滚刀设计

复杂刀具设计第六章齿轮滚刀复杂刀具设计一、齿轮滚刀的工作原理滚齿原理：滚齿的过程相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。将其中一个的齿数减少到一个或几个，类似于蜗杆开槽并铲背后，就成了齿轮滚刀。复杂刀具设计1.滚切直齿圆柱齿轮1)所需的运动(1)展成运动：是形成渐开线（母线）的运动。是滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12的复合运动。(2)进给运动：是形成齿宽（导线，直线）的运动。滚刀需作轴向的直线运动A2。复杂刀具设计2)滚刀的安装滚刀的安装角δ只取决于滚刀的螺旋升角λ0。“大小不变，左逆右顺”复杂刀具设计2.滚切斜齿圆柱齿轮1)所需的运动(1)展成运动：是形成渐开线（母线）的运动。是滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12的复合运动。(2)进给运动：是形成齿宽（导线，螺旋线）的运动。是滚刀架的直线运动A21和工作台的旋转运动B22的复合运动。复杂刀具设计2)滚刀的安装安装角δ取决于滚刀的螺旋升角λ0和被加工齿轮的螺旋角β1a)右旋滚刀滚切右旋工件b)右旋滚刀滚切左旋工件c)左旋滚刀滚切左旋工件d)左旋滚刀滚切右旋工件“同减异加，左顺右逆”复杂刀具设计二、齿轮滚刀的基本蜗杆滚刀的基本蜗杆（产形蜗杆）：切削刃所在的蜗杆。滚刀的形成：在一个蜗杆上铣出若干条容屑槽(直槽或螺旋槽)，把蜗杆螺纹切割成许多小的刀齿，并形成刀齿的前面1、顶刃2及两条侧刃3和4。沿着蜗杆的螺纹方向在圆周上和两个侧面铲齿，铲出顶后面5及两个侧后面6和7，并形成顶刃后角和左、右侧刃后角。复杂刀具设计1.理论基本蜗杆：渐开线基本蜗杆基本蜗杆的螺纹表面若为渐开螺旋面(端面为渐开线)，则称为渐开线基本蜗杆，相应的滚刀称为渐开线滚刀。用渐开线齿轮滚刀可以切出理论上完全正确的渐开线齿形。但是，由于制造困难，生产中用得很少。复杂刀具设计一直母线MN切于半径为rb0的基圆柱，且与基圆柱的端面成斜角为γb。该直线绕基圆柱作无滑动的滚动，则其运动轨迹就是渐开线螺旋面，由蜗杆的根圆柱和顶圆柱所截的那部分螺旋面，即为渐开线蜗杆的螺旋面。复杂刀具设计2.设计基本蜗杆：阿基米德蜗杆生产中大量采用的是近似造形的滚刀，它的基本蜗杆是端面为阿基米德螺旋线的阿基米德蜗杆。用阿基米德齿轮滚刀虽然切不出正确的渐开线齿形，但实践证明误差可控制在一定范围内，还是可用的，且制造较方便复杂刀具设计复杂刀具设计3.设计基本蜗杆：法向直廓基本蜗杆这种蜗杆螺旋面的形成和渐开线蜗杆的形成基本相同。此种蜗杆在过齿槽或齿纹中点所作的并与分度圆柱上螺旋线方向垂直的法平面中的齿形为直线，故称为法向直廓蜗杆。复杂刀具设计三、齿轮滚刀的造形（齿形）误差齿形误差产生的原因：由于基本蜗杆为阿基米德蜗杆，而不是渐开线蜗杆引起的。齿轮滚刀的齿形误差是在理论渐开线基本蜗杆基圆柱的切平面内度量的。法向齿形Ⅰ表示渐开线齿形，Ⅱ表示阿基米德齿形轴向齿形1表示阿基米德齿形，2表示渐开线齿形复杂刀具设计当滚刀前角γp＝0°时，齿形误差大小随螺旋升角λ0的增大而增大。