齿轮工艺员必备的滚刀知识

齿轮工艺员必备的滚刀知识

第一章第二章第三章第四章

齿轮啮合原理基础齿轮滚刀概念齿轮滚刀设计之初步滚齿工艺及质量分析

第一章

一、齿廓啮合基本定律

齿轮啮合原理基础

齿廓啮合定律：任意两齿廓的瞬时传动比，等于它们的公法线将连心线所截成的两个线段的长度的反比。见图1-1：

i 12=o 2p /

o 1p …(1-1)

图1-1

两个任意齿廓的啮合

由于这两个齿廓是随便取的任意齿形，所以有该瞬间，它们接触点K 的公法线与连心线相交于P 点，而在另一瞬时，则交于另一点了，因此由(1-1) 可知其传动比也变了。也就是说传动不稳定，时快时慢，这显然不是我们所需要的。

为保证传动比不变，必须使P 点位置固定不变，这样当已知一个齿轮的齿廓后，另一个齿轮的齿廓就不能随便定了，它必须按齿廓啮合定律来计算得到，这种得到的齿形称共轭齿形。P 点称为节点，过P 点的圆称为节圆，过P 点与节圆相切的线称节线。

共轭齿形有的与原齿形相同，有的则不同。例渐开线齿形的共轭齿形也是渐开线，直线齿形的共轭齿形就不再是直线了。

二、对齿轮齿形的基本要求

1、一对齿轮传动时，任何瞬时其传动比不变。

2、当一对齿轮的中心距变动后，也不影响瞬时转速比。3、齿轮齿形便于加工制造。

由于渐开线齿形能同时满足上述三个条件，故被广

泛采用。三、渐开线概念

齿轮的齿廓有多种多样，圆弧、直线、曲线、摆线等等，而渐开线是最常用的一种。见图l-2所示。

渐开线：当一直线在某定圆上作无滑动的纯滚动时，该直线上任意一点K 的轨迹，称为该圆的渐开线。

基圆：该圆称为基圆（半径为发生线：该直线称为发生线。

曲率半径：发生线KB 长度，称为K 点的曲率半径，用压力角：αk

r b ）

。

ρ

表示。

渐开线上任意一点K 的切线tt 和该点的向量半径OK 之间的夹角，称

为该点的压力角，用表示。

展角：渐开线上任意一点K 的向量半

θk 径OK 和渐开线起inv αk 点A 的向量半

表示，

径OA 之间的夹角，称为渐开线K 点的展角(渐开角) ，用表示。更常用是用并称为渐开线函数。

渐开线性质：

—AB 弧长等于KB 直线长度。

—发生线KB 是渐开线为法线，与基圆相切。

—渐开线各点的曲率半径不同，越靠近基圆，其曲率半径愈小。—渐开线各点的压力角不同，越靠近基圆，其压力愈小。—基圆内无渐开线。

—渐开线形状仅取决于基圆的大小，基圆相同，渐开线相同。基圆小，渐开线弯，基圆大，渐开线平直，当基圆为无穷大时，渐开线变成一条倾斜的直线。渐开线方程：由图l-2可知：

r b =r k cos αk

……(1-2)

……(1-3)

