿环根据待加工零部件(具体如：内孔、渐开线花键、矩形花键等)的尺寸要求分布在拉刀本体上。

本发明的粗精拉结构花键拉刀结构参数包括每组刀齿齿升量、刀具槽型、粗切齿刀具形状参数外，其余参数(如齿距、前角、刃带结构，刀柄结构等)设计方法与传统设计方法相同。本发明所涉及术语的相关解释结合表1、图2和图3所示理解。

表1

本发明所述根据待加工件的模数及材料抗拉强度确定单组齿升量a_f0，一种具体示例如表2所示。

表2a_f0推荐表(单位：mm)

本发明所述根据被加工件的材料抗拉强度和粗拉齿齿升量确定粗拉齿容屑系数K；一种示例如表3所示，表3中选取粗拉齿容屑槽系数，其中内容为“/”的不建议采用本发明结构设计。

表3粗拉齿容屑系数K推荐表

本发明粗拉齿齿顶两侧设有内凹圆角以更好确保粗拉齿强度同时在发生崩尖时可避免影响加工质量，本发明粗拉齿齿顶上的内凹圆角高度值a优选大于齿升量a_f0。一种经验性示例是a取0.35-0.65mm。内凹圆角的后角(图3所示p-p)根据加工需求确定，如为8-15°。

本发明所述的同一粗拉刀齿环中周向上相邻的两个内凹圆角所属圆弧的半径Rs取式(1)计算结果，允许合理范围内的误差，如±0.5mm。

本发明所述待加工件在拉刀外径为R时的齿顶弧齿厚度c及其中拉刀外径为R根据现有刀具设计方法确定其取值。

基于本发明的结构和设计方法，一种整体的花键拉刀结构如图4所示，包括后柄部、花键校准齿、花键切削齿、圆孔切削部和前柄部；所述后柄部、花键校准齿、花键切削齿、圆孔切削部、前柄部沿切削方向依次设置。

实施例：

该实施例的花键拉刀及其待加工花键相关参数如表4所示。结合表4所示参数在表2和表3中的示例性内容采用本发明的方法确定拉刀相关参数。

如图1-4所示，该实施例型号1和2拉刀结构均由后柄部、花键校准齿部、花键切削齿部、圆孔切削部和前柄部构成。其花键切削齿部1是由刀体13和刀体上设的多个同心环布置的刀齿环构成，相邻刀齿环构成一组刀齿环，且切屑方向依次为一粗拉刀齿环11和一精拉刀齿环12，其中粗拉刀齿环是由多个环状分布的粗拉齿110构成，精拉刀齿环是由多个环状分布的精拉齿120构成。

其中型号1的花键拉刀上花键切削齿部分的精拉齿齿升量占单组齿升量的10％；粗拉齿顶部的内凹圆角高度为a＝0.5±0.15mm；b＝0.5*c；

型号2的花键拉刀上花键切削齿部分的精拉齿齿升量占单组齿升量的15％；粗拉齿顶部的内凹圆角高度为a＝0.5±0.15mm；b＝0.6*c。

型号1和2拉刀其他参数(包括R和c值)依据《刀具设计手册》袁哲俊，刘华明主编，机械工业出版社中渐开线拉刀设计部分公开的内容进行设计。

表4中的原结构是指根据《刀具设计手册》袁哲俊，刘华明主编，机械工业出版社中公开的方法及待加工花键参数设计的拉刀。表4中的模数与单个刀齿环齿数为拉刀与工件共用参数。表4所示结果说明本发明的刀具抗磨损，耐用性好。

表4