金 屬 切 削 原 理 與 刀 具第9章

1、9.1 齒輪刀具 9.1.1 齒輪滾刀1齒輪滾刀的應(yīng)用范圍 齒輪滾刀是按展成法加工齒輪的刀具?？捎脕砑庸ね鈬Ш系闹饼X輪、斜齒輪、標準齒輪和變位齒輪。用一把滾刀可以加工模數(shù)相同的任意齒數(shù)的齒輪。2齒輪滾刀的基本蝸桿 齒輪滾刀一般是指加工漸開線齒輪用的滾刀。它是按螺旋齒輪嚙合原理加工齒輪的，它也具有漸開線齒輪的幾何特性。齒輪滾刀外形不像齒輪，實際上它是僅有1 第九章 其 他 刀 具 第九章 其他刀具個齒（2、3個齒）、但齒很長而螺旋角又很大的斜齒圓柱齒輪。從外形上看它很像一個蝸桿，如圖9.1所示 為了使這個蝸桿能起切削作用，須沿其長度方向開出好多容屑槽，因此把蝸桿上的螺紋割成許多較短的刀齒，并產(chǎn)生

2、了前刀面2和切削刃3，每個刀齒有一個頂刃和兩個側(cè)刃。為了使刀齒有后角，還要用鏟齒方法鏟出側(cè)后刀面4和頂后刀面1，但是各個刀齒的切削刃必須位于這個相當(dāng)于斜齒圓柱齒輪蝸桿的螺紋表面上，因此這個蝸桿就稱為滾刀的基本蝸桿?；疚仐U的螺紋通常做成右螺旋的，有時也做成左螺旋的。 基本蝸桿的螺紋表面若是漸開螺旋面，則稱為漸開線基本蝸桿，而這樣的滾刀稱為漸開線滾刀。用這種滾第九章 其他刀具圖9.1 齒輪滾刀的基本蝸桿刀可以切出理論上完全理想的漸開線齒形。但生產(chǎn)中采用易于制造的近似齒形滾刀，如阿基米德滾刀和法向直廓滾刀，它們的基本蝸桿螺紋表面是阿基米德螺旋面和法向直廓螺旋面。這兩種螺紋表面在端剖面中的截形不是漸

3、開線，而是阿基米德螺旋線和延長漸開線。當(dāng)滾刀的分圓柱導(dǎo)程角較小時，這些蝸桿與漸開線蝸桿非常近似，所以用近似齒形滾刀切出的齒形雖然理論上不是漸開線，但誤差很小。第九章 其他刀具3齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)（1）齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)形式 整體式滾刀。中小模數(shù)的齒輪滾刀往往做成整體式，如圖9.2所示。在齒輪加工中，整體高速鋼滾刀用得較多。只制成模數(shù)較小的滾刀，用于加工儀表齒輪。工具廠制造的標準齒輪滾刀是單頭的，而且旋向是右旋的。圖9.2 整體式齒輪滾刀第九章 其他刀具 1刀體 2刀條 3套環(huán) 圖9.3 熱套的鑲齒式滾刀 圖9.4 加工硬齒面的硬質(zhì)合金滾刀 鑲齒式滾刀。模數(shù)大于10mm的齒輪滾刀經(jīng)常做成鑲齒式的，圖9.

4、3所示為用機械裝夾法固定高速鋼刀條的滾刀 如圖9.4所示為在刀體上焊有硬質(zhì)合金刀片、頂刃前角為-30的刮削滾刀，用來加工（刮削）淬火以后的齒輪。第九章 其他刀具（2）齒輪滾刀的直徑。直徑大些會有下列優(yōu)點。 能減少近似齒形滾刀的齒形誤差。 能減小齒輪齒面上的軸向波紋度。 能使刀齒的數(shù)目增多。 能使?jié)L刀的孔徑加大，并能用較大的切削用量進行滾齒 但是如果滾刀的直徑過大，也有下列缺點。 浪費高速鋼，而且滾刀的制造、刃磨和安裝都不方便。 影響加工精度。 影響生產(chǎn)效率。滾刀的外徑一般為： （9-1）第九章 其他刀具（3）齒輪滾刀的長度L。滾刀的長度應(yīng)能滿足3項要求： 滾刀端頭的刀齒不可負荷過重； 滾刀必須