inv αk =tg αk −αk

四、渐开线圆柱外齿轮几何计算1、符号及含义

为便于交流，看懂他人图纸，所用符号应规范，本文除特殊说明外，均采用国家标准所

规范了的符号，也是国际上的使用符号，见下标准所示。2、齿轮名称术语见图l-3。

图l-3齿轮名称图示

模数m

模数是齿轮的一个基本参数，它反映了齿轮的规格大小，其值为周节与圆周率π

之比。模数已标准化。模数有法向模数、端面模数、轴向模数之分，齿轮是以法向参数为标准值，故其模数是指法向模数，例m3应理解为周节p 分度圆d

m n 3。

在某个圆周上，相邻两齿同一侧齿形间的弧长称之。

分度圆是齿轮的一个重要圆，齿轮的所有参数例压力角、模数、螺旋角、齿

厚、齿高等都是定义在该圆上的。所以说分度圆是齿轮上具有规定模数压力角的一个圆。压力角α齿厚S 齿槽宽e 齿顶高h a 数，符号为h a 齿根高h f

径向间隙系数C ∗

∗

是指分度圆上的压力角，它已标谁化，常为20°是指分度圆上的弧齿厚。是指分度圆上的齿槽弧齿厚。

分度圆至齿顶圆的高度。一般用模数的倍数来表示，该倍数称为齿顶高系，它已标谁化，常为1。分度圆至齿根圆的高度。

两齿轮啮合时，一齿轮的齿顶与另一齿轮的齿根之间的空隙称径

向间隙C ，一般用模数的倍数来表示，该倍数称径向间隙系数，以C ∗表示，它已标谁化，常为0.25。齿顶圆

d a 齿根圆d f

基圆基节螺旋角

d b p b

基圆周节称之，也有法面、端面之分。指分度圆上的螺旋角。不同圆上螺旋角不同。

相隔若干个齿后，在齿轮外侧面所得到的公共法线长度，它和基圆相

β

公法线长度W K

切。若跨k 个齿，则它包含了(k-1)个基节和一个基圆齿厚。跨齿数k 跨棒距量棒直径变位量

M p

d p xm

(径向) 变位系数x 基准齿条齿形

用来规定齿轮标准的齿形。各国不同。

通用机械和重型机械用圆柱齿轮基准基本齿条齿廓GB/T1356-2001

d b

3、两齿轮啮合的基本条件①两齿轮的基节相等。②重叠系数大于1。③过渡曲线不发生干涉。

齿轮的齿面形状由三部份组成，最上面是渐开线，渐开线下面是一条过渡曲线，再下面是齿根圆角。过渡曲线的形状因齿轮加工工艺不同而不同，滚齿(齿条形刀具) 所得是延长渐开线，插齿(齿轮形刀具) 所得是延长外摆线。

齿条是齿轮的一种特例，是齿数为无穷大的一种齿轮，因此只要它满足上述条件，同样可与齿轮啮合。

4、齿轮几何计算公式大全

mDP =24. 5m t =m n /cos βd =m t Z p n =m n πp t =m t π

p t =p n /cos βp t =π∗d /Z d b =d cos αt S n =S t cos βp bn =m n πcos αn p bt =m t πcos αt p bn =p bt cos βb

p bn =p t cos αt cos βb

……(1-4) ……(1-5) ……(1-6) ……(1-7) ……(1-8) ……(1-9) ……(1-10) ……(1-11) ……(1-12) ……(1-13) ……(1-14) ……(1-15) ……(1-16) ……(1-17) ……(1-18) ……(1-19) ……(1-20) ……(1-21) ……(1-22)

sin βb =sin βcos αn tg βb =tg βcos αt

p x =m t π/tg β=m n π/sin βtg αt =tg αn /cos βZ ∗=Z /cos 3β

tg αtk =tg αnk /cos βk

d k sin βtg βk =

m n Z

tg βk =d k tg β/d

……(1-23) ……(1-24) ……(1-25) ……(1-26) sin βk cos αkn =sin βcos αn tg αn =tg αx sin β=tg αx cos λm n /sin β=constant (常量) m n =m t cos β=m t sin λm n =m x sin β=m p x cos λp n =p p t cos β=t sin λp n =x sin β=p x cos λ

h h ∗

a =(a +x ) m n −σt m t d a =d +2h a

h ∗

d f =(h a +C ∗−x ) m n f =d −2h f

d m n Z cos αn

k =

cos αd m Z sin kn cos ββk n k

k =

cos βk sib βr b =r cos αρ=r =t

展开角ϕtg αt ϕ

ρ=r 2−r 2

b inv αt =tg αt −αt

x n m n =x t m h ∗t

∗an m n =h at m t x h t ∗=x n cos ∗

βat =h an cos βC ∗=C ∗

t n cos β

∗

Z min

=

2h a sin 2α

……(1-27) ……(1-28) ……(1-29) ……(1-30) ……(1-31) ……(1-32) ……(1-33) ……(1-34) ……(1-35)