因此，高精度滚刀一般采用很小的螺旋升角和零度前角；一般精度的滚刀可采用正前角与适当的螺旋升角。复杂刀具设计四、齿轮滚刀的种类、精度等级及应用1.齿轮滚刀的种类(1)按结构可分为整体与镶齿两类m≤10mmm10mm复杂刀具设计(2)按模数可分为小模数(m＝0.1mm～1.5mm)、中模数(m＝1.5mm～10mm)和大模数(m＝10mm～100mm)滚刀三类(3)按切削部分材料可分为高速钢滚刀和硬质合金滚刀两类机夹式焊接式复杂刀具设计(4)按容屑槽(沟)可分为螺旋糟(沟)和直槽(沟)滚刀两类λ0≤5ºλ05º复杂刀具设计2．精度等级滚刀一般分为AA、A、B、C四个精度等级，分别加工7、8、9、10级精度的齿轮，要加工更高精度的齿轮需用超高精度的AAA级滚刀。3．加工范围齿轮滚刀可加工各种外圆柱齿轮(直齿与斜齿、标准与变位齿轮)4．齿轮滚刀已有国家标准，可根据需要选用。复杂刀具设计五、齿轮滚刀的基本尺寸滚刀的基本尺寸指的是滚刀的外径、孔径和长度等。要根据滚刀的规格、用途、结构形式和机床条件等因素确定。2.滚刀的长度滚刀的最小长度应满足三个要求：(1)滚刀端头的刀齿载荷不应过重；(2)滚刀能完整地包络出被加工齿轮的全部齿形；(3)滚刀应有充分的“窜刀”长度1.滚刀的外径减小直径的利处：克服变载荷引起的振动，进而提高滚刀与齿轮的范成速度，缩短切入切出时间，增加滚刀两次刃磨的间隔等问题。减小直径的弊处：将引起滚刀螺旋升角增大，这就会导致滚刀的造形误差变大，精度下降。复杂刀具设计为满足第一个要求，在齿轮坯转入的一边，应使滚刀开始碰到齿轮坯是在齿轮坯的上端面外圆E点处，则这一边的最小长度为：01)2(shhrLaL1是随着齿轮坯的齿顶圆半径ra增大而增大的复杂刀具设计为了满足第二个要求，在齿轮坯转入和转出的每边，滚刀应产生足够的包络齿形的作用。在转入的一边，滚刀其包络作用的长度已包括在L1之内，可以只考虑在转出的一边滚刀其包络作用的长度L2，并考虑最后一个刀齿的最小厚度。则有：tan)tan(tantan002aaahsrhsaLL2是考虑齿轮刀齿左侧面齿顶最后切成的齿形（F点）。若考虑右侧面齿根最后切成的情形，则在齿轮坯转出的一边其包络作用的长度为（假定齿轮的基圆与齿顶圆重合）：tancossintan'2afahhhbL由于L2L2'，所以满足上述两个要求的滚刀最小长度为：21LLL复杂刀具设计计算得到的滚刀长度，还要进行修正：（1）由于滚刀的刀齿是按螺旋线分布的，所以边缘上的几个刀齿是不完整的刀齿，为了使它们不参加切削，就应该把滚刀长度加长些。（2）加工直齿齿轮时，由于滚刀轴线与工件端面倾斜角度，滚刀与齿轮坯的切削区域便加大了，因而滚刀长度必须相应的增加。但是，由于加工直齿轮时一般不超过6˚~7˚，这一项修正的影响不超过0.6%，可以不予考虑，但当加工斜齿齿轮时，如果滚刀轴线与工作面的夹角较大，必须考虑增加滚刀的长度，或在滚刀上作出切削锥部。（3）滚刀的轴台是用于检验滚刀安装跳动的基准，为了便于测量，单边轴台长度应不小于4~6mm。（4）为了使滚刀整个长度上的刀齿磨损均匀，滚刀可沿轴向窜刀，以增加每次重磨间的寿命，所以计算滚刀的长度时还应考虑增加一定的窜刀长度。