第一章_滚刀的设计及应用
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切削运动
2.滚齿的四个运动
(1)滚刀旋转运动
(2)滚刀沿齿的轴向进给运动
(3)工件(齿坯)配合滚刀作相应旋转运动
(4)差动分度运动(切斜齿轮时)
•
滚刀的旋转运动为主运动。加工直齿轮时，滚刀每转
一转，工件转过一个齿(当该刀为单头时)或数个齿(当滚刀
为多头时)，以形成展成运动，即圆周进给运动；为了在齿
• 但由于齿轮滚刀的分度圆柱上的螺旋升角很小，故加工出的齿 形误差也很小。特别是阿基米德滚刀，不仅误差较小，而且误 差的分布对齿轮齿形造成一定的修缘，有利于齿轮的传动。因 此，一般精加工用的和小模数(m ≤10mm)的齿轮滚刀均为阿 基米德滚刀。法向直廓滚刀误差较大，多用于粗加工和大模数 齿轮（m ＞ 10mm）的加工。
螺旋齿轮副啮合的过程，滚刀实际上是一个螺
旋角很大的斜齿轮，呈蜗杆状。滚齿时（如图 7所示），滚刀切削刃齿轮端截面内相当于齿 条平移，因此切出的渐开线齿形，是齿条运动
轨迹的包络线。因此一种模数的齿轮滚刀可以
加工出模数和齿形角相同但齿数、变位系数和
螺旋角不同的各种圆柱齿轮。
返设计图
图7 滚齿加工图
轴向进给运动 分齿运动及附加运动
滚刀的设计及应用
第一节 概述 第二节 滚刀参数的优化设计 第三节 滚齿加工参数的选取 第四节 滚刀的使用和管理 第五节 滚齿常见缺陷及消除方法
第一节 概述
• 一、齿轮滚刀的工作特点 • 二、齿轮滚刀的工作原理 • 三、齿轮滚刀的构造和规格
四、滚刀精度
几种不同结构的齿轮滚刀
图1 自制普通滚刀
图2 进口多头斜槽滚刀
三、齿轮滚刀的构造和规格
2.滚刀的主要参数 (1)滚刀外径 (3)滚刀螺旋升角 (5)滚刀的槽数 (6)模数和压力角
(2)滚刀长度 (4)滚刀前角 (5)顶后角和侧后角 (7) 滚刀的内孔直径
四、滚刀精度
AA、A、B、C分别加工7、8、9、10级齿轮
返设计图
第二节、 滚刀参数的优化设计
• 1、滚刀外径的选取 • 2、 滚刀头数的选取 • 3、滚刀槽数的选取 • 4 、滚刀齿顶圆弧半径R的选择 • 5、 滚刀前角的选择 • 6、 滚刀长度的选择 • 7、滚刀材料的选择 • 8、 滚刀的热处理及镀层
图8 啮合关系图 图9 切痕包络图
3、滚齿加工中的棱度 和波度
1.齿形方向的棱度
2.齿向方向的波度
图10 棱度和波动图
二、齿轮滚刀的工作原理
4、滚刀的负荷及磨损
滚刀的切削区 实际切削区域偏向滚刀切入部分一边
滚刀刀齿负荷 刀齿负荷主要在(1)切入部分刀齿 (2)滚刀齿顶
滚刀磨损特点 (1)切入部分刀齿占切削负荷的80% (2)切入部分刀齿齿顶负荷最大 (3)最大磨损位置随被切齿轮齿数多少而变化,齿
• 1、滚刀外径的选取
• 外径一般取较大值，选用大直径滚刀的优点： • (a) 在保持同样的刃背长度的条件下，可采用较多的槽数，提高滚齿的齿形
精度，可以采用较大的轴向走刀量. • (b) 在采用相同的轴向走刀量的条件下，造成的走刀波纹高度要小于小直径
