加工大模数、大变位齿轮用双头滚刀刀片的设计与应用

在滚齿加工中，增加滚刀头数可成倍提高工作台转速，大幅度提高加工效率，因此多头滚刀作为一种高效刀具已广泛应用于中、小模数齿轮的加工。但是，应用多头滚刀加工大模数齿轮时，随着滚刀头数的增加，包络工件每个齿面的刀齿数成比例地减少，使滚刀每个刀齿的切削负荷增大。为提高滚刀刚性，减小被切齿面棱度，滚刀的外径和孔径必须相应增大，滚刀齿数(容屑槽数)也需要增多。由于大模数齿轮的切削余量和切削深度较大(大变位齿轮尤其如此)，在加工过程中易出现切削不平稳现象，加剧刀具磨损及烧伤，降低刀具耐用度，因此对加工机床、刀具、工装的刚性要求较高。由于以上原因，多头滚刀在大模数、大变位齿轮加工中的应用难度较大。为提高大模数、大变位齿轮的加工效率(尤其是粗滚齿效率)，我们设计了大直径双头滚刀，经过工艺试验和批量生产，获得了良好的加工效果和经济效益。

2 双头滚刀的设计被加工齿轮参数为：模数m=12mm，压力角a=20°，变位系数X=1. 3，齿数Z1=38；齿坯为锻件；在Y30100 滚齿机上进行加工。通过分析计算滚齿机和双头滚刀的加工能力，确定非标双头滚刀的设计参数为：外径De=200mm，孔径d=50mm，容屑槽数Z刀=10，分圆螺纹升角lf=8°22'，直槽，0°前角，带圆弧头触角，齿厚留量DS=1.6mm，右旋。现将设计要点说明如下。

Y30100 滚齿机分度蜗杆的允许转速为[n蜗杆]≤500r/min。蜗杆转速n蜗杆与主轴转速(滚刀转速)n刀、滚刀头数k头和工件齿数Z1的关系式为 n蜗杆=99n刀k头/2Z1将设计参数代入上式计算可得：n蜗杆=83. 3r/min[n蜗杆]。

Y30100滚齿机加工钢制工件时，滚刀的允许外径[De]max=220mm，粗滚加工的允许切削速度[v刀]=20～25m/min。切削速度计算公式为 v刀=pn刀De/1000

为避免因切削速度过高而降低刀具耐用度，设计时采用允许切削速度的下限值。将选定的滚刀外径De=200mm 代入公式计算可得：v刀=20.1m/min，略高于[v刀]=20m/min。 根据设计要求，滚刀头数与被切齿轮齿数之间应无公约数，以避免发生被切齿轮齿厚不一致现象。但如选用三头以上的滚刀，刀具螺旋升角较大，不利于加工，且该滚刀主要用于粗滚加工，对加工精度要求不是太高，应主要考虑加工效率，因此设计时仍选用双头滚刀。

设计多头滚刀时，应加大滚刀外径，增加容屑槽数。当选用滚刀齿数Z刀=11时，刀齿厚度较选用Z刀=10时减小5.7mm，刀具耐用度降低较多；且作图校验发现砂轮铲磨时会发生干涉现象，加上考虑粗加工的因素，因此采用Z刀=10较为合理。

采用正前角可提高滚刀齿形设计精度，改善切削条件，对于螺纹升角较大的大模数滚刀尤其如此。根据直槽正前角滚刀的设计方法，轴向齿形角计算公式为 ctgaqz=ctgancoslf(1-Z刀Ke/2prf2cosgf)左、右侧前刃面齿形角计算公式为 tanaq=(tanancosgf± sinlfsingf)/coslf式中：an——滚刀法向齿形角 lf——滚刀分圆螺纹升角 Z刀——滚刀容屑槽数 K——滚刀径向铲背量，K=pDetanae/Z刀 e——滚刀前刃面偏心位置，e=Resinge rf——滚刀分圆半径 gf——滚刀分圆前角，gf=arcsin(e/rf) ae——滚刀顶刃后角 Re——滚刀顶刃半径 ge——滚刀顶刃前角 经计算，直槽正前角滚刀的轴向齿形角比直槽0°前角滚刀增大了48'。