可取轴向窜刀位置为2~3个。复杂刀具设计六、齿轮滚刀的合理使用1.齿轮滚刀的选择和安装选择标准齿轮滚刀时：滚刀的模数和齿形角应与被加工齿轮的法向模数、法向齿形角相同；滚刀精度等级的选择也要与被加工的齿轮所要求的精度等级相适应，凡使用较低精度的滚刀能满足使用要求时，尽量不用高精度的滚刀，以免造成浪费。滚刀的精度等级一般标记在滚刀端面上。（1）齿轮滚刀的选择复杂刀具设计滚刀安装到机床上以后，先要用千分表检查滚刀两端轴台的径向跳动量，使其不超过允许值，且两轴台的跳动方向和数值应尽可能一致，以免滚刀轴线在安装中产生偏斜。（2）齿轮滚刀的安装复杂刀具设计2．滚刀的重磨(1)滚刀重磨的条件：齿面粗糙度Ra值大于3.2um、有光斑或出现许多毛刺、声音不正常或滚刀后面磨损超过允许值(精切0.2mm～0.5mm，粗切0.8mm～1.0mm)。(2)滚刀重磨的设备：应在专用滚刀刃磨机床上进行。如没有，可在万能工具磨床上安装专用夹具来进行。复杂刀具设计(2)砂轮位置的调整：砂轮和滚刀的相对位置应保证得到需要的滚刀前角。左图为重磨零前角滚刀时砂轮的位置。重磨时需利用对刀样板使砂轮锥面母线通过滚刀轴线。复杂刀具设计重磨直槽滚刀时，砂轮工作面(锥面)母线应是直线，才能磨出平直的前刀面。(3)砂轮表面的修形：重磨螺旋槽滚刀时，直母线的锥面砂轮会磨出凸状的前刀面。前刀面中凸的程度随着滚刀容屑槽螺旋角的增大而加剧，因此该值大于8°～10°时，必须按某种曲线修整砂轮，以磨出直线性好的前刀面。砂轮截形曲线可用计算法求得，滚刀刃磨机床上的砂轮修整装置，应保证修整出的砂轮截形接近计算结果。复杂刀具设计3．重磨滚刀时产生的误差及其检验方法滚刀重磨后，一定要严格检验前刀面的径向性、容屑槽的圆周齿距和导程以及前刀面的粗糙度。重磨后的前刀面不允许有烧伤现象，切削刃应平直无锯齿形波纹，以保证滚刀原有的耐用度。(1)容屑槽的圆周齿距误差这是因为磨刀机床的分度机构不准确引起的。滚刀的侧后刀面是经过铲磨的，当圆周齿距不相等时，各刀齿的齿厚就不均匀，因而各侧刃就不在同一个基本蜗杆的螺纹表面上，从而产生不规则齿形误差。复杂刀具设计此项误差通常是以圆周齿距的最大累积误差表示的。测量方法与齿轮周节累积误差测量方法相同，在下图(b)中，用固定量爪及带杠杆的千分表测量出相对齿距误差，然后通过计算可求圆周齿距的最大累积误差。若不具备这种测量条件，也可用平测头千分表A检查刀齿的径向跳动来代替。复杂刀具设计(2)前刀面的径向性误差通常滚刀重磨后，只允许零前角或有微小的正前角。测量时先调整心轴，使千分表测头调至水平位置，保证侧头对准滚刀中心，如下图(c)，检验时将千分表沿滚刀的半径方向移动，即可测出滚刀前刀面的径向性误差。这是因为砂轮和滚刀的相对位置调整不准确引起的。由于前刀面不通过滚刀轴线，导致刀齿齿形畸形。复杂刀具设计(3)前刀面与滚刀轴线的平行性误差这是因为滚刀在磨刀机床上的安装误差引起的。这种误差使滚刀各刀齿的侧刃依次并逐渐离开正确的基本蜗杆表面，而顶刃的外经也形成锥度，导致被加工齿轮齿形向一侧歪斜。检测直槽滚刀前刀面与滚刀轴线的平行性误差时，只需将千分表沿滚刀的轴线方向移动即可。复杂刀具设计齿轮滚刀与插齿刀加工齿轮的比较