产形线与平面齿廓双自由度啮合滚棱加工方法

doi:10.3901/JME.2025.05.191

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (5): 191-201.doi: 10.3901/JME.2025.05.191

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产形线与平面齿廓双自由度啮合滚棱加工方法

郭二廓^1,2, 张洪川¹, 周艺涵¹, 陈明³

1. 江苏大学机械工程学院镇江 212013;
2. 常州江苏大学工程技术研究院常州 213164;
3. 上海交通大学机械与动力工程学院上海 200240

收稿日期:2024-01-16 修回日期:2024-05-09 发布日期:2025-04-15
作者简介:郭二廓，男，1986年出生，博士，副教授。主要研究方向为齿轮制造工艺与装备、复杂齿轮刀具技术。E-mail：guoerkuo@sina.com;陈明(通信作者)，男，1966年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为先进制造工艺与装备、高性能刀具技术与先进磨料。E-mail：mchen@sjtu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52375056)和江苏省自然科学基金(BK20221234)资助项目。

Chamfer Cut Method of Cylindrical Gear Based on Tooth Profile Generated by Cutter Edge with Two-parameter

GUO Erkuo^1,2, ZHANG Hongchuan¹, ZHOU Yihan¹, CHEN Ming³

1. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013;
2. Changzhou Engineering and Technology Institute of Jiangsu University, Changzhou 213164;
3. School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240

Received:2024-01-16 Revised:2024-05-09 Published:2025-04-15

摘要/Abstract

摘要： 齿轮倒棱是一种采用特殊刀具对齿轮棱边进行切削或挤压成形的加工方法，能够减少齿轮棱边毛刺脱落和应力集中损伤齿面等问题，目前已成为新能源汽车高性能齿轮加工中必不可少的工艺。基于产形线与平面齿廓双自由度啮合滚棱加工原理，提出了一种圆柱齿轮端面齿廓滚棱刀具设计方法。通过建立刀刃曲线与端面齿形的双自由度滚切啮合几何学模型，阐述以齿廓倒棱平面为基准的滚棱刀具刃形计算方法；通过建立滚棱刀具刃扫面与被加工齿面展成运动关系，分析滚棱刀具参数与安装参数对倒棱结果的影响规律，并提出滚棱刀具侧后螺旋面不产生切削干涉的数值分析方法；通过建立滚棱刀具重磨误差分析模型，讨论滚棱刀具的重磨厚度变化对倒棱一致性的影响；最后，仿真加工与滚棱切削试验验证了所述滚棱加工方法的可行性。研究结果为圆柱齿轮滚棱工艺优化与刀具设计提供了理论依据。

关键词: 圆柱齿轮, 双自由度啮合, 滚棱加工, 刀具设计

Abstract: The process of gear chamfering is widely employed in manufacturing to effectively eliminate or roll sharp edges from gear parts using a specialized cutter, thereby reducing burrs and minimizing stress concentration damage on the tooth surface. In recent years, gear chamfering has become an essential step in high-performance gear manufacturing for new energy vehicles. A chamfer cut method for cylindrical gears is proposed based on the principle of tooth profile generation by a cutter edge with two-parameter. By establishing a geometric model of the tooth profile generated by the cutter edge with two-parameter, we calculate the chamfering cutter edge and analyze its influence on the results by considering its relationship with the sweeping surface of cutter edges and the gear tooth profile. A numerical method is proposed to analyze involute helicoids of the chamfering cutter without cutting interference. Additionally, how variations in regrinding thickness can affect chamfering consistency by developing a mathematical model for regrinding cutters is discussed. Finally, simulation and experiment verify that the proposed gear chamfering method is feasible. The results provide both theoretical support for optimizing cylindrical gear chamfering processes and guidance for designing chamfering cutters.

Key words: cylindrical gears, meshing theory with two-parameter, gear chamfering, tool design

中图分类号:

TG61

郭二廓, 张洪川, 周艺涵, 陈明. 产形线与平面齿廓双自由度啮合滚棱加工方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(5): 191-201.

GUO Erkuo, ZHANG Hongchuan, ZHOU Yihan, CHEN Ming. Chamfer Cut Method of Cylindrical Gear Based on Tooth Profile Generated by Cutter Edge with Two-parameter[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(5): 191-201.

