滚刀授课内容

齿轮滚刀的设计及通用性验算
一前言
我厂是中小模数齿轮生产的专业厂，用于加工齿轮的最常用的刀具-滚刀在我厂的应用非常普遍，批量化生产和单件小批量生产所需的滚刀大部分都属于专用滚刀，需要进行单独的设计与制造。

二齿轮滚刀的加工原理：
齿轮滚刀加工齿轮的原理，就是一对螺旋齿轮的啮合过程。

滚刀实质就是一个具有一定切削角度的蜗杆。

滚刀切削刃所在的蜗杆，称为滚刀的基本蜗杆。

目前我们常用的滚刀
是阿基米德滚刀，其轴向截面为直线齿形。

三齿轮滚刀的分类:
齿轮滚刀按结构分为整体和镶片两种；按模数可分为大、中、小三种；按用途可分为粗、精两种；按精度等级又可分为四种：AA级滚刀（用于加工7级齿轮），A级滚刀（用于加工8级齿轮），B级滚刀（用于加工9级齿轮），和C级滚刀（用于加工10级齿轮）。

四齿轮滚刀的结构参数：
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1，小模数齿轮滚刀为了能使刀齿顶部形成切削后角，其槽形角一般取45,并适当增大槽底圆弧半径。

由于小模数齿轮
滚刀螺纹升角很小，故容屑槽做成平行于其轴线的直槽。

2，滚刀的外径：
滚刀的外径是一个重要的结构尺寸，其大小直接影响到其它结构参数的合理性。

一般情况，精度要求高的齿轮，滚刀的外径应选择大一些，精度底的齿轮，滚刀外径可选
择小一些，因为滚刀外径越大，则分圆螺纹升角越小，滚
刀的近似造型误差越小，可提高齿形的设计精度。

滚刀外径大可使孔径增大，从而增加滚刀心轴的刚性。

同时，滚刀外径的增大，还可以使容屑槽数目增加，减少
切齿时齿轮齿面的包络误差，减小滚刀单齿的切削负荷，
提高齿轮的耐用度和齿轮表面光洁度。

同时，滚刀的外径
也要考虑零件和机床的结构特点。

我厂齿轮滚刀外径尺寸一般为Ф25，Ф32（加工模数小于1的齿轮）Ф50 Ф63(加工模数大于1的齿轮)。

3，滚刀外径偏差按d10(GB159-59)规定。

4. 滚刀的孔径及精度：
滚刀的孔径主要是由外径决定的,滚刀外径越大，其孔径可相对增大，从而增加滚刀心轴的刚度，加工中能采用
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较大的切削规范，提高加工效率。

滚刀的孔是制造，检测和安装使用的基准，因而滚刀孔的精度是滚刀必须具备的精度，否则，滚刀的精度无从谈起。

孔径的精度根据GB6084-85的规定，选取H5。

5. 滚刀的长度：
滚刀的长度由螺纹部分的长度和轴台的长度所组成。

滚刀的螺纹部分除去两端的不全齿以外，应至少具有包络出被切齿面两侧完整齿形的所需长度以及切削斜齿齿轮时所必须的增加量。

为避免滚刀个别负荷大的刀齿因早期磨损而造成切削齿不能充分利用，滚刀长度还应包括用作轴向位移的增加量，以延长两次重磨之间的使用寿命。

长度公差按d9（GB159-59）规定.
滚刀的轴台用作检验滚刀安装准确程度的基准，它要求与滚刀孔有严格的同轴度。

轴台对基准孔的跳动根据滚刀的精度，按照GB6084-85或JB2494-78选取相应数值。

6．滚刀的容屑槽：
滚刀的容屑槽一般做成与轴线平行的直槽，不仅能提高制造和刃磨精度，而且易于检查。

直槽滚刀采用阿基米得基本蜗杆近似造形，经过对基
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本蜗杆齿形角的修正，可以得到很近似于渐开线蜗杆的滚刀。

