提高齒輪刀具工藝性的新方法*

李士曉，王鵬飛

(河南機(jī)電高等專科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453002)

目前，制造齒輪常用的方法有成形法和展成法兩種。成形法多采用成形齒輪銑刀，同一把刀具只能加工一定齒數(shù)范圍的齒輪，而且加工一個(gè)齒需要分度，因此加工精度和生產(chǎn)率較低，僅用于單件小批生產(chǎn)及修配時(shí)用。當(dāng)生產(chǎn)批量大、精度要求較高時(shí)，多采用展成法齒輪刀具(如滾刀、插齒刀和剃齒刀等)，這種刀具通用性強(qiáng)，同一把刀可加工同一模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪。但這種刀具制造時(shí)，齒背需鏟磨，制造較困難，磨損后，刀齒刃磨不方便。且多采用整體高速鋼制造，如果有一個(gè)刀齒損壞，整把刀可能就會(huì)報(bào)廢，浪費(fèi)刀具材料。另一方面，也不利于高速切削刀具材料的應(yīng)用。

1 提高齒輪刀具工藝性的傳統(tǒng)方法

改善刀具工藝性的傳統(tǒng)方法主要是采用裝配式結(jié)構(gòu)的滾刀。常用的結(jié)構(gòu)有:鑲齒滾刀、圓磨齒輪滾刀和硬質(zhì)合金滾刀等。

1.1 鑲齒滾刀

當(dāng)齒輪滾刀的模數(shù)較大時(shí)，可做成鑲齒結(jié)構(gòu)。常用的有鑲齒條的齒輪滾刀和鑲單個(gè)刀齒的齒輪滾刀兩類。

圖1a所示的鑲齒條的滾刀，主要用于中等模數(shù)的滾刀。高速鋼齒條2裝在刀體1的矩形槽內(nèi)，槽的寬度和齒條的厚度需有較高的配合精度。齒條兩端磨成錐形，用螺母3和4的錐面壓緊，裝配后，再磨滾刀的前刀面和后刀面。這種滾刀結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易制造，且可節(jié)約高速鋼，同時(shí)也因?yàn)殍傹X滾刀刀片鍛造容易，可得到細(xì)化的金相組織，熱處理易于保證整體質(zhì)量，因而這種滾刀的切削性能好，且刀具壽命高，但刃磨不方便［1］。

圖1b為鑲單個(gè)刀齒的滾刀，刀體1上的槽平行于滾刀軸線，其寬度做得很精確。單個(gè)的刀齒4可插在槽內(nèi)，并由螺釘6壓緊在刀體1的墊片5上。刀齒4在軸向的夾持由螺釘2通過墊片3來實(shí)現(xiàn)。刀齒預(yù)先磨好齒形，再裝到刀體上。這種滾刀的優(yōu)點(diǎn)是:單個(gè)齒做成尖齒的(不是鏟齒的)，側(cè)后刀面單獨(dú)刃磨，與齒頂后刀面之間沒有固定聯(lián)系，可按需要刃磨出合理的后角，同時(shí)，由于采用了具有互換性的刀齒，可增加滾刀的使用壽命，但由于刀齒要求非常精密，制造困難，目前應(yīng)用不多［1］。

這兩種鑲齒滾刀在工藝性上已較整體滾刀有了很大的改進(jìn)。

1.2 圓磨齒輪滾刀

這種滾刀在制造時(shí)采用蝸桿磨床磨制齒面，而不用鏟磨。所以也叫不鏟磨滾刀，如圖2所示。刀片刃磨時(shí)裝在工藝刀體上。刀體上夾持刀片的刀槽偏離中心，刀片裝上后，前刀面離開中心有一段距離a，在蝸桿磨床上刃磨成形，磨完后，卸下刀條，再將其裝在滾刀的刀體上，由于前刀面在滾刀中心線上，因而刀齒有了后角，而不需要再鏟磨齒形。圓磨滾刀由于用蝸桿磨床刃磨齒面，因而可以采用大直徑的砂輪刃磨，與鏟磨相比，不僅可提高磨削效率和表面質(zhì)量，而且容易保證在滾刀全齒長上的齒形精度。圓磨滾刀刀齒的有效長度較長，大大增加了滾刀的可重磨次數(shù)。但這種滾刀的刀體和刀片精度都要求較高，制造困難，成本較高，目前應(yīng)用得也不多［2］。