滚刀所造成的波纹高度。
• (c) 采用较大直径的滚刀可以选择较大的滚刀内孔。刀杆有较好的刚性。
三、齿轮滚刀的构造和规 格
1.滚刀的基本蜗杆
齿轮滚刀相当于一个齿数很少、螺旋
角很大，而且轮齿很长的斜齿圆
柱齿轮。因此，其外形就像一个
蜗杆。为了使这个蜗杆能起到切
削作用，需在其上开出几个容屑
槽(直槽或螺旋槽)，形成很多较短
的刀齿，因此而产生前刀面和切
削刃。每个刀齿有两个侧刃和一
个顶刃。同时，对齿顶后刀面和
图3 进口小径多槽加长整体镀层滚刀
图4 外购镀层圆磨滚刀
图5 加工台阶轴或双联齿整体滚刀
斯太尔行星齿轮滚刀设计图纸
返滚刀的 主要参数
滚齿工况图(图6)
一、齿轮滚刀的工作特点
1.在滚齿机上采用展成法的原理加工齿轮
•
滚齿是广泛采用的一种齿廓加工方法，是
依据交错轴齿轮啮合原理进行加工的。在滚齿
机上用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对
4.滚齿加工存在的不足 (1)包络出齿轮齿形受切削刃数限制(滚刀外径) (2)滚齿受加工位置限制(不能加工台阶齿和内齿轮)
二、齿轮滚刀的工作原理
1、滚齿加工的啮合关 系
1.保证一定的轴交角 2.保证一定的分齿运动 3.沿轴 线方向的 走刀运 动
2、滚齿的切削过程
齿轮的齿形由一系列刀齿 的成形切痕包络而成
轮的全齿宽上切出牙齿，滚刀还需沿齿轮轴线方向作轴向
进给运动。加工斜齿轮时，除上述运动外，还需给工件一
个附加的转动，以形成斜齿轮的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ旋齿槽。
•
为了保证滚刀和被加工齿轮正确的啮合关系,加工时应
该按照它们啮合的运动关系来调整滚齿机,使滚刀和被加工
齿轮严格按所需的角速度作强制运动。
3.滚齿加工的优点 (1)加工过程是连续的 (2)操作和调整简单 (3)滚齿加工易保证被加工齿轮的齿距
齿侧后刀面进行了铲齿加工，从 而产生了后角。但是，滚刀的切
11
削刃必须保持在蜗杆的螺旋面上，
这个蜗杆就是“滚刀的产形蜗
杆”，也称为“滚刀的基本蜗杆”
(见图11)。一共有三种基本形式(1)
渐 开 线 蜗 杆 (2) 法 向 直 廓 蜗 杆 (3)
阿基米德螺线蜗杆
• 在理论上，加工渐开线齿轮的齿轮滚刀基本蜗杆应该是渐开线 蜗杆。渐开线蜗杆在其端剖面内的截形是渐开线，在其基圆柱 的切平面内的截形是直线，但在轴剖面和法剖面内的截形都是 曲线，这就使滚刀的制造和检验较为困难。因此，生产中一般 采用阿基米德蜗杆（也称为轴向直廓蜗杆）或法向直廓蜗杆， 作为齿轮滚刀的基本蜗杆。阿基米德蜗杆在轴剖面内的齿形为 直线，而法向直廓蜗杆则是在法剖面内的齿形为直线。因此， 以这两种蜗杆为基本蜗杆的阿基米德滚刀和法向直廓滚刀，在 制造和检验上就方便多了。用阿基米德滚刀和法向直廓滚刀加 工出来的齿轮齿形，理论上都不是渐开线，有一定的加工误差， 这就是滚齿加工方法存在的原理误差.