5、完整地包絡(luò)出被加工齒輪的齒形； 滾刀還應(yīng)有充分的“竄刀”長度。4滾刀的切削參數(shù)（1）滾刀前刀面結(jié)構(gòu)與選擇。 滾刀前刀面的一般形式是由直母線形成的螺旋面。它的特征由前角、容屑槽螺旋角決定。如圖9.5所示。由圖可知： （9-2） （9-3）第九章 其他刀具圖9.5 滾刀前角 容屑槽螺旋角定義在分圓柱上，用符號k標注。常取k=-z0，即容屑槽與滾刀鏟形蝸桿螺紋垂直，旋向相反 （9-4）第九章 其他刀具 前角與螺旋角組合可能有4種形式。 零前角直槽滾刀：f= 0、k= 0。 正前角直槽滾刀：f0、k = 0。 零前角螺旋槽滾刀：f = 0、k 0。 正前角螺旋槽滾刀：f0、k 0 4種前刀面結(jié)構(gòu)的適用

6、范圍如下所述。 零前角直槽滾刀：模數(shù)110mm，標準齒輪滾刀。 正前角直槽滾刀：齒輪專業(yè)工廠使用的滾刀。 零前角螺旋槽滾刀：z05的多頭、大模數(shù)滾刀及蝸輪滾刀。 正前角螺旋槽滾刀：很少使用。第九章 其他刀具（2）滾刀后刀面結(jié)構(gòu)參數(shù)。后刀面包括齒頂鏟面及左、右側(cè)鏟面，都是阿基米德螺旋面。齒輪滾刀實質(zhì)上是一個變位螺旋齒輪。重磨前刀面后，鏟形蝸桿變位，系數(shù)減少，節(jié)圓減小，但齒形角、模數(shù)不變。因此切齒時只要調(diào)節(jié)與齒坯嚙合的中心距，就仍能加工出合乎要求的漸開線齒輪。一般齒輪滾刀頂刃后角取1012，按此計算并選擇鏟削量凸輪，鏟磨后兩側(cè)刃正交平面后角約為4。5齒輪滾刀的外形尺寸 如圖9.6所示，滾刀的外形尺

7、寸包括外徑da、孔徑D、全長L、凸臺直徑d1、寬度l1等。標準齒輪滾刀的外形尺寸都已標準化。第九章 其他刀具圖9.6 阿基米德齒輪滾刀的外形尺寸第九章 其他刀具6阿基米德齒輪滾刀的齒形誤差 生產(chǎn)中使用阿基米德齒輪滾刀，與漸開線滾刀相比，其齒形是有誤差的。這個誤差就是由于其基本蝸桿是阿基米德蝸桿，而不是漸開線蝸桿。當(dāng)這兩種蝸桿的模數(shù)、螺紋頭數(shù)、分圓柱直徑、法向齒形角、導(dǎo)程、齒厚和齒高等都相同時，那唯一不同的就是齒形。以軸向齒形來說，漸開線蝸桿的軸向齒形是曲線，如圖9.7所示的虛線，而阿基米德蝸桿的軸向齒形是直線，如圖9.7所示的實線。這兩種齒形相切于分圓柱面上。因此，若以漸開線滾刀的齒形為基準，

