现代滚刀与标准滚刀的差异

现代滚刀与标准滚刀的差异

汉江工具有限责任公司

当代齿轮的特点

- 有些齿轮的全齿高可达 3.6 模数，标准滚刀不能加工。- 齿轮的齿顶要求有倒角并有较严的尺寸要求，标准滚刀没有倒

角齿形。- 齿轮的齿根有公差限制- 有时对齿根过渡曲线的最小曲率半径有明确的要求- 对滚齿渐开线起始点位置有明确的要求，并能保证精加工后的

渐开线起始点位置合格。- 往往要求在渐开线起始点下面要有空刀，保证剃后齿根不出台


滚后的常用齿形


滚刀结构的差异- 在汽车齿轮加工中，每一种齿轮都要有自己的专用滚刀以保证滚齿后全面达到齿形的每

一项要求- 为快速自动安装刀具，滚刀常做成两端带有圆柱或圆锥柄的带柄滚刀，- 为同一次安装可加工两种不同齿轮的要求，滚刀可做成由两种不同滚刀组成的组合滚刀，

因标准滚刀是通用刀具，无法完成自动安装、及一次安装加工多个不同规格齿轮的要。- 采用加长，多槽和多头滚刀以提高加工效率。


常用的滚刀齿形


大直径多槽多头滚刀


可用于自动安装的柄式滚刀


滚刀设计中要考虑的特殊事宜

• 在滚刀设计时齿轮参数中的变位系数不能直接使用，应考虑滚齿余量对变位系数的影响。

• 齿顶倒角和渐开线起始点的滚后尺寸应考虑精加工余量对精加工后倒角和渐开线起始点的影响。

• 滚刀的齿形应保证滚齿齿轮齿厚达到要求时，齿根直径，渐开线起始点和齿顶倒角都要达到齿坯的滚后要求。

• 设计滚刀齿根倒角齿形起始位置要引进倒角渐开线的概念，因渐开线齿形终点的位置是由滚刀倒角齿形所决定的。

• 滚刀齿顶的凸角和圆弧半径，应保证渐开线起始点的位置，齿根渐开线起始点和过渡曲线平滑连接及齿根的最小齿根圆弧半径，并在渐开线起始点下面有很小的空刀，防止剃齿，磨齿后出台阶。


确定滚刀倒角齿形起始点要引进倒角渐开线的概念


滚刀设计及刀具结构要注意的问题

• 滚刀的有效工作齿深应等于被加工齿轮的全齿深，滚刀的齿顶高应考虑在滚齿加工中与滚刀中线相啮合的圆周与齿根圆的距离，以满足所加工齿轮轮齿的特殊高度要求。

• 对于齿根直径与滚后渐开线起始点很近的齿轮在滚刀设计中可考虑用短导程滚刀设计（小压力角滚刀），

• 对于数控机床上使用的滚刀应按其允许的窜刀长度确定滚刀的长度，用长滚刀以提高滚刀的利用率。对于加工模数 1.75, 齿数 37 的齿轮齿面宽度为 20 毫米的齿轮，一件长度为 224 毫米的滚刀每次刃磨可切3830 件齿轮，两件 112 毫米长的滚刀刃磨一次可切 3120 件齿轮，一件长滚刀比总长度相同的两件短滚刀多切 710 件齿轮，长滚刀的利用率比总长度相同的两件短滚刀提高 23%.

• 滚刀的头数槽数应根据被加工齿轮的条件来确定。• 刀具设计的模拟检查。


应用长滚刀的优点

滚刀可窜刀部分长度按下式计算 :Ls = L3- Le - LPO/2 – 3 * mn

Ls= 滚刀可窜刀部分的长度L3= 滚刀的有效长度Le= 滚刀的切削刃长度 ( 滚刀的最小长度 )

Ls= 齿轮齿形展成长度


选择滚刀的长度滚削的窜刀方法

窜刀是使长滚刀得以充分利用的必要条件 .

- 大窜刀量窜刀方法的窜刀量常采用一个齿距 .

- 常用窜刀量 : Sk=mn*π / I mn= 法向模数 i = 滚刀的槽数 .


使用短导程滚刀的理论基础


使用短导程滚刀是将滚齿时的纯滚动圆向齿根移动


刀具的模拟检查

根据被加工齿轮参数选择滚刀的参数

在切削条件和滚刀其它参数不变的情况下；- 滚刀槽数增加将使滚刀齿顶的最大切屑厚度减小- 滚刀的头数增加 , 将使滚削的最大齿顶切屑厚度增大- 滚刀的直径增加将使滚削的最大齿顶切削厚度减小在滚刀和切削用量不变的情况下 , 下列齿轮参数变化：- 齿顶最大切屑厚度随着被加工齿轮的模数增大而增大 ,

- 被加工齿轮齿数的增加齿顶最大切屑厚度减小 ,

在滚刀和其它切削用量不变的情况下 ,

- 齿顶最大切屑厚度随着轴向走刀量的增加而增大 .

- 切削深度增加齿顶最大切屑厚度增大 ,


用滚刀的参数抵消齿轮参数对齿顶最大切屑厚度的影响

在加工中齿轮的参数是不可改变的，在某些切削条件下，可能使刀具齿顶的最大切屑厚度过大或过小。影响加工效率或造成刀具的寿命下降。在改变切深和走刀量不能解决问题的时候，改变刀具的设计是唯一的途径。

- 少齿数 , 大模数齿轮的几项参数都会增大刀具的齿顶切屑厚度 , 当刀具齿顶切屑厚度超过了许用值时，说明刀齿应力过大，容易产生打刀。

减少滚刀的头数 , 增加滚刀的槽数 ,抵消齿数少，模数大造成的齿顶切屑厚度大的问题 , 以实现增大走刀量 , 提高加工效率 .