……(1-36)

……(1-37) ……(1-38) ……(1-39) ……(1-40) ……(1-41) ……(1-42) ……(1-43) ……(1-44) ……(1-45) ……(1-46) ……(1-47)

……(1-48)

IF

h ' 1o >r sin 2αt 则根切(h ' 1o 为滚刀不包括齿顶R 的上齿高)

……(1-49)

W kn =m n cos αn [(k −0. 5) π+Zinv αt ]+2x n m n sin αn

k =

αn

'

180

D

Z +0. 5+

2x n ctg αn

π

Z '

=

Z

inv αt

inv αd . 68m n

p =1n (直齿) ，d p =OR d m 1. 75m n (斜齿)

n πp =

M cos 2cos ααn t

p =d cos α+d p

(偶齿数) pt cos αD

M t 90p =d cos αcos

+d p (奇齿数) pt

Z inv α=inv αd p 2x n tg αn π

pt t +

m α+−

n Z cos n Z 2Z

(蜗杆三针时)

M +d 1

m x πp ≈d p (1+sin α) −

ctg αx n 2

由公法线求分度圆弧齿厚：

S W kn

n =cos α−(k −1) m n π−m n Zinv αt

n

……(1-50)

……(1-51)

…(1-52)

…(1-53)

由跨棒距求分度圆弧齿厚：

S n =m n Z (inv αp −inv αt ) +m n π−

cos αn

d b

(偶齿数) cos αp =

M p −d p

d b 90D

(奇齿数) cos αp =cos

M p −d p Z

D

d b 90(奇齿数, 三量棒)

cos αp =

cos 2()

M p −d p Z

渐开线起始圆半径（展开长度）的求法：①按配对齿轮计算：

d p

…(1-54)

2(x n 1+x n 2)

inv αpt =inv αt +tg αn

Z 1+Z 2

m t (Z 1+Z 2) cos αt a =

2cos αpt

…1-(55)

ρmin =a sin αpt −r 2a 2−r 2b 2

r s =r

b +ρ2min

Note ：也可按1-(57) 计算。

②配对按齿条计算：(要求渐开线最长)

∗a 1

t t min

2

ρ

h −x 1Z

=m (sin α−2sin αt r s =r

b +ρ2min

2

…1-(56)

③也可假设配对齿轮分度圆在240左右(剃齿刀) ，给定配对的参数后再按①法计算。

如要换算成展开角φ可按1-(40)

Ie.

ρ=r b ϕ

一对共轭齿轮在端面上有效啮合线长度：

l =r 2a 1−r 2b 1+r 2a 2−r 2b 2−a sin αpt

ρmin

=r

l ε=

p b

过渡曲线干涉

2

a 1

−r

2

b 1

−l

…1-(57)

一对共轭齿轮的重叠系数：

……1-(58)

G =2a sin αpt −d 2a 2−d 2b 2−d 2s 1−d 2b 1

IF G

…1-(59)

m n πS n =+2x n m n tg αn

2m t πS t =+2x t m t tg αt

2S nk =S tk cos βk

s n

+inv αt −inv αkt ) cos βk S nk =d k (

d cos βπ2x n tg αn

S nk =d k (++inv αt −inv αkt ) cos βk

2Z Z

S bn =cos αn (S n +m n Zinv αt )

…1-(60)

…1-(61)