8、則阿基米德齒輪滾刀的齒形在分圓柱面上的誤差為零，但越到齒頂和齒根，誤差越大。所以用阿基米德齒輪滾刀切出的齒輪齒形與正確的漸開線齒輪齒形相比，第九章 其他刀具 圖9.7 兩種軸向齒形的對比 圖9.8 滾刀軸臺徑向跳動量的檢查在齒頂和齒根處就窄一些，這就使得齒輪的齒頂部分以及齒根部分得到輕微的修形，因而對于高速重載齒輪能減輕嚙合時的干涉和噪聲。 由計算知，阿基米德滾刀基本蝸桿的分圓柱導(dǎo)程角越小，則其齒形誤差越小，所以精加工用的阿基米德滾刀通常做成較大的分圓柱直徑，目的是減少滾刀的齒形誤差第九章 其他刀具7滾刀的合理使用（1）齒輪滾刀的選用。滾刀的法向模數(shù)和法向齒形角應(yīng)與被加工齒輪的法向模數(shù)和法向齒

9、形角相同，滾刀的精度等級應(yīng)與齒輪要求的精度等級相當(dāng)。（2）齒輪滾刀的合理安裝。滾刀心軸應(yīng)選得較短。滾刀安裝在心軸上，應(yīng)盡量靠近滾齒機的主軸孔一端，并用千分表檢查滾刀兩端軸臺的徑向跳動量，如圖9.8所示，兩端的跳動方向也應(yīng)一致。為了延長滾刀的壽命，滾刀工作時從最大編號齒依次參加切削，滾刀可以沿軸向竄刀，使每個刀齒磨損均勻。（3）滾刀的重磨。滾刀的磨損量在粗切時超過0.8mm，或精切時超過0.2mm，就需要重磨前刀面。第九章 其他刀具9.1.2 蝸輪滾刀1蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu) 直徑較大的蝸輪滾刀是在刀體內(nèi)做出孔和軸向鍵槽、以孔定位套裝在心軸上加工蝸輪；直徑較小時則在滾刀的端面上做出端面鍵槽，如圖9.9（

10、a）所示。對于直徑很小的蝸輪滾刀，就不能在刀體內(nèi)做出孔，此時必須將滾刀做成連柄式，如圖9.9（b）所示。2蝸輪滾刀的工作方式 蝸輪滾刀的工作方式與齒輪滾刀不同。蝸輪滾刀切削蝸輪時，模擬著“工作蝸桿”與蝸輪的嚙合過程；滾刀與蝸輪的中心距應(yīng)等于工作蝸桿與蝸輪的嚙合中心距；滾刀的軸線也應(yīng)與工作蝸桿的軸線一樣位于蝸輪的中心平面內(nèi)。第九章 其他刀具圖9.9 套裝式和連柄式蝸輪滾刀3蝸輪滾刀的設(shè)計原理 蝸輪滾刀由于它模擬著工作蝸桿的作用，所以它的基本幾何參數(shù)必須與工作蝸桿相同，只有個別參數(shù)（如外徑等），可稍作變動。因此如果說齒輪滾刀是加工相同模數(shù)和齒形角的所有齒輪的通用刀具，那么蝸輪滾刀則是僅能加工一種蝸

11、輪的專用刀具。第九章 其他刀具4蝸輪滾刀使用時的進給方式 蝸輪滾刀切削蝸輪時，可采用徑向進給和切向進給兩種方式，分別如圖9.10（a）、圖9.10（b）所示。 徑向進給切蝸輪時，滾刀每個刀齒都是在相對于蝸輪軸線的一定位置切出齒形上一定的部位。 用切向進給方式時，必須把滾刀和蝸輪的中心距調(diào)整到等于規(guī)定的中心距。與此同時，還需有展成運動。切削錐部的位置，可按下述原則確定：即面對滾刀的前刀面，左螺旋滾刀的切削錐部在左端，如圖9.11（a）所示，右螺旋滾刀的切削錐部在右端，如圖9.11（b）所示。 用切向進給方式可得到較光潔的加工表面，滾刀的耐用度也高。但生產(chǎn)效率較低，齒面精度有所降低，所以加工精密蝸

