加工大模數(shù)、大變位齒輪用雙頭滾刀刀片的設(shè)計與應(yīng)用

　　1在滾齒加工中，增加滾刀頭數(shù)可成倍提高工作臺轉(zhuǎn)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(yīng)用于中、小模數(shù)齒輪的加工。但是，應(yīng)用多頭滾刀加工大模數(shù)齒輪時，隨著滾刀頭數(shù)的增加，包括工件每個齒面的刀齒數(shù)成比例地減少，使?jié)L刀每個刀齒的切削負(fù)荷變大。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(yīng)變大，滾刀齒數(shù)(容屑槽數(shù))也需要增多。由于大模數(shù)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(xiàn)切削不平穩(wěn)現(xiàn)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(shù)、大變位齒輪加工中的應(yīng)用難度較大。為提高大模數(shù)、大變位齒輪的加工效率(尤其是粗滾齒效率)，我們設(shè)計了大直徑雙頭滾刀，經(jīng)過工藝試驗和批量生產(chǎn)，獲得了良好的加工效果和經(jīng)濟效益。

　　2 雙頭滾刀的設(shè)計

　　被加工齒輪參數(shù)為：模數(shù)m=12mm，壓力角a=20°，變位系數(shù)X=1. 3，齒數(shù)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(biāo)雙頭滾刀的設(shè)計參數(shù)為：外徑De=200mm，孔徑d=50mm，容屑槽數(shù)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。現(xiàn)將設(shè)計要點說明如下。

　　Y30100 滾齒機分度蝸桿的允許轉(zhuǎn)速為[n蝸桿]≤500r/min。蝸桿轉(zhuǎn)速n蝸桿與主軸轉(zhuǎn)速(滾刀轉(zhuǎn)速)n刀、滾刀頭數(shù)k頭和工件齒數(shù)Z1的關(guān)系式為

　　n蝸桿=99n刀k頭/2Z1

　　將設(shè)計參數(shù)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(shè)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(jù)設(shè)計要求，滾刀頭數(shù)與被切齒輪齒數(shù)之間應(yīng)無公約數(shù)，以避免發(fā)生被切齒輪齒厚不一致現(xiàn)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(yīng)主要考慮加工效率，因此設(shè)計時仍選用雙頭滾刀。

　　設(shè)計多頭滾刀時，應(yīng)加大滾刀外徑，增加容屑槽數(shù)。當(dāng)選用滾刀齒數(shù)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(fā)現(xiàn)砂輪鏟磨時會發(fā)生干涉現(xiàn)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(shè)計精度，改善切削條件，對于螺紋升角較大的大模數(shù)滾刀尤其如此。根據(jù)直槽正前角滾刀的設(shè)計方法，軸向齒形角計算公式為

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

　　左、右側(cè)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(shù)

　　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(jīng)計算，直槽正前角滾刀的軸向齒形角比直槽0°前角滾刀變大了48'。