滚刀设计

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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
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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。
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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”
2.滚切斜齿圆柱齿轮
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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。
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第六章
齿轮滚刀
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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。
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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。
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六、齿轮滚刀的合理使用 1. 齿轮滚刀的选择和安装 （1） 齿轮滚刀的选择 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。
焊接式
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(4)按容屑槽(沟)可分为螺旋糟(沟)和直槽(沟)滚刀两类
λ0≤5º
λ0>5º
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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。
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(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。
齿轮滚刀与插齿刀加工齿轮的比较
L2 a s0 ha tan r (tan a tan ) s0 ha tan
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）：
L b ha tan
2) 滚刀的安装
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a ) 右旋滚刀 滚切右旋工件 b ) 右旋滚刀 滚切左旋工件
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β1
“同减异加，左顺右逆 ”
c ) 左旋滚刀 滚切左旋工件 d ) 左旋滚刀 滚切右旋工件
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二、齿轮滚刀的基本蜗杆 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。 滚刀的基本蜗杆（产形蜗杆）：切削刃所在的蜗杆。
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(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。
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(3)砂轮表面的修形： 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。 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。
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。
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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≤10mm
m>10mm
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(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
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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。
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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： L1 (2ra h)h s 0 L1是随着齿轮坯的齿顶圆半径ra增大而增大的
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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：
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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。 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。 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
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（2） 齿轮滚刀的安装
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．滚刀的重磨
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(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。
三、齿轮滚刀的造形（齿形）误差
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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。
轴向齿形 1表示阿基米德齿形，2表示渐开线齿形
法向齿形 Ⅰ表示渐开线齿形，Ⅱ表示阿基米德齿形
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当滚刀前角γ p＝0° 时，齿形误差大小随 螺旋升角λ 0的增大而 增大。
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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。
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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。
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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。
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(2)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。 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。
' 2
hf sin cos
ha tan
由于L2>L2'，所以满足上述两个要求的滚刀最小长度为：
L L1 L2
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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。