参考文献

[1] GOSSELIN，CLAUDE J. Gear tooth edge deburring and chamfering in 5-axis CNC manufacturing[J]. Mechanisms and Machine Science，2021，101：153-184.
[2] 刘晓莉. 齿轮倒棱工艺[J]. 机械传动，2007，31(2)：100-101. LIU Xiaoli. Gear chamfering process[J]. Mechanical Transmission，2007，31(2)：100-101.
[3] 莫江涛，刘晓莉. 渐开线圆柱齿轮倒棱刀设计[J]. 工具技术，2017，51(5)：93-98. MO Jiangtao，LIU Xiaoli. Design of involute cylindrical gear chamfering cutter[J]. Tool Technology，2017，51(5)：93-98.
[4] 李佳，石将，陈新春. 螺旋锥齿轮齿顶旋分倒棱技术研究[J]. 中国机械工程，2014，25(10)：2734-2739. LI Jia，SHI Jiang，CHEN Xinchun. Research on spiral bevel gear tooth top spinning chamfering technology[J]. China Mechanical Engineering，2014，25(10)：2734-2739.
[5] WEI W，LI Z，TAN R. Tooth crest chamfering method of spiral bevel gear using ball end milling cutter[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，Part B：Journal of Engineering Manufacture，2021，235(4)：726-740.
[6] DING S，HU Zhang，GUO E K，et al. Integrated roughing，finishing and chamfering turning process of toroidal worm manufacture on a general CNC lathe[J]. Journal of Manufacturing Processes，2021，70：341-349.
[7] HU J，PRABHAKAR R P. Dua-edge robotic gear chamfering with registration error compensation[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2021，69：102082.
[8] BOUZAKIS K D，LILI E，MICHAILIDIS N，et al. Manufacturing of cylindrical gears by generating cutting processes：a critical synthesis of analysis methods[J]. CIRP Annals - Manufacturing Technology，2008，57(2)：676-696.
[9] KLEIN G. The evolution of gear chamfering[J]. Gear Technology，2018，35(7)：26-29.
[10] 何坤，何晓虎，杜彦斌. 圆柱齿轮滚切倒棱刀具设计[J]. 中国机械工程，2022，33(22)：2704-2710. HE Kun，HE Xiaohu，DU Yanbin. Design of cylindrical gear hobbing chamfering tool[J]. China Mechanical Engineering，2022，33(22)：2704-2710.
[11] HE K，HE X H，DU Y B，et al. The co-optimization method of tool parameters and mounting position parameters for cylindrical gear chamfering tool[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2022，121：4473-4483.
[12] LITVIN F L，FUENTES A. Gear geometry and applied theory[M]. Cambridge：Cambridge University Press，2004.
[13] 李海涛，魏文军，董学朱，等. 曲线刀刃双自由度展成曲面的理论和应用[J]. 机械工程学报，2010，46(9)：52-58. LI Haitao，WEI Wenjun，DONG Xuezhu，et al. The theory and application of curved blade double degree of freedom generating surface[J]. Journal of Mechanical Engineering，2010，46(9)：52-58.

[1]	凌四营, 张衡, 杨振湘, 张嘉阳, 凌明, 王奉涛. 椭圆环面蜗杆与渐开线圆柱齿轮啮合相关理论及啮合性能研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(3): 325-336.
[2]	魏永峭, 张晋, 王少江, 漆小虎, 郭瑞, 杨海江. 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动界面磨损规律及敏感性分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(5): 81-94.
[3]	魏永峭, 刘稳稳, 郭瑞, 罗岚, 王少江, 漆小虎, 张建权. 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮接触疲劳裂纹扩展特性研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(21): 180-195.
[4]	王鹏, 杨策, 郭琢, 林家春, 石照耀. 渐开线直齿圆柱齿轮增速传动和减速传动齿根弯曲应力对比分析[J]. 机械工程学报, 2023, 59(5): 130-141.
[5]	李明星, 岳彩旭, 刘献礼, 陈志涛, 姜志鹏, 岳大荀, STEVEN Y L. 钛合金框架类零件铣削用立铣刀设计与应用研究进展[J]. 机械工程学报, 2023, 59(23): 283-309.
[6]	丁明娜, 刘献礼, 岳彩旭, 范梦超, 顾浩. 面向智能制造过程的刀具设计、制备与管控技术[J]. 机械工程学报, 2023, 59(19): 429-459.
[7]	朱凌云, 苟向锋, 柴长银, 祁常君, 石建飞, 沈佳志. 基于Seebeck效应的齿面温度测量研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(15): 263-273.
[8]	吴阳, 侯力, 罗岚, 马登秋, 魏永峭, 易宗礼. 机床误差对圆弧齿线圆柱齿轮齿面误差影响规律的理论研究[J]. 机械工程学报, 2020, 56(21): 100-109.
[9]	刘献礼, 范梦超, 计伟, 王广越, 赵泽民. 椭球头铣刀设计及其刀具路径生成算法[J]. 机械工程学报, 2018, 54(15): 199-212.
[10]	陈涛, 王道源, 李素燕, 刘献礼. 渐变倒棱PCBN刀具设计制造及磨削精度检测[J]. 机械工程学报, 2018, 54(11): 214-221.
[11]	车林仙. 多样性保持离散差分进化算法及齿轮传动优化应用^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(21): 44-55.
[12]	刘献礼, 计伟, 范梦超, 王昌红. 基于特征的刀具“形-性-用”一体化设计方法[J]. 机械工程学报, 2016, 52(11): 146-153.
[13]	方泽平, 刘志兵, 何理论, 王西彬, 焦黎. 斜圆柱结构的新型微细球端铣刀的设计与制造[J]. 机械工程学报, 2015, 51(21): 185-190.
[14]	马振群;邓承毅. 弧齿线圆柱齿轮全修形齿面的CNC修形加工方法[J]. , 2012, 48(5): 165-171.
[15]	唐德威;罗昌杰;邓宗全. 多圆柱齿轮液压马达的性能[J]. , 2007, 43(11): 119-124.

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Chamfer Cut Method of Cylindrical Gear Based on Tooth Profile Generated by Cutter Edge with Two-parameter

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