大模數修形梳齒刀的研制與應用

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

大模數修形梳齒刀的研制與應用

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

摘要：研究大模數修形梳齒刀的齒形修形設計與被加工齒輪齒頂修形量的關系和齒頂圓弧與齒形的過渡關系，設計不同類型的梳齒刀，達到梳齒過程平穩，沒有切削振動現象，保證齒形精度和齒形修形合格，齒面表面粗糙度值滿足設計要求。

我公司的馬格梳齒機（SH1200）是目前世界上屈指可數的3臺加工直徑超過10m的齒輪精加工設備之一，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。根據梳齒機刀座的不同，設計的是馬格型梳齒刀。馬格型梳齒刀制造時沒有前角，安裝在機床上后，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。根據需要也可設計成磨前梳齒刀、挖根梳齒刀等多種形式。

1. 試驗分析

工件名稱：φ5.2mm×48m干燥機大齒圈，材質是ZG42CrMo，法向模數Mn=50，齒數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，設計要求熱處理硬度： 280～320HBW。

2. 設計分析

φ5.2mm×48m干燥機大齒圈為Mn50的修形齒輪，Mn50超大模數修形梳齒刀的設計制造在國內還是空白，因此梳齒刀具的設計及制造需要創新。創新點：①需要研究精梳齒刀切削刃齒形修形部分的參數設計與被加工齒輪齒頂修形量的關系，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系，如果精梳齒刀齒頂圓弧參加吃刀，會使切削產生的彎矩增大，切削抗力急劇增加，導致切削不平穩，產生振動現象，輕者會引起齒面有波紋，表面質量差，嚴重者會引起啃刀甚至打刀。

3. 刀具設計形式

Mn50齒輪的齒形尺寸不比中小模數，是超大型規格，并且該齒輪要求對齒形修形。據梳齒刀的設計原理，結合日本川崎公司φ5.2mm×48m干燥機齒輪的齒形參數要求，設計了一種挖根梳齒刀（見圖1、圖2）；一種精梳齒刀，如圖3、圖4所示。梳齒刀材質選用W6Mo5Cr4V2Al，刀具表面涂層TiAlN。刀具表面經涂層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計尺寸，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，發現精梳齒刀齒頂圓弧參加了吃刀，這使切削產生的彎矩增大，切削抗力急劇增加，導致切削不平穩，有振動現象。引起齒面有波紋，表面質量差，產生啃刀現象。

通過對刀具設計參數進行分析發現，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的空間，需要改進，確保精梳齒刀齒頂圓弧不參加切削。經研究分析，對精梳齒刀改進，保留齒頂圓弧切削部分，把齒側切削刃按挖根刀齒形設計，補充設計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，沒有發生異常情況，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，沒有振刀現象，圓滿完成了大齒圈的加工。大齒圈的齒形經檢測合格，驗證了該梳齒刀的齒形參數設計正確合理，尤其是對齒形修形部分進行了認真驗證，結果完全符合產品設計要求（見圖7）。

圖5　挖根梳齒刀和精梳齒刀齒形對比

圖6　改進后的挖根梳齒刀齒形

圖7　精梳齒刀、挖根梳齒刀、改進的挖根梳齒刀齒形對比圖

5. 結語

我公司研制的Mn50修形梳齒刀成功完成了φ5.2mm×48m干燥機齒輪的梳齒加工，加工精度完全符合產品設計要求。目前國內齒輪滾刀最大模數達到Mn45，Mn50超大模數修形梳齒刀填補了國內超大模數齒輪刀具的空白。Mn50超大模數修形梳齒刀研制成功使我公司在超大模數齒輪加工領域具備了獨特的技術加工能力，是解決超大模數齒輪加工的最佳選擇，對于進一步開發公司產品市場具有較高的戰略意義和經濟意義。

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收稿日期：（20150515）