…1-(62)

```（1-63）

…（1-64）

…1-(65)

W kn =W kt cos βb

…1-(66)

第二章

一、几种不同结构的滚刀

齿轮滚刀概念

普通滚刀多头斜槽滚刀带柄滚刀

加长整体涂层滚刀二、各部名称

重切滚刀

四、滚齿特点齿轮滚刀的工作特点

1、在滚齿机上是采用展成法原理来加工齿轮的。

滚齿是广泛采用的一种齿廓加工方法，是依据交错轴齿轮啮合原理进行加工的。在滚齿，滚刀切削刃在齿轮端截面内相当于齿条机上用齿轮滚刀加工齿轮的过程，（如图2-6所示）平移，因此切出的渐开线齿形，是齿条运动轨迹的包络线。

图2-6滚齿加工图

2. 滚齿的四个运动(1)滚刀旋转运动

(2)滚刀沿齿的轴向进给运动

(3)工件(齿坯) 配合滚刀作相应旋转运动(4)差动分度运动(切斜齿轮时)

滚刀的旋转运动为主运动。加工直齿轮时，滚刀每转一转，工件转过一个齿(当该刀为单头时) 或数个齿(当滚刀为多头时) ，以形成展成运动，即圆周进给运动；为了在齿轮的全齿宽上切出牙齿，滚刀还需沿齿轮轴线方向作轴向进给运动。加工斜齿轮时，除上述运动外，还需给工件一个附加的转动，以形成斜齿轮的螺旋齿槽。

为了保证滚刀和被加工齿轮正确的啮合关系, 加工时应该按照它们啮合的运动关系来调整滚齿机,

使滚刀和被加工齿轮严格按所需的角速度作强制运动

3. 滚齿加工的优点

(1)加工过程是连续的(2)操作和调整简单

(3)滚齿加工易保证被加工齿轮的齿距4. 滚齿加工存在的不足

(1)包络出齿轮齿形受切削刃数限制(滚刀外径) (2)滚齿受加工位置限制(通常不能加工台阶齿和内齿轮) 五、齿轮滚刀的工作原理

1、滚齿加工的啮合关系(1)保证一定的轴交角(2)保证一定的分齿运动(3)沿轴线方向的走刀运动2、滚齿的切削过程齿轮的齿形由一系列刀齿的成形切痕包络而成

3、滚齿加工中的棱度和波度(1)齿形方向的棱度(2)齿向方向的波度

4、滚刀的负荷及磨损滚刀的切削区

实际切削区域偏向滚刀切入部分一边滚刀刀齿负荷刀齿负荷主要在：

(1)切入部分刀齿(2)滚刀齿顶滚刀磨损特点

(1)切入部分刀齿占切削负荷的

80%

(2)切入部分刀齿齿顶负荷最大

(3)最大磨损位置随被切齿轮齿数多少而变化。(4)除上述磨损外, 滚刀所特有的磨损状态---齿角磨损5、齿角磨损原因

(1)齿角切削阻力大, 切温高, 散热条件差(2)齿厚薄, 齿角处有刮削

(3)若被加工材料韧性大, 则切温更高, 更易磨损6、减轻齿角磨损办法

加大转角处圆弧半径

六、齿轮滚刀概念

1、齿软滚刀实质上是一个渐开线圆柱斜齿轮，其齿数很少（常见的为一齿），而螺旋角，故外型不象齿轮而呈蝸杆状（该蝸杆称之为滚刀的基本蝸杆）。很大（接近90度）

2、常见的大部份滚刀的基本蝸杆为阿基米德蝸杆。3、齿轮滚刀端面上标志m α是为mn αn

HSS 为高工钢D+F为切深。

4、滚齿时滚刀转一圈，齿轮转n 齿(n为滚刀头数常为1) 。5、滚刀常用精度为AA A B 可加工7至9级齿轮。

精度有GB

JB 企标之分，以GB 精度最高(与ISO 等效) 。

6、加工齿数较多的齿轮时，滚刀应长些，否则刀子易磨损，若用较短的滚刀则应增加切削锥，以减轻负荷。