滚刀容屑槽数量关系到切削过程的平稳性，齿形精度，齿面粗糙度，以及滚刀每次重磨后的耐用度和使用寿命。

滚刀的容屑槽数量愈多，切削重迭系数愈大，分配在每一刀齿上的负荷减小切削加工过程愈平稳，耐用度就高。

滚刀容屑槽数量愈多，齿面的包络误差就愈小，对提高齿轮的齿形精度和齿面粗糙度也有直接的好处。

但是，滚刀容屑槽数量过多，每个刀齿的宽度减小，滚刀的可重磨次数减少。

我厂齿轮滚刀容屑槽数量一般为12。

7．滚刀的切削角度：
(1) 滚刀的前角：
本厂精加工滚刀的标准滚刀为便于制造和测量，一般都采用0°前角。

(2) 滚刀的后角：
齿轮滚刀的顶刃后角和侧刃后角应保持一定的关系，使滚刀重磨后齿形不发生变化，同时要保证最小的
侧刃后角，使滚刀不易磨损。

因此，滚刀的顶刃的侧刃
必须采用相同的径向铲背量。

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铲背量值用以下公式计算：
p a
式中： K-----滚刀径向铲背量；
Deg-----滚刀外径；
Zg-----滚刀容屑槽数：
a e----滚刀顶刃后角。

滚刀顶刃后角一般取10︒-12︒，当K值计算圆整后（计算精确到0.5mm）,应验算其侧刃后角不小于3︒
a p a
式中：a c -----滚刀侧刃后角：
a fn-----滚刀分度圆法向齿形角
8. 滚刀的分度圆直径和螺纹升角：
(1) 滚刀的分圆直径：
滚刀重磨后，滚刀加工齿轮时的节圆直径要相应减小，因而滚刀加工齿轮时的安装斜角应随滚刀重磨后的分圆螺纹升角而变化。

但在实际生产中，不可能重磨一次就改变滚刀的安装斜角。

为不考虑滚刀因重磨而引起的分圆直径的变化，那么按新的滚刀螺纹升角去安重磨到最后状态的滚刀，被
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切齿轮的齿厚将变薄，有效渐开线长度变短，齿形角也会发生一些变化。

因而，应该设计一个比较合理的分圆直径，得到一个比较合理的分圆螺纹升角，使滚刀加工齿轮时的安装斜角更接近于新旧滚刀的螺纹升角。

滚刀的分圆直径dfg计算如下：
d
式中： heg-----滚刀的齿顶高；
d Deg----滚刀的外径偏差
(2) 滚刀的螺纹升角：
滚刀的螺纹升角与滚刀使用时安装有关，它还影响滚刀的齿形近似造形误差。

滚刀的螺纹升角λf计算公式如下：
λ
λ
式中： n------滚刀的螺纹头数；
m n------滚刀的法向模数；
λ
------滚刀的螺纹升角。

五齿轮滚刀的齿形参数：
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1.滚刀的齿形角：
阿基米德滚刀在轴向截面的齿形是直线。

直槽阿基米德滚刀，容屑槽的导程 T=∞，则左右侧刃的齿形角
都等于滚刀的轴向齿形角。

阿基米德滚刀是以渐开线蜗杆轴向齿形在分圆处的斜角作为其轴向齿形的，其值计算如下：
a аfn λ
a аfn λ
式中：аfn-------滚刀分圆法向齿形角。

--------滚刀螺纹升角。

λ
2. 滚刀的齿厚：
(1)滚刀的法向齿厚：
精加工滚刀：S fng=πmn/2
粗加工滚刀：S fng=πmn/2-ΔS
式中: ΔS---齿轮精切余量或留磨余量。

