径向剃齿刀切削刃错位方向的研究

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1．引言

　　根据径向剃齿机理可知，在径向剃齿过程中，刀具没有轴向或斜向的进给运动，只有沿径向的进给运动，剃齿刀与工件齿面为线接触，为了剃出全齿面，径向剃齿刀的梳状槽切削刃必须在轴向错位排列。根据错位排列的方向不同，径向剃齿过程中的切削方式也有所不同，这将直接影响剃齿过程的受力状况及剃后表面粗糙度的大小，因此，对径向剃齿刀切削刃错位方向的研究可以指导刀具设计，提高剃齿质量。

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　　2．径向剃齿切削过程分析

　　为了形成切削刃，径向剃齿刀齿面上必须开有容屑槽，一般常用的槽型为刃槽侧面与剃齿刀端面平行。在剃齿过程中，其中一个刀刃前角为0°，后角也为0°；另一个刀刃前角为－90°，后角为90°。前者可以较顺利地剃削齿轮齿面，而后者只能挤刮被剃齿轮齿面。考虑到径向剃齿刀的这种特点，径向剃齿刀切削刃的错位排列方式可按螺旋线排列成左旋或右旋，切削过程可分为逆剃或顺剃。在其它条件不变的情况下，如图1a所示，切削过程中留在工件同一齿面上的第二剃痕沿前一切削刃已加工过的方向切入，这种切削方式称为逆剃；相反，如图1b所示，切削过程中留在工件同一齿面上的第二剃痕直接切入工件齿面，这种切削方式称为顺剃。用同样的切削力切削时，逆剃的切入深度比顺剃要深^［1］，这是由于逆剃时剃削厚度的变化是从零到最大，且轴向滑移运动的方向与切削刃和工件齿侧的接触过程顺序相一致，因此逆剃时无打滑现象，刀具磨损小；而顺剃时，刀具后角为0°，不利于直接切入工件表面，容易造成打滑。由于逆剃远比顺剃有利，因此切削刃的排列应使其形成逆剃。

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（a）逆剃　　　　　　　（b）顺剃

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实线为剃痕1，虚线为剃痕2

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图1　逆剃与顺剃

　　要实现逆剃，就要保证第二条剃痕沿第一条剃痕已加工过的方向切入，使剃削滑移方向与剃痕顺序方向一致，而剃削滑移的方向即为剃齿刀相对被剃齿面在啮合点处的相对速度方向。因此，错位方向为沿刀具转动方向向相对速度方向错位。图2表示剃齿刀和被剃齿轮的配置情况^［2］。图中被剃齿轮的螺旋线方向为右旋（β₁＞0），刀具螺旋线方向为左旋（β₂＜0），刀具轴线相对齿轮轴线的夹角Σ与被剃齿轮同向（Σ＞0），此时作用在被剃齿轮齿面上的切削滑移方向为v₂₁，该方向为齿面的倾斜方向。为使切削刃的作用形成逆剃，此时顺次作用的切削刃必须错位成右旋方向，即保证第二条剃痕沿第一条剃痕已加工过的方向切入。图中被剃齿轮齿面上的数字1、2、3、4表示为形成逆剃而应该顺次作用的剃痕序号；径向剃齿刀上的数字1、2、3、4的连线表示逆剃时各顺次作用的刀齿面上切削刃的错位方向。图中错位方向规定应顺着刀具转动的方向排列。若刀具转动方向改变，相对速度方向也应反向，因此顺着刀具转动方向错位后，其错位方向仍为右旋，即与刀具转动方向无关。在径向剃齿中，为形成逆剃，刀具错位方向与被剃齿轮螺旋角、剃齿刀螺旋角以及剃齿时的轴交角的正负有密切关系。若被剃齿轮为左旋（β₁＜0），则有以下几种情况：

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图2　刀刃的错位方向

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　　（1）刀具右旋（β₂＞0），轴交角Σ＞0，此时为了形成逆剃，径向剃齿刀切削刃应排列成右旋，如图3a所示；（2）刀具右旋（β₂＞0），轴交角Σ＜0，此时为了形成逆剃，径向剃齿刀切削刃应排列成左旋，如图3b所示；（3）刀具左旋（β₂＜0），轴交角Σ＜0，此时为了形成逆剃，径向剃齿刀切削刃应排列成左旋，如图3c所示。

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图3　齿轮左旋时的刀刃排列方向

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　　用同样的方法可分析被剃齿轮为右旋（β₁＞0）的情况。

　　3．结论

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　　通过分析可知，当轴交角的正负与被剃齿轮螺旋角的正负相同时，刀具错位排列的方向应与被剃齿轮螺旋角方向相同；当轴交角的正负与被剃齿轮螺旋角的正负相反时，刀具错位方向应与径向剃齿刀的螺旋角相反。