7、标谁齿轮滚刀是用来加工ha*=1C*=0.25αn=20度的渐开线圆柱外齿轮。齿轮可以是变位的或不变位的，可以是斜齿或直齿。

8、只要滚刀的基节和工件的基节相等，且滚刀齿深足够，则该滚刀就可加工该工件，不必拘宜于非要m α对应相等。

第三章齿轮滚刀设计之初步

一、经典格言

△、滚刀设计是按平面啮合原理，求与工件齿形相共轭的齿形。

△、与渐开线齿形相共轭的齿形仍是渐开线，齿条也是渐开线，故简化为求齿条齿形。△、齿轮各参数以法向值为标准。(蜗轮蜗杆以轴向)

△、齿轮滚刀的的基准齿形就是标准梳齿刀的齿形，它是按齿轮齿槽形状即工艺齿条形状来确定的，据此可确定刀子的齿形尺寸。

△、滚齿可视作齿条和齿轮啮合。若工件为直齿轮，则与之啮合的为直齿条，其齿形便是滚刀的法向齿形。若工件为斜齿轮，则与之啮合的为斜齿条，而斜齿条的法向齿形便是滚刀的法向齿形。

△、若滚刀做成斜沟，则其法向齿形就是上述齿条齿形。若做直槽，则应将法向齿形换算到轴向去，以得到轴向齿形。

△、滚刀节线齿厚等于工件节圆齿槽弧齿厚。△对于斜齿轮，应先在齿轮的端面上应用公式(端面上方为渐开线) ，再将端面上的刀具齿形换算到齿轮的法面上去，以此作为刀具的法向齿形。

△、标准滚刀可以加工模数、压力角、齿高系数相同而齿数、螺旋角、变位系数不

同的齿轮。

△、滚齿时，滚刀转一圈，工件转一齿(单头) 。

△、滚刀螺纹升角小于5度时，宜做成直沟。大于5度，宜做斜沟。△、上述各点对工件为非渐开线时，也同样适用。

二、滚刀的基本蜗杆

齿轮滚刀实质上是一个渐开线圆柱斜齿轮，其齿数很少（常见的为一齿），而螺旋角很，故外型不象齿轮而呈蝸杆状，该蝸杆称为滚刀的基本蝸杆。大（接近90度）

，考滚齿是一对螺旋齿轮的空间啮合，故理论上滚刀的基本蝸杆应是渐开线蝸杆（ZI ）虑到渐开线蝸杆设计、制造、测量都比较复杂，故工程中常用其他易加工测量的蜗杆来代替它，将误差控制到最小，仍可满足工程要求。

最常见的是用阿基米德蜗杆（ZA ）来代替，本文简称阿氏滚刀。也有用ZN 来代替的。阿基米德蜗杆的基本特征是轴向直线，而渐开线蝸杆轴向是曲线，代替时ZA 蜗杆轴向角度取多少才使误差最小呢？经前人研究表明，该角度取渐开线蝸杆分度圆切线的斜角，当螺纹升角λ小于5°时，误差很小，而螺纹升角大于5°时，误差明显增大，故一般精滚刀都将螺纹升角控制在5°以下。

此时，阿氏滚刀的基本蝸杆轴向角

为：

tg αo =

tg αn /cos λ

……（2-1）

这种因基本蝸杆代替所导至的误差，称为设计固有误差。三、滚刀的法向齿形(基准齿条齿形) 1、标淮滚刀的法向齿形

现代数控机床等一般要求输入滚刀的法向齿形，它是其它齿形之母。它与滚刀的结

构(外径、螺旋槽、前角等) 无关，是唯一的。

滚刀的法向齿形按前格言所述，就是基准齿条齿形。标淮滚刀的法向齿形如下：图2-1标淮滚刀的法向齿形

图2-1标淮滚刀的法向齿形(Normal)

图中：上齿高

h 1=(h a +C ∗) m n =1. 25m n h =(h a +h f ) +C ∗m n =2. 5m n

∗

（2-2）

全齿高（2-3)

法向齿距

p n =m n πS n =0. 5p n

…（2-4）

法向齿厚…（2-5）

法向角度

α

n =αn =20D

