大模數(shù)修形梳齒刀的研制與應(yīng)用

■中信重工機(jī)械股份有限責(zé)任公司 （河南洛陽 471039） 付 薇 申明付 溫 濤

大模數(shù)修形梳齒刀的研制與應(yīng)用

■中信重工機(jī)械股份有限責(zé)任公司 （河南洛陽 471039） 付 薇 申明付 溫 濤

摘要：研究大模數(shù)修形梳齒刀的齒形修形設(shè)計(jì)與被加工齒輪齒頂修形量的關(guān)系和齒頂圓弧與齒形的過渡關(guān)系，設(shè)計(jì)不同類型的梳齒刀，達(dá)到梳齒過程平穩(wěn)，沒有切削振動現(xiàn)象，保證齒形精度和齒形修形合格，齒面表面粗糙度值滿足設(shè)計(jì)要求。

我公司的馬格梳齒機(jī)（SH1200）是目前世界上屈指可數(shù)的3臺加工直徑超過10m的齒輪精加工設(shè)備之一，其加工齒輪用刀具是梳齒刀。梳齒刀是按照齒條與齒輪嚙合原理，利用展成方法加工直齒、斜齒和人字齒輪的一種刀具，也稱齒條刀。直齒、斜齒梳齒刀用于加工M1～M70mm甚至更大規(guī)格的直齒、斜齒和人字齒輪，也可加工空刀槽很小和無空刀槽的人字齒輪。根據(jù)梳齒機(jī)刀座的不同，設(shè)計(jì)的是馬格型梳齒刀。馬格型梳齒刀制造時(shí)沒有前角，安裝在機(jī)床上后，依靠刀架的傾斜而獲得6°30′的工作前角。按照加工性質(zhì)的不同，梳齒刀分為粗切梳齒刀、半精梳齒刀和精切梳齒刀3種。根據(jù)需要也可設(shè)計(jì)成磨前梳齒刀、挖根梳齒刀等多種形式。

1. 試驗(yàn)分析

工件名稱：φ5.2mm×48m干燥機(jī)大齒圈，材質(zhì)是ZG42CrMo，法向模數(shù)Mn=50，齒數(shù)z=144，壓力角αn=20°，β= 0°（直齒），齒頂修形E=0.94，修形高度Δh=31.42mm，齒根圓弧半徑r=19.5mm，齒厚公差Δs=-3.526mm，精度等級AGMA10，齒面表面粗糙度值Ra=3.2μm，設(shè)計(jì)要求熱處理硬度： 280～320HBW。

2. 設(shè)計(jì)分析

φ5.2mm×48m干燥機(jī)大齒圈為Mn50的修形齒輪，Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀的設(shè)計(jì)制造在國內(nèi)還是空白，因此梳齒刀具的設(shè)計(jì)及制造需要創(chuàng)新。創(chuàng)新點(diǎn)：①需要研究精梳齒刀切削刃齒形修形部分的參數(shù)設(shè)計(jì)與被加工齒輪齒頂修形量的關(guān)系，保證被加工齒輪的齒形精度。②研究精梳前挖根梳齒刀的齒頂圓弧與齒形的過渡關(guān)系，如果精梳齒刀齒頂圓弧參加吃刀，會使切削產(chǎn)生的彎矩增大，切削抗力急劇增加，導(dǎo)致切削不平穩(wěn)，產(chǎn)生振動現(xiàn)象，輕者會引起齒面有波紋，表面質(zhì)量差，嚴(yán)重者會引起啃刀甚至打刀。

3. 刀具設(shè)計(jì)形式

Mn50齒輪的齒形尺寸不比中小模數(shù)，是超大型規(guī)格，并且該齒輪要求對齒形修形。據(jù)梳齒刀的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合日本川崎公司φ5.2mm×48m干燥機(jī)齒輪的齒形參數(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種挖根梳齒刀（見圖1、圖2）；一種精梳齒刀，如圖3、圖4所示。梳齒刀材質(zhì)選用W6Mo5Cr4V2Al，刀具表面涂層TiAlN。刀具表面經(jīng)涂層TiAlN后能顯著提高刀具的耐磨性，提高被加工零件的表面質(zhì)量。

圖1　挖根梳齒刀齒形

圖2　挖根梳齒刀

圖3　精梳齒刀齒形

圖4　精梳齒刀

4. 刀具應(yīng)用

梳齒前大齒圈齒厚留量2mm，齒根留量1.0～1.2mm，首先用挖根梳齒刀把齒底深度加工到設(shè)計(jì)尺寸，再用精加工梳齒刀精梳齒。精梳齒過程中，在齒厚尚有0.2mm留量時(shí)，發(fā)現(xiàn)精梳齒刀齒頂圓弧參加了吃刀，這使切削產(chǎn)生的彎矩增大，切削抗力急劇增加，導(dǎo)致切削不平穩(wěn)，有振動現(xiàn)象。引起齒面有波紋，表面質(zhì)量差，產(chǎn)生啃刀現(xiàn)象。

通過對刀具設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，挖根梳齒刀的齒頂圓弧留量太大，不利于精梳齒。

從挖根梳齒刀和精梳齒刀齒形對比可以看出（見圖5），兩種梳齒刀齒頂圓弧不重合，存在間隙。說明挖根梳齒刀加工后，精梳齒刀的齒頂圓弧參加了切削，這不利于梳齒。因此挖根梳齒刀有改進(jìn)的空間，需要改進(jìn)，確保精梳齒刀齒頂圓弧不參加切削。經(jīng)研究分析，對精梳齒刀改進(jìn)，保留齒頂圓弧切削部分，把齒側(cè)切削刃按挖根刀齒形設(shè)計(jì)，補(bǔ)充設(shè)計(jì)了一種新的挖根梳齒刀（見圖6）。

用精梳齒刀改制的挖根梳齒刀加工過程切削平穩(wěn)，沒有發(fā)生異常情況，齒輪根部圓弧梳齒順利。

隨后使用精梳齒刀梳齒，梳齒過程平穩(wěn)，沒有振刀現(xiàn)象，圓滿完成了大齒圈的加工。大齒圈的齒形經(jīng)檢測合格，驗(yàn)證了該梳齒刀的齒形參數(shù)設(shè)計(jì)正確合理，尤其是對齒形修形部分進(jìn)行了認(rèn)真驗(yàn)證，結(jié)果完全符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求（見圖7）。

圖5　挖根梳齒刀和精梳齒刀齒形對比

圖6　改進(jìn)后的挖根梳齒刀齒形

圖7　精梳齒刀、挖根梳齒刀、改進(jìn)的挖根梳齒刀齒形對比圖

5. 結(jié)語

我公司研制的Mn50修形梳齒刀成功完成了φ5.2mm×48m干燥機(jī)齒輪的梳齒加工，加工精度完全符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。目前國內(nèi)齒輪滾刀最大模數(shù)達(dá)到Mn45，Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀填補(bǔ)了國內(nèi)超大模數(shù)齒輪刀具的空白。Mn50超大模數(shù)修形梳齒刀研制成功使我公司在超大模數(shù)齒輪加工領(lǐng)域具備了獨(dú)特的技術(shù)加工能力，是解決超大模數(shù)齒輪加工的最佳選擇，對于進(jìn)一步開發(fā)公司產(chǎn)品市場具有較高的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義。

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收稿日期：（20150515）