硬质合金刮削滚刀的研制

HEATS · 发表于 2010-9-12 11:11:09

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机夹不重磨硬质合金刮削滚刀是一种新型滚刀，用于精加工或半精加工淬硬齿轮，其齿顶刃不切削，只由两侧刃从轮齿齿面切下少量金属。刀具结构比较特殊，刀片较短，在各齿上的位置均不同，刀齿在啮合点附近切削，只需在啮合点处镶上刀片即可。与焊接式滚刀相比，具有精度高，结构简单，刀片更换方便，造价低等特点。本文对滚刀的结构进行分析，并给出刀片座各角度的计算公式，对不同模数的滚刀均可适用。

一、滚刀的结构特点

1.右刀片座 2.刀体 3.左刀片座 4.刀片 5.胶皮垫
图1 滚刀的镶齿结构

滚刀由刀体、刀片座、硬质合金刀片和弹性夹紧元件(胶皮垫)组成(如图1)。刀体为渐开线蜗杆，沿蜗杆上面铣出一些窄槽，槽数为滚刀圆周齿数的两倍。左、右刀片座交错镶嵌粘结于蜗杆两侧表面，刀片座上也要加工出槽，用来安放刀片，并使刀片直接定位在渐开螺旋面上。利用胶皮垫的弹性压缩量夹紧刀片，胶皮垫的柔性使刀片能略微摆动，刀片随着受力点的不同贴靠在不同位置的蜗杆表面上，使实际切削点和理论切削点一致，避免了设计和装配可能产生的误差。由于刮削滚刀的切削余量很小，刀片受力较小，且切削力的作用是将刀片压向定位面，通过试验验证此结构是合理的、可行的。

二、刀片座的设计与计算

图2 左刀片座

图3 刀片座角度计算图

刀片座起支承刀片的作用，为使刀片座与刀体较好地配合，按滚刀刀体设计刀片座。以图2所示左刀片座为例，计算板与键的二面角、顶面倾斜角、底端尖角。选取刀体右侧槽为计算基准，设其与刀体轴向截面的偏位值为e，用偏位平面截渐开螺旋面，得到两条曲线，求出左侧曲线在分圆上的齿形角a_左，然后利用球面三角公式计算刀片座的各角度。由发生线和刀刃平行线组成的平面简称为板，由刀刃平行线和轴向线组成的平面简称为键。若O为右侧槽在分度圆上的一点，设OA表示渐开螺旋面的发生线，OB代表轴向线，OC为与刀刃平行的直线(如图3)，三直线构成以O为顶点的三面角及平面角。发生线与轴向线的夹角为基圆螺旋角e=b_b，轴向线与刀刃平行线夹角为f=90°-a_左，由渐开螺旋面性质知，发生线和轴向线组成的发生面与发生线和刀刃平行线组成的平面垂直，即发生面与板之间的二面角d=90°，板和键之间二面角l可按下式求得：

sinl=sindsine/sinf

由轴向线和板顶线组成的刀片座顶面是倾斜的，其倾斜角h为顶面与板之间的二面角，若P点为右侧槽与分度圆的交点，可选取三条线束，PA板顶线，PB轴向线，PC刀刃平行线，板与键的二面角l已求得，由结构可确定板顶线与刀刃平行线夹角s=90°，根据下式求角h：

ctgfsins=cosscosl+sinlctgh

刀片座底面与蜗杆圆柱相切，刀片座底端尖角q为板底线与刀刃平行线的夹角，可借助如下三条线束求出，板底线QA，轴向线QB，刀刃平行线QC，底端尖角在端面的投影，是轴向线和板底线组成的底面与轴向线和刀刃平行线组成平面的二面角g，可通过几何关系求得，底面与板之间的二面角w按下述公式计算：

cosw=-cosgcosl+singsinlcosf

再利用公式求q：

sinq=singsinf/sinw

右刀片座的设计计算方法与左刀片座相同。

图4 齿形误差

三、切削试验

刀片座粘结到刀体上，还需磨刀片座的顶面和侧面，处圆直径达到规定尺寸，侧面要比刀片低约0.2mm。选用普通的切断刀刀片，按加工要求在体外刃磨出合理后角，刀片的厚度及切削刃和刀片底面的平行度应满足要求。

试验在滚齿机Y31125E上进行，切削速度32.06m/min，进给量3.08mm/r，切削厚度0.11mm，以顺铣方式切削，刀片材料YG8，刀体材料40Cr。滚刀顶刃前角-20°，侧刃后角选取6°;。外径162mm，孔径50mm，长度120mm，圆周齿数9，被切削齿轮参数；模数10，齿数23，材料45，齿面硬度50～52。齿形误差检测曲线如图4所示。

切削试验表明，滚削过程比较平稳，刀片无脱落、崩刃现象，说明所设计的刀具结构是合理可行的。

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