圖2 圓磨齒輪滾刀

1.3 硬質(zhì)合金滾刀

高速加工硬齒面齒輪時(shí)可用硬質(zhì)合金滾刀。當(dāng)模數(shù)較大時(shí)，為了便于制造和節(jié)約硬質(zhì)合金，常以單個(gè)刀齒形式焊接在刀體上;當(dāng)模數(shù)較小時(shí)，可采用整體式或以硬質(zhì)合金刀條焊接在刀體上［3］。焊接式結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金滾刀已經(jīng)得到了使用，可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)也開始用于硬質(zhì)合金滾刀。

以上幾種結(jié)構(gòu)的滾刀均是在刀體槽上安裝上齒條或刀片。齒條、刀片由整體高速鋼或硬質(zhì)合金組成。這種結(jié)構(gòu)如果在普通平面磨床上刃磨，刀頭刃磨后會(huì)失去原來的尺寸精度。如何保持原來的尺寸參數(shù)，即原始參數(shù)與刃磨次數(shù)無關(guān)，必須尋找一種更好的工藝性方法，一方面使刀具本身的切削性能不低于裝配式滾刀，另一方面還要在保證要求的精度和提高生產(chǎn)率的前提下，使刀具制造和使用中具有良好的工藝性。

2 提高齒輪刀具工藝性的新方法

為了改善其工藝性，可采用以下方法:按Z倍展成(Z為被切齒輪的齒數(shù))方法形成齒面(按展成法切齒)，切齒刀頭均為直線切削刃，在進(jìn)行切齒過程中，要有嚴(yán)格的展成運(yùn)動(dòng)，并且采用組裝－可分式結(jié)構(gòu)。刀頭可采用不同的刀具材料，刀具整體可采用盤形結(jié)構(gòu)，也可采用蝸桿形結(jié)構(gòu)。

2.1 盤形齒輪刀具

圖3a所示為盤形齒輪刀具，刀具直徑為φ215mm，裝有可更換的18把硬質(zhì)合金刀頭3。用專用心軸1安裝在銑床主軸上，實(shí)現(xiàn)刀具的定心，并傳遞扭矩。刀頭3安裝在刀體2的端面徑向分布槽上，用螺釘5旋緊將刀頭3固定在蓋4上，利用刀頭3的球形面與刀體基準(zhǔn)環(huán)6接觸，來保證各刀頭的懸伸量相等，刀頭借助球形螺母7和錐形墊圈8固定。

2.2 蝸桿形齒輪刀具

圖3b所示為蝸桿形齒輪刀具，刀具直徑為φ315mm，刀具上安裝有37把可更換的硬質(zhì)合金刀頭，該刀具的元件1～8和盤形齒輪刀具的一樣，功能也完全相同。

3 結(jié)論

1)以上盤形、蝸桿形齒輪刀具，在使用過程中不僅可以保證刀具的原始參數(shù)不變，而且刀頭可更換，因此刀頭可根據(jù)工件材料不同，采用不同的刀具材料，便于高速切削刀具材料的應(yīng)用，且刀頭可集中刃磨，刃磨也比較方便，刃磨時(shí)可使用專用刃磨刀頭的夾具在平面磨床上刃磨。

2)由于刀具直徑較大，刀齒數(shù)較多，同時(shí)包絡(luò)齒輪齒面的刀刃數(shù)較多，因此被加工齒輪齒形精度較高，齒面粗糙度較小。

［1］袁哲俊.金屬切削刀具［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.

［2］李華.機(jī)械制造技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］樂兌謙.金屬切削刀具［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1984.