加工大模數大變位齒輪用雙頭滾刀刀片的設計與應用

　　在滾齒加工中，增加滾刀頭數可成倍提高工作臺轉速，大幅度提高加工效率，因此多頭滾刀作為一種高效刀具已廣泛應用于中、小模數齒輪的加工。但是，應用多頭滾刀加工大模數齒輪時，隨著滾刀頭數的增加，包絡工件每個齒面的刀齒數成比例地減少，使滾刀每個刀齒的切削負荷增大。為提高滾刀剛性，減小被切齒面棱度，滾刀的外徑和孔徑必須相應增大，滾刀齒數(容屑槽數)也需要增多。由于大模數齒輪的切削余量和切削深度較大(大變位齒輪尤其如此)，在加工過程中易出現切削不平穩現象，加劇刀具磨損及燒傷，降低刀具耐用度，因此對加工機床、刀具、工裝的剛性要求較高。由于以上原因，多頭滾刀在大模數、大變位齒輪加工中的應用難度較大。為提高大模數、大變位齒輪的加工效率(尤其是粗滾齒效率)，我們設計了大直徑雙頭滾刀，經過工藝試驗和批量生產，獲得了良好的加工效果和經濟效益。

　　雙頭滾刀的設計：被加工齒輪參數為模數m=12mm，壓力角a=20°，變位系數X=1. 3，齒數Z1=38；齒坯為鍛件；在Y30100 滾齒機上進行加工。通過分析計算滾齒機和雙頭滾刀的加工能力，確定非標雙頭滾刀的設計參數為：外徑De=200mm，孔徑d=50mm，容屑槽數Z刀=10，分圓螺紋升角lf=8°22'，直槽，0°前角，帶圓弧頭觸角，齒厚留量DS=1.6mm，右旋?，F將設計要點說明如下。

　　Y30100 滾齒機分度蝸桿的允許轉速為[n蝸桿]≤500r/min。蝸桿轉速n蝸桿與主軸轉速(滾刀轉速)n刀、滾刀頭數k頭和工件齒數Z1的關系式為n蝸桿=99n刀k頭/2Z1將設計參數代入上式計算可得：n蝸桿=83. 3r/min<[n蝸桿]。

　　Y30100滾齒機加工鋼制工件時，滾刀的允許最大外徑[De]max=220mm，粗滾加工的允許切削速度[v刀]=20～25m/min。切削速度計算公式為v刀=pn刀De/1000為避免因切削速度過高而降低刀具耐用度，設計時采用允許切削速度的下限值。將選定的滾刀外徑De=200mm 代入公式計算可得：v刀=20.1m/min，略高于[v刀]=20m/min。

根據設計要求，滾刀頭數與被切齒輪齒數之間應無公約數，以避免發生被切齒輪齒厚不一致現象。但如選用三頭以上的滾刀，刀具螺旋升角較大，不利于加工，且該滾刀主要用于粗滾加工，對加工精度要求不是太高，應主要考慮加工效率，因此設計時仍選用雙頭滾刀。

　　設計多頭滾刀時，應加大滾刀外徑，增加容屑槽數。當選用滾刀齒數Z刀=11時，刀齒厚度較選用Z刀=10時減小5.7mm，刀具耐用度降低較多；且作圖校驗發現砂輪鏟磨時會發生干涉現象，加上考慮粗加工的因素，因此采用Z刀=10較為合理。

　　采用正前角可提高滾刀齒形設計精度，改善切削條件，對于螺紋升角較大的大模數滾刀尤其如此。根據直槽正前角滾刀的設計方法，軸向齒形角計算公式為

　　ctgaqz=ctgancoslf(1-Z刀Ke/2prf2cosgf)

　　左、右側前刃面齒形角計算公式為

　　tanaq=(tanancosgf± sinlfsingf)/coslf

　　式中：an——滾刀法向齒形角

　　lf——滾刀分圓螺紋升角

　　Z刀——滾刀容屑槽數

　　K——滾刀徑向鏟背量，K=pDetanae/Z刀

　　e——滾刀前刃面偏心位置，e=Resinge

　　rf——滾刀分圓半徑

　　gf——滾刀分圓前角，gf=arcsin(e/rf)

　　ae——滾刀頂刃后角

　　Re——滾刀頂刃半徑

　　ge——滾刀頂刃前角

　　經計算，直槽正前角滾刀的軸向齒形角比直槽0°前角滾刀增大了48'。