12、輪時一般采用徑向進給方式。第九章 其他刀具圖9.10 蝸輪滾刀的進給圖9.11 蝸輪滾刀的切削錐第九章 其他刀具9.1.3 剃齒刀1剃齒刀的類型和應(yīng)用 剃齒刀是一種精加工齒輪用的刀具。因剃齒刀的耐用度和生產(chǎn)率較高，所用的機床簡單，調(diào)整方便，因此生產(chǎn)中不少齒輪是用剃齒刀來精加工的。剃齒法不能加工淬硬的齒。剃齒刀按其結(jié)構(gòu)，分為3種。（1）齒條形剃齒刀。用于加工圓柱外齒輪，現(xiàn)極少用。（2）盤形剃齒刀。如圖9.12（a）所示。本節(jié)主要介紹。（3）蝸輪剃齒刀。如圖9.12b所示。用于蝸輪的精加工。 盤形剃齒刀齒面上開有許多小槽以形成切削刃。加工時剃齒刀和齒輪軸線交錯成一角度，作螺旋齒輪嚙合，如圖9.13

13、a所示。螺旋齒輪嚙合時，齒面有相對滑移，剃齒第九章 其他刀具圖9.12 幾種典型的剃齒刀1內(nèi)齒輪 2剃齒刀 3剃齒刀刀齒圖9.13 內(nèi)齒輪的剃齒刀即靠此齒面相對滑移加工齒輪齒面，如圖9.13b所示。 標準盤形剃齒刀可以用于加工鼓形齒齒輪。鼓形齒也可用專用的剃齒刀在普通的剃齒機上加工，但用得不多。 盤形剃齒刀可用于內(nèi)齒輪的精加工，圖9.13所示為內(nèi)齒輪的剃齒的示意圖。第九章 其他刀具2盤形剃齒刀的工作原理 盤形剃齒刀的工作情況如圖9.14所示。（1）剃齒時的切削速度。剃齒刀和齒輪在嚙合節(jié)點處的線速度v0，v1可分解為法向速度vn0、vn1和沿齒長方向速度vt0、vt1，如圖9.15所示。很顯然兩

14、者的法向速度應(yīng)相等： （9-5）即： （9-6） 剃齒刀和齒輪的齒面相對滑移速度vp為兩者沿齒長方向的速度之差，由圖9.15 中可看到 （9-7）其由下式計算： （9-8）第九章 其他刀具 齒面不同高度處各點的切削速度是不同的。 由式（9-7）可知，剃齒的切削速度不僅與剃齒刀的轉(zhuǎn)速和直徑有關(guān)，而且與剃齒時的軸交角有關(guān)，通常軸交角取在1020，在加工帶有臺階的齒輪時，可取5。 1剃齒刀 2工件 1剃齒刀 2齒輪 圖9.14 剃齒工作情況 圖9.15 剃齒時的切削速度第九章 其他刀具（2）剃齒時剃齒刀上的接觸痕跡。嚙合兩齒面間在任一嚙合瞬間，在理論上為點接觸，實際上，在每一瞬時，形成一個小小的接觸

15、橢圓。在剃齒刀與工件嚙合回轉(zhuǎn)時，不同瞬時的接觸橢圓在工件齒面上形成一個接觸帶，經(jīng)分析計算，剃齒刀齒面接觸點軌跡曲線只和剃齒刀本身的參數(shù)有關(guān)，而和被剃齒輪的參數(shù)無關(guān)。直齒剃齒刀齒面接觸帶與端平面平行，如圖9.16（a）所示，小斜齒剃齒刀的齒面接觸帶是斜向曲線，如圖9.16（b）所示，同一牙齒兩側(cè)齒面的接觸點軌跡的斜向是相反的。 該接觸帶在一般條件下不能覆蓋工件的整個齒面，為了使工件的整個齒面加工出來，工件就必須作縱向進給運第九章 其他刀具圖9.16 剃齒時剃齒刀上的接觸帶動，以使接觸帶在齒長方向移動覆蓋整個工件齒面，從而加工出整個齒面。第九章 其他刀具（3）剃齒時的進給運動方向?？煞譃檩S向、角向