被加工齿轮为变位齿轮时，应根据公法线或M值的测量值
计算出零件的法向齿厚，从而确定滚刀的法向齿厚。

a.如已知齿轮的公法线长度为Ln,则按下式换算为S fn：
S fn=[Ln-(n-1)ton]/cosаfn-mn*z*invаfs
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式中: ton--------齿轮法向基节；其值=πmncosаfn n--------公法线长度的测量齿数；
аfn ---------端面压力角。

tgаfs=tgаfn/cos
则滚刀的法向齿厚: Sfng=πmn-S fn
b.如已知齿轮的M值为M，则按下式换算S fn:
inv a e =DRe/Db+inv a D+Sfn/D-p/z
S fn=(inv a e-D Re/Db-inv a D+p/z)*D
式中: a----齿轮量棒中心圆上的压力角；
M=Db/cos a e+Dre （偶数齿）
a e=cos-1[Db/(M-DRe)]
M=（Db/cos a e）*cos(90º/z)+Dre (奇数齿)
a e=cos-1{Db/[(M-Dre)/[cos(90º/z)]]}
式中：Dre--------量棒直径；
Db---------基圆直径。

则滚刀的法向齿厚:Sfng=πmn-S fn
3.滚刀的齿高：
齿顶高:heg=(f+C')mn
齿根高:hig=(f+C')mn
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齿全高:hg=heg+hig
当被加工齿轮为变位齿轮且齿根圆尺寸要求比较严的情况下，一般说来，滚刀的齿顶高应等于被加工齿轮的齿根高。

滚刀的齿全高应等于被加工齿轮的齿全高加上0．35m(模数小于1时)或0.25m(模数大于1时)。

当设计留磨滚刀时，为避免砂轮与齿轮底接触，特别将齿轮齿底切深0.1m,即留磨滚刀的齿顶高等于1.35mn,齿全高等于2.6mn.
六，齿轮滚刀主要技术条件
1.滚刀材料：W6Mo5Cr4V
2.
2.滚刀参数：模数，齿数，分圆压力角，螺纹升角。

3.滚刀精度。

4.滚刀毛坯锻造后碳化物均匀度不超4级。

5.滚刀表面不得有裂纹，崩刃，烧伤及其他影响使用性的
缺陷
6.滚刀为单头,旋向，直槽。

7.标刻：图号，精度等级，模数，分圆压力角，螺纹升角,
制造日期。

8.滚刀检验合格后，表面TiN涂镀，厚度不大于0.005
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七. 几种常用齿轮滚刀的设计说明：
1,小模数齿轮滚刀的设计：
(1)凡是模数小于1mm的均属于这一类。

我厂生产的该种滚
刀按外径分为Ф32, Ф25两种。

(2)小模数滚刀的铲背量K的计算公式的前述相同，只是刀
齿顶刃后角一般取8°左右，而且没有第二铲背量K1。

为了顺利地铲磨齿形，通常取槽形角为45°.
(3)其余的设计与计算均可按前述方法。

2,留磨齿轮滚刀的设计：
(1)该种滚刀用于磨齿粗切齿轮（滚齿、剃齿等），为了在磨
齿形时砂轮的外圆不磨削齿形的根部，在粗滚齿轮时应比普通齿轮切深一点，通常取滚刀的上齿高ha=1.35mn(普通齿轮ha=1.25mn)。

齿厚s=π*mn/2-△,式中△为留磨量。

留磨量一般由被加工零件的模数大小而定。

(2)留磨滚刀的精度可按齿轮滚刀B级标准。

3.修缘齿轮滚刀的设计：
修缘滚刀修缘的目的是使被加工齿轮经过精加工齿后，齿轮齿顶无毛刺。

齿轮齿顶合理修缘是解决齿轮啮合噪声问题的重要方法之一。

因此，从理论上精确计算出
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修缘滚刀的修缘压力角α和修缘起点至节线距离h很有必要。

可按如下方法进行计算：
(1)倒缘部分的角度：对于压力角为20°的磨前滚刀，一般
取α=50°左右。

(2)倒缘开始点至滚刀齿顶的距离：hd=heg+hid
式中: hid为倒缘开始点至滚刀节线间的距离。