- 齿轮的齿数多 , 模数小都会使齿顶最大切屑厚度减薄 , 在轴向走刀量已很大，不能再增大轴向走刀量，而齿顶最大切屑厚度很小 . 刀齿的应力过小，不能充分发挥其效率。增加滚刀的头数 , 减少滚刀的槽数来抵消齿轮的齿数多，模数小所造成的齿顶切屑厚度小而轴向走刀量已很大 , 加工效率无法提高的问题 .


加工少齿数大模数齿轮滚刀的设计特点

加工少齿数大模数齿轮的两种方案齿轮模数 = 6mm, 齿数 = 13, 螺旋角 =0˚, 齿宽 = 32mm

滚刀直径 =100mm, 头数 =2, 槽数 =11,

切削速度 =80m/ 分 , 轴向进给量 =0.3mm/齿轮每转刀齿最大切屑厚度 =0.275mm. 加工节拍为 6.2 分 .

滚刀直径 =118mm, 头数 =1, 槽数 =16,

切削速度 =80m/ 分 , 轴向进给量 =2mm/齿轮每转刀齿最大切屑厚度 =0.284mm. 加工节拍为 2.2’

采用了单头，多槽滚刀加工少齿数大模数齿轮在刀齿齿顶最大切屑厚度，应力状态几乎相同的情况下，走刀量提高了五倍多 . 因而提高了加工效率 .


加工多齿数小模数齿轮的两种工艺方案 :

模数 = 1.5mm, 齿数 =125, 螺旋角 =0, 齿宽 =21mm,

滚刀直径 =71mm, 单头 , 槽数 =15, 切削速度 =110m/ 分 , 轴向走刀量 = 7mm/ 转 , 齿顶切屑厚度 =0.07mm, 加工节拍 =1.35’ 齿向走刀痕迹的深度=0.0218,

滚刀直径 =60mm, 槽数 =11, 头数 =4, 切削速度 =110m/ 分 , F= 4mm/ 转 , 齿顶切屑厚度 =0.239mm, 加工节拍 =0.5’.

加工小模数多齿数齿轮的滚刀特点


加工小模数多齿数齿轮滚刀的设计特点

采用多头，少槽数滚刀加工小模数，多齿数齿轮，可使刀齿的最大齿顶切屑厚度增大，使刀齿处于可承受的应力状态，在齿坯每转走刀量减小的情况下，因滚刀头数的增多，提高了齿坯的回转速度，这不但满足了机床的刚性和被加工齿面的表面粗糙度的工艺要求，加工效率也有了明显的提高。


滚削用量选择上的差异

• 走刀量的选择要使滚刀刀齿处于小于其强极限强度的应力状态下，这就是限制刀具齿顶的最大切屑厚度。一般用 0.2mm 来计算轴向走刀量

• 过小的齿顶切屑厚度 , 如 <0.1mm, 切屑将带走切削热减少 , 使刀具工作温度生高 ,会降低刀具的寿命 .

• 所选用走刀量造成的走刀痕迹深度应小于或等于推荐的走刀痕迹深度要求 .如大于推荐值应减少轴向走刀量和切削深度或改变滚刀的设计。


切削速度的选择当今绝大多数的滚刀是用粉末冶金高速钢制造。并有涂层，故可采用的

切削速度有很大提高 S390 的切削速度可达 125m/min—160m/min, REX76 的滚刀可采用 130m/min—160m/min. REX121 的切削度可达 135m/min—190m/min. 先进的涂层材料和高质量高合金成分使滚齿速度上升到一个新的水平，

高速钢滚刀的干滚削得以实现。


干滚削和工艺参数确定原则

• 干滚削是建立在高速切削的基础之上，原则上切削热的 90% 应由切屑带走。以防被加工齿轮和刀具工作温度的迅速升高。

• 干滚削常用的干切滚刀材料； REX121, REX76, S390 及 K 硬质合金。• 常用的涂层材料是 TIALN 和 ALCRONA 。涂层的厚度是 5-7µm. • 常用的切削用量 :

刀具材料 K-carbide S-390 REX-76 REX-121

切削速度 320m/min 160m/min 160m/min 190m/min

切屑厚度MAX 0.16mm/r 0.22mm/r 0.22mm/r 0.25mm/r

切屑厚度MIN 0.12mm/r 0.12mm/r 0.12mm/r 0.12mm/r


干滚削和其工艺参数的确定原则

• 干切刀具的磨损标准是 0.2mm.

• 干滚削可加工的最大模数是 4.5mm.

• 干滚的齿坯最大强度是 1200N/mm. 大于这一强度的齿坯不易于干滚。

• 不推荐使用最大齿顶切削厚度小于 0.12mm 的滚削。

• 齿面宽度大 50mm 的齿坯用干滚会使加工温度升高，影响刀具的寿命。

• 干切使带有凸角的滚刀其寿命要降低 15%-20%


本文的参考资料• SAMPUTENSILI 公司产品样本• FEETE 公司的齿轮切削刀具样本• Balzers公司样本• BOHLER TOOL STEEL

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