数越少,最大磨损部位越靠近展成中心 (4)除上述磨损外,滚刀所特有的磨损状态---齿角
磨损
二、 齿轮滚刀的工作原理
5、齿角磨损原因
(1)齿角切削阻力大,切温高,散热条件差 (2)齿厚薄,齿角处有刮削 (3)若被加工材料韧性大,则切温更高,更易磨损
6、减轻齿角磨损办法
(1)加大转角处圆弧半径 (2)刀齿做成交错的(制造有难度)
2.滚齿的四个运动
(1)滚刀旋转运动
(2)滚刀沿齿的轴向进给运动
(3)工件(齿坯)配合滚刀作相应旋转运动
(4)差动分度运动(切斜齿轮时)
•
滚刀的旋转运动为主运动。加工直齿轮时，滚刀每转
一转，工件转过一个齿(当该刀为单头时)或数个齿(当滚刀
为多头时)，以形成展成运动，即圆周进给运动；为了在齿
• 但由于齿轮滚刀的分度圆柱上的螺旋升角很小，故加工出的齿 形误差也很小。特别是阿基米德滚刀，不仅误差较小，而且误 差的分布对齿轮齿形造成一定的修缘，有利于齿轮的传动。因 此，一般精加工用的和小模数(m ≤10mm)的齿轮滚刀均为阿 基米德滚刀。法向直廓滚刀误差较大，多用于粗加工和大模数 齿轮（m ＞ 10mm）的加工。
螺旋齿轮副啮合的过程，滚刀实际上是一个螺
旋角很大的斜齿轮，呈蜗杆状。滚齿时（如图 7所示），滚刀切削刃齿轮端截面内相当于齿 条平移，因此切出的渐开线齿形，是齿条运动
轨迹的包络线。因此一种模数的齿轮滚刀可以
加工出模数和齿形角相同但齿数、变位系数和
螺旋角不同的各种圆柱齿轮。
返设计图
图7 滚齿加工图
轴向进给运动 分齿运动及附加运动
滚刀的设计及应用
第一节 概述 第二节 滚刀参数的优化设计 第三节 滚齿加工参数的选取 第四节 滚刀的使用和管理 第五节 滚齿常见缺陷及消除方法
第一节 概述
• 一、齿轮滚刀的工作特点 • 二、齿轮滚刀的工作原理 • 三、齿轮滚刀的构造和规格
四、滚刀精度
几种不同结构的齿轮滚刀
图1 自制普通滚刀
图2 进口多头斜槽滚刀
三、齿轮滚刀的构造和规格
2.滚刀的主要参数 (1)滚刀外径 (3)滚刀螺旋升角 (5)滚刀的槽数 (6)模数和压力角
(2)滚刀长度 (4)滚刀前角 (5)顶后角和侧后角 (7) 滚刀的内孔直径
四、滚刀精度
AA、A、B、C分别加工7、8、9、10级齿轮
返设计图
第二节、 滚刀参数的优化设计
• 1、滚刀外径的选取 • 2、 滚刀头数的选取 • 3、滚刀槽数的选取 • 4 、滚刀齿顶圆弧半径R的选择 • 5、 滚刀前角的选择 • 6、 滚刀长度的选择 • 7、滚刀材料的选择 • 8、 滚刀的热处理及镀层
图8 啮合关系图 图9 切痕包络图
3、滚齿加工中的棱度 和波度
1.齿形方向的棱度
2.齿向方向的波度
图10 棱度和波动图
二、齿轮滚刀的工作原理
4、滚刀的负荷及磨损
滚刀的切削区 实际切削区域偏向滚刀切入部分一边
滚刀刀齿负荷 刀齿负荷主要在(1)切入部分刀齿 (2)滚刀齿顶
滚刀磨损特点 (1)切入部分刀齿占切削负荷的80% (2)切入部分刀齿齿顶负荷最大 (3)最大磨损位置随被切齿轮齿数多少而变化,齿
• 1、滚刀外径的选取
• 外径一般取较大值，选用大直径滚刀的优点： • (a) 在保持同样的刃背长度的条件下，可采用较多的槽数，提高滚齿的齿形
精度，可以采用较大的轴向走刀量. • (b) 在采用相同的轴向走刀量的条件下，造成的走刀波纹高度要小于小直径
滚刀所造成的波纹高度。