16、和切向。軸向是指進給運動方向平行于工件軸線。角向是指進給運動方向與工件軸線成一夾角。切向是指進給運動方向垂直于工件軸線。現(xiàn)在常用的是軸向，如圖9.17a所示。 為縮短進給行程長度可采用斜向進給，即對角剃齒法，如圖9.17（b）所示。對角剃齒法可提高剃齒效率且使刀具全齒面磨損均勻，提高剃齒刀的耐用度。但這種方法要求： 剃齒機臺面上增加一個回轉(zhuǎn)工作臺； 剃齒的切削力增加，要求機床有較高的剛度和功率； 刀具寬度增加； 要求有較高的剃齒調(diào)整工藝水平。第九章 其他刀具1工件 2剃齒刀圖9.17 剃齒時進給運動方向第九章 其他刀具 3剃齒刀主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定（1）剃齒刀的公稱分度圓直徑和齒數(shù)。標準剃齒刀的

17、公稱分度圓直徑有180、240、50和60幾種。應(yīng)根據(jù)機床型號選擇分圓直徑。其齒數(shù)根據(jù)其分圓直徑和模數(shù)確定。（2）剃齒刀的分度圓螺旋角 0可根據(jù)被剃齒輪的分度圓螺旋角1和軸交角確定 （9-9） 最適宜的軸交角應(yīng)為1015。加工直齒齒輪時用斜齒剃齒刀，標準的右旋斜齒剃齒刀0 = 15。加工斜齒齒輪如1在15左右，可采用直齒剃齒刀。當(dāng)剃齒刀用于加工多聯(lián)齒輪的小齒輪或帶凸肩的齒輪時，可采用較小的剃齒軸交角?，F(xiàn)在標準剃齒刀規(guī)定的0是15和5兩種第九章 其他刀具 （3）剃齒刀齒面的容屑槽。容屑槽有閉槽和通槽兩種。 閉槽剃齒刀用于中等模數(shù)。容屑槽的方向有兩種：一種是平行于剃齒刀端面的，如圖9.18（a）所

18、示，另一種是垂直于齒面的，如圖9.18（b）所示。前者刃溝兩側(cè)的切削刃，一側(cè)是正前角而另一側(cè)是負前角；后者刃溝垂直于齒面，刃溝兩側(cè)的切削刃前角相等，但制造稍麻煩些。剃齒刀齒根處鉆有小孔，它是插齒面刃溝時退刀用的。為使剃齒刀重磨后仍保持刃溝的容屑空間，槽底隨齒面制成漸開線形。 通槽剃齒刀。模數(shù)在0.21.75mm的剃齒刀一般制成通槽，如圖9.19所示。這種剃齒刀用鈍后重磨時，磨溝槽（前刀面） ，可不用齒輪磨床，刃磨比較方便。第九章 其他刀具圖9.18 閉槽剃齒刀的容屑槽形式4剃齒刀的齒形修正 生產(chǎn)經(jīng)驗表明，正確漸開線齒形的剃齒刀并不能保證被剃齒輪為漸開線齒形?，F(xiàn)在生產(chǎn)中采用的解決辦法是先修正剃齒

19、刀的齒形，這樣反而能加工出齒形精度高的齒輪第九章 其他刀具圖9.19 通槽剃齒刀現(xiàn)在還只能先用剃齒刀加工齒輪，測量這種齒輪的齒形誤差，根據(jù)齒輪齒形誤差的位置大小，再對剃齒刀進行齒形修正。由于剃齒刀的修形相當(dāng)費事，僅在大量生產(chǎn)和齒輪精度要求較高時才使用。第九章 其他刀具9.1.4 插齒刀1插齒刀的工作原理 插齒刀形狀如齒輪，有前、后角以形成切削刃，用展成原理來插制齒輪。插齒時插齒刀本身有往復(fù)的切削運動如圖9.20所示；插齒刀和被切齒輪有配合的展成運動，這種運動一方面包絡(luò)形成齒輪的漸開線齒廓，另一方面也是連續(xù)的分齒運動；插齒刀每次后退空行程時，有讓刀運動以避免刀具和加工齒面的摩擦，讓刀運動可由刀具

