圆柱齿轮刀具设计

《圆柱齿轮刀具关键难题系列—设计篇》

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圆柱齿轮刀具关键难题系列—生产制造篇/viewthrea ...

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圆柱齿轮刀具关键难题系列——应用篇（写ing）

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圆柱齿轮刀具前辈论文小集（传ing）

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0，前言

1，整体方案设计。

业界有一句话说得非常狠：做齿轮刀具的，必须要比做齿轮的和做齿轮机床的都更懂齿轮！这是很有道理的。也正因为如此，对齿轮制造系统进行整体方案设计和整体优化的，往往由齿轮刀具供应商完成。

在整体方案的设计中，以自上而下的设计思想为指导，以整体优化为目标，达到和超过齿轮加工精度，效率，成本的客户要求。

基本的设计思路：

1.1 理清客户要求。被加工工件，加工节拍，整体方案的层次（有的要求高的甚至需要

刀具供应商为其设计设备工装投入方案）

1.2 清楚客户现有条件。包括设备能力，技术能力，操作能力，热处理水平，批量大小，

预算等

1.3 确定工序。滚+剃，滚+磨，插+剃，粗滚+精滚，怎么剃，怎么磨等

1.4 将加工要求分解至每部工序，并确定前后工序的配合要求。

1.5 确定单个刀具的几个重要指标，包括（单次修磨寿命级别，单件加工时间，切削速

度级别，修磨寿命等）如果发现有指标过高，应返回1.3重新确定工序

1.6 确定刀具定购数量，周期和交货期。

1.7 确定刀具基本参数，包括（结构形式，材料，涂层，孔径，外圆，长度，头数，槽

数等）

1.8 报价（附技术方案）。如果不能通过，返回1.5或者1.3

1.9 进行刀具结构设计。

1.10 给出加工工艺，包括（切削速度，走刀量，进给速度，切削深度，窜刀策略，单次

修磨量，修磨间隔等）。并验算1.5 中的的指标。如果怎么都达不到，返回1.7 重新确

定；若仍然达不到，返回 1.5甚至1.3

1.11 客户确认

其中几个要点：

** 客户与供应商相互信任，密切合作。

** 双方合作的具体操作人员，必须在技术上有相当好的可交流性。

** 刀具的成本在整个加工系统中的比例约6%，但是刀具所影响到成本的比例约75%。所以采用高性能刀具以降低整体加工成本，是整体方案的基本方法之一。

** 考虑到前后工序的配合关系和刀具管理及修磨的重要性，最好所有的刀具和服务（管理和修磨）由一个供应商提供。

** 方案至少需要制作2个。

** 保险系数须根据经验初定，也可根据试验结果修正。

难点：

** 整体把握

2，刀具寿命的评估

在整体设计方案里，这个问题是一个中间环节。

目前多根据经验评估，在整体设计中再加上一个保险系数。

进一步的发展，应该牵?2.1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性

怎样可以，用一个或多个指标，来衡量刀具的基本切削能力，再通过计算得到某个具体刀具设计的切削能力。

如现在多采用的，滚刀单牙切削长度。在一定切削速度和被加工工件材料条件下，单个牙齿切削的长度，由刀具材料+涂层确定。然后滚刀的总牙数*这个数值，就可以得到总切削长度。滚切的长度，则可以由工件参数和滚刀参数计算得来。

再比如，被加工材料的难易程度，可以用可加工性的某个系数来评估。

还需要考虑机床刚性，冷却条件，加工方式，某些关键参数等等。

建立起一整套的指标体系，才能更准确和方便地评估刀具寿命。

2.2 切削数据库

将刀具使用的实践和经验，整理到一个统一的切削数据库中。让齿轮加工，能够像普通加工，钻车铣那样，有一个整合的统一的切削数据库。在这个数据库的基础上，可以统计，可以分析，可以进行切削试验的数据分析。还可以为刀具结构设计提供反馈和验证。这样一个公司的经验积累，速度将会是相当快。而不是单纯依赖经验。

2.3 进行关键性的切削试验

有计划有选择的进行关键性切削试验，并将数据记录。其他的刀具寿命评估，就可以与这些关键案例进行对比和修正，从而获得一定的参考价值。

齿轮刀具设计自由度太大，是其基本特点之一。

案例式的切削试验，毫无疑问可以让寿命评估更准确更方便。

2.4 提出更高的要求

2.4.1 对刀具的性能稳定性提出更高的要求

我们常说这么一句话，一个公司的刀具好还是不好，不是看一次两次谁切的齿轮多，而是看百次千次是不是你都切得下这么多齿轮。

这就是性能的稳定性。与热处理，材料，涂层，机加工都关系紧密。是一个典型的木桶模型，即性能由最差的环节决定。

2.4.2 对被加工齿轮的材料稳定性提出更高的要求

被加工齿轮的用材，热处理水平，如果稳定性不好，都会直接影响到刀具寿命

2.4.3 对刀具结构设计提出更高要求

如何进行结构优化设计，才能最大限度发挥出刀具的切削能力，依然是刀具结构设计不懈的追求。

2.4.4 对刀具的使用提出更高的要求

合理的切削参数，高刚性的设备和装夹，合适的冷却，熟练的操作，合理和严格的刀具管理，都是发挥刀具性能的前提。

难点：

** 本身就是高难度

** 变量太多

3，刀具结构参数设计的优化

这里说的优化，指的是在已有基础上的改进。

优化基本的方法是：

** 数学建模进行分析

** 使用软件分析

** 从使用中得到反馈和验证

目前主要是靠经验但又很重要，需要进行优化的设计，有如下几个难题：

3.1 滚刀铣刀槽型优化

如何选取合适的参数组合来设计槽型，以达到强度刚性和容屑排屑性能的最佳平衡？这个优化，对于高速切削干切削，对于粉末钢硬质合金滚刀，尤为重要的。

3.2 滚刀插刀刃型优化

刃型（已经包括了变压力角），关系到刀具切削角度，流屑，磨损的均匀性等重要因素

3.3 滚刀铣刀插刀切削角度优化

包括前角后角刃倾角（滚刀与螺纹升角相关）等

在多个角度参数之间的平衡，在性能和精度之间的平衡，在单次修磨和修磨次数之间的平衡等

3.4 插刀铣刀最佳变位

这也是一个求解最佳平衡的问题。

3.5 剃刀最佳啮合角

直接关系到啮合过程的质量和剃刀加工的难度。