…（2-6）

2、非标滚刀的法向齿形

非标滚刀的法向齿形，按前格言，如下而定，见图2-2。

图2-2非标滚刀的法向齿形

p n =m n πS n =p n −n S n =p n −n −Δ

h 1=r −r f

…（2-12）

…（2-13）

(剃前磨前滚刀) …（2-13a ）

…（2-14）

h 1=r −r f +δf

(剃前磨前滚刀) 为上齿高加深量取0-

…（2-14a ）0.1m …（2-15）…（2-16）…（2-17）…（2-18）

h =r a −r f +δf +C

切深

D +F =r a −r f +δf

αn =αn

R =适量(小于工件底R)

Note ：

1、节圆优先取分度圆处。

2、若节圆不取在分度圆，则应将齿轮所有参数换算到节圆处，再应用公式。只要刀子基节不变就行。

3、节圆直径愈小，切出过渡曲线位置愈低，即有效渐开线愈长。

刀具的模拟检查

四、滚刀的其它齿形

根椐滚刀的结构型式不同，例外径大小、直槽螺旋槽、零前角正前角等等，在刀具图中须给出相关齿形，以便制造和检测。

除法向齿形外，还有以下几个齿形：

1、轴向齿形(侧铲面的轴向齿形) 2、前刃面齿形(刃口齿形)

上述齿形的相关计算，可参见有关刀具设计资料，本文从略。五、滚刀的结构尺寸

滚刀的结构尺寸主要包括外径、长度、孔径、健槽等尺寸，尽量靠标谁。1、滚刀外径

滚刀外径越大，则槽数可越多，包络线越多，切出齿轮齿形精度越高。

滚刀外径越大，则螺纹升角越小，而螺纹升角越小近似造型误差就越小，切出齿轮齿形精度越高。

滚刀外径大，可制成较大孔，刚性好。

故一般高精度AA 滚刀都采用大外径。但外径大，导致材料多，成本上升。一般的原则是考虑使滚刀的螺纹升角小于5度来决定外径大小。

标谁滚刀的结构尺寸已标准化了，分大外径Ⅰ型和普通外径Ⅱ型两种。设计时可参照

GB/T6083选用。2、滚刀长度L

滚刀长度应保证能完整地包络出工件渐开线齿形，故存在一个最短长度。一般情况可按经验来决定长度，例取和外径值相同，或取(4-5)m π等。

普通滚刀长度通常亦可参照标准选取。

现代高速滚刀为适应CNC 机床窜刀需要，都做得比普通滚刀要长。在数控设备上可取

150左右，在普通设备上可取110左右。

当工件齿数很大时，100多齿，理论上滚刀要做得很长(可计算) ，若不够长，则刀子边齿切削负荷过大，磨陨快。为使刀齿受力均匀而减少磨陨，应在刀的外圆处做出一部分切削锥。

切削锥的方向及尺寸：

当采用常规的逆滚时(由上向下滚) ，右旋滚刀切削锥做在左端，左旋滚刀切削锥做在右端。

切削锥角度可取10-15度，长度5m 或2m π左右3、滚刀孔径和键槽

在强度允许情况下，应尽量采用较大孔径。孔径应与滚齿机刀杆尺寸相匹配，已标准化，常用为8、(10)、13、16、22、27、32、40、50、60等。

键槽有轴向键和端面键两种，常用轴向键。键槽尺寸也应按标准取值。六、滚刀的其它尺寸1、容屑槽型式

容屑槽作用是形成滚刀前角及排屑，有直槽和螺旋槽两种型式。

直槽制造、测量简单，应优先考虑。当螺纹升角在5度以下时，拟做成直槽。直槽滚刀左右两侧的切削条件不一样，工作前角不同，有时会产生一为正而另一为负，但影响不明显。