• (c) 采用较大直径的滚刀可以选择较大的滚刀内孔。刀杆有较好的刚性。
三、齿轮滚刀的构造和规 格
1.滚刀的基本蜗杆
齿轮滚刀相当于一个齿数很少、螺旋
角很大，而且轮齿很长的斜齿圆
柱齿轮。因此，其外形就像一个
蜗杆。为了使这个蜗杆能起到切
削作用，需在其上开出几个容屑
槽(直槽或螺旋槽)，形成很多较短
的刀齿，因此而产生前刀面和切
削刃。每个刀齿有两个侧刃和一
个顶刃。同时，对齿顶后刀面和
图3 进口小径多槽加长整体镀层滚刀
图4 外购镀层圆磨滚刀
图5 加工台阶轴或双联齿整体滚刀
斯太尔行星齿轮滚刀设计图纸
返滚刀的 主要参数
滚齿工况图(图6)
一、齿轮滚刀的工作特点
1.在滚齿机上采用展成法的原理加工齿轮
•
滚齿是广泛采用的一种齿廓加工方法，是
依据交错轴齿轮啮合原理进行加工的。在滚齿
机上用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对
4.滚齿加工存在的不足 (1)包络出齿轮齿形受切削刃数限制(滚刀外径) (2)滚齿受加工位置限制(不能加工台阶齿和内齿轮)
二、齿轮滚刀的工作原理
1、滚齿加工的啮合关 系
1.保证一定的轴交角 2.保证一定的分齿运动 3.沿轴 线方向的 走刀运 动
2、滚齿的切削过程
齿轮的齿形由一系列刀齿 的成形切痕包络而成
轮的全齿宽上切出牙齿，滚刀还需沿齿轮轴线方向作轴向
进给运动。加工斜齿轮时，除上述运动外，还需给工件一
个附加的转动，以形成斜齿轮的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ旋齿槽。
•
为了保证滚刀和被加工齿轮正确的啮合关系,加工时应
该按照它们啮合的运动关系来调整滚齿机,使滚刀和被加工
齿轮严格按所需的角速度作强制运动。
3.滚齿加工的优点 (1)加工过程是连续的 (2)操作和调整简单 (3)滚齿加工易保证被加工齿轮的齿距
齿侧后刀面进行了铲齿加工，从 而产生了后角。但是，滚刀的切
11
削刃必须保持在蜗杆的螺旋面上，
这个蜗杆就是“滚刀的产形蜗
杆”，也称为“滚刀的基本蜗杆”
(见图11)。一共有三种基本形式(1)
渐 开 线 蜗 杆 (2) 法 向 直 廓 蜗 杆 (3)
阿基米德螺线蜗杆
• 在理论上，加工渐开线齿轮的齿轮滚刀基本蜗杆应该是渐开线 蜗杆。渐开线蜗杆在其端剖面内的截形是渐开线，在其基圆柱 的切平面内的截形是直线，但在轴剖面和法剖面内的截形都是 曲线，这就使滚刀的制造和检验较为困难。因此，生产中一般 采用阿基米德蜗杆（也称为轴向直廓蜗杆）或法向直廓蜗杆， 作为齿轮滚刀的基本蜗杆。阿基米德蜗杆在轴剖面内的齿形为 直线，而法向直廓蜗杆则是在法剖面内的齿形为直线。因此， 以这两种蜗杆为基本蜗杆的阿基米德滚刀和法向直廓滚刀，在 制造和检验上就方便多了。用阿基米德滚刀和法向直廓滚刀加 工出来的齿轮齿形，理论上都不是渐开线，有一定的加工误差， 这就是滚齿加工方法存在的原理误差.
数越少,最大磨损部位越靠近展成中心 (4)除上述磨损外,滚刀所特有的磨损状态---齿角
磨损
二、 齿轮滚刀的工作原理
5、齿角磨损原因
(1)齿角切削阻力大,切温高,散热条件差 (2)齿厚薄,齿角处有刮削 (3)若被加工材料韧性大,则切温更高,更易磨损
6、减轻齿角磨损办法
(1)加大转角处圆弧半径 (2)刀齿做成交错的(制造有难度)