20、或工件完成；開始切削時有徑向切入進給，達到要求的切深時，徑向進給停止，圓周進給的展成運動繼續(xù)進行，直到齒輪切完為止。因為插齒刀是用展成原理加工齒輪的，所以同第九章 其他刀具圖9.20 插齒刀的工作原理一插齒刀可以加工模數(shù)和齒形角相同而齒數(shù)不同的齒輪?？梢约庸藴数X輪，也可加工變位齒輪第九章 其他刀具2插齒刀的類型（1）盤形直齒插齒刀。主要用于加工外齒輪和大直徑的內(nèi)齒輪。如圖9.21（a）所示。（2）碗形直齒插齒刀。和盤形插齒刀的區(qū)別在于其刀體凹孔較深，主要用于加工多聯(lián)齒輪和某些內(nèi)齒輪。其d0有4種50、75、100和125mm。前兩種主要用于加工內(nèi)齒輪，后兩種主要用于加工外齒輪。如圖9.21（

21、b）所示（3）錐柄直齒插齒刀。其d0有25和38兩種。做成帶有錐柄的整體結(jié)構(gòu)形式。這種插齒刀主要用于加工內(nèi)齒輪，如圖9.21（c）所示。 我國的小模數(shù)直齒插齒刀尚無統(tǒng)一標準，常用的有盤形直齒插齒刀63mm 和錐柄直齒插齒刀25mm。第九章 其他刀具 斜齒插齒刀也無統(tǒng)一標準。常用的斜齒盤形插齒刀公稱分圓直徑100mm，螺旋角有15和23兩種。斜齒錐柄插齒刀，用于加工斜齒內(nèi)齒輪，公稱分度圓直徑38mm，螺旋角有15和23兩種。（4）人字齒輪插齒刀。用于加工無空刀槽的人字齒輪。這種插齒刀的螺旋角常制成30。制成3種精度等級。 除上述的標準插齒刀外，還可根據(jù)生產(chǎn)需要制造專用插齒刀等。圖9.21 插齒刀

22、的3種形式第九章 其他刀具3插齒刀的應(yīng)用 插齒刀可以加工很多種不同形式的齒輪。直齒插齒刀可加工多種圓柱齒輪（普通的直齒外齒輪、內(nèi)齒輪和空刀槽很小的多聯(lián)齒輪），還可加工精密齒條和扇形齒輪等。插齒刀可以用于加工斜齒外齒輪和斜齒內(nèi)齒輪，這時可使用斜齒插齒刀。斜齒插齒刀的螺旋角應(yīng)和被切齒輪相等，螺旋方向相反。斜齒插齒刀還可以加工無空刀槽的人字齒輪。加工時使用左旋和右旋兩把斜齒插齒刀，在專用機床上分別加工人字齒輪左右兩側(cè)旋向不同的牙齒。插齒刀還可以加工帶錐度的外齒輪和內(nèi)齒輪，如圖9.22（a）所示；加工端面齒的非漸開線齒輪，如圖9.22（b）所示。第九章 其他刀具圖9.22 插齒刀加工特殊齒輪示意圖第九章 其他刀具9.2 螺紋刀具 9.2.1 螺紋車刀 螺紋車刀是其刃形由螺紋牙形決定的簡單成形車刀，可用于加工各種內(nèi)外螺紋。其結(jié)構(gòu)較為簡單，刃形容易制造準確，加工精度較高，通用性好，可用于切削精密絲桿等。但生產(chǎn)率較低，常應(yīng)用于中小批量及單件螺紋的加工9.2.2 絲錐和板牙1絲錐 絲錐是加工各種內(nèi)螺紋用的標準刀具之一。它本質(zhì)上是一個帶有縱向容屑槽的螺栓。容屑槽形