当螺纹升角大于5度时，拟做成螺旋槽。

螺旋槽方向一般与螺纹垂直，即右旋滚刀是左螺旋槽，左旋滚刀是右螺旋槽，螺旋角数值上等于螺纹升角。

螺旋槽滚刀，由于滚刀前面垂直于滚刀分度圆的螺旋线，因此左右两切削刃的工作前角是一样的，或为正前角，或为零前角。

容屑槽数量在强度允许情况下，越多越好。较多的容屑槽则有较多的切削刃，包络精度高。但较多容屑槽导致刀齿宽度较小，刃磨次数较少。2、滚刀前角

齿轮滚刀很象一个螺纹升角很小的蜗杆，一般头数也少（不少为一头）；为了形成切削刃，在蜗杆上开出若干个容屑槽，滚刀的蜗杆螺旋侧表面和容屑槽切屑流出面（滚刀前面）的交线形成了滚刀的两个主切削刃。

精加工滚刀和标准滚刀为了便于制造与测量，一般采用零前角。

采用正前角的滚刀，不仅能改善切削条件，而且能提高滚刀的寿命和被加工齿轮的齿面光洁度。

精加工用的阿基米德滚刀，一般取主切削刃前角5~10°，粗加工用的滚刀前角有时增大到12~15°。在采用正前角滚刀时，轴向齿形角须另行计算予以修正。3、滚刀后角

作为刀具，必须具有后角。滚刀后角有齿顶后角、齿侧后角两个后角。齿顶齿侧必须协调，故应用同一凸轮来制造。

后角宜大不宜小，齿顶后角一般取10~12°，以保证齿侧后角不至太小，齿侧后角一般应大于3°

滚刀后角是通过凸轮铲削而形成的，其铲背量为K ，对于较大模数滚刀，为使凸轮能跳出来，在齿宽度方向后部多铲掉一点，而该处砂轮不磨，该铲背量称第二铲背量K1，铲背量K 应圆整到0.5。见图2-6表2-1。

七、滚刀强度校验、旋向

滚刀强度主要校验刀齿强度和孔壁强度，若强度太差，应修改结构。滚刀旋向，常取和工件相同的旋向，以使安装角较小。(和工件相反也可以的) 当工件螺旋角在10°以下时，可以均取右旋。八、滚刀常用材料

滚刀材料可用高速钢、硬质合金等。前者较多。

1、普通高速钢：M2(W6Mo5Cr4V2)2、高性能高速钢：M35、M42等3、粉末冶金高速钢：

ASP 2030(ASP30)ASP2052(ASP52)ASP 2060(ASP60)S390等

图2-6滚刀的铲背量表2-1常用凸轮表

K

九、涂层种类

涂层可增加刀具耐用度。常见种类如下：

1、TIN 氮化鈦2、AlCrN 氮铬化铝3、TiCN 碳氮化钛4、WC/C碳化钨/碳5、CrN 氮化铬6、TiAlN 氮铝化钛

金黄色(较普通，常用) 蓝灰色蓝灰色黑灰色

银灰色

紫灰色(较好，常用)

金黄色

7、TiCN+TiN碳氮化钛+氮化钛

8、TiAlN+WC/C氮铝化钛+碳化钨/碳深灰色

第四章

一、滚齿方式

滚齿工艺及质量分析

1、逆滚(最常用) 2、顺滚

顺滚时，滚刀的旋转方向与进刀方向相反，而逆滚时相同。

逆滚时，滚刀刀齿从工件已加工表面切入。切屑由薄到厚，由于刀刃圆角半径的存在，切削开始时，刀齿和已加工表面间会产生刷烈的磨擦和挤压，使刀齿发生较大磨损，并导致已加工表面光洁度下降。

而顺滚时的切屑由厚到薄，避免了上述不利的条件，因而可以提高加工表面光洁度和减少刀具的磨损，使滚刀耐用度提高，或者在滚刀磨损相同的条件下，可以增大切削用量，提高切齿生产率。

逆滚切削时振动小，切削平稳，当机床走刀机构存在间隙时，刀齿也不会断裂或崩刀，但刀具易磨钝；刀齿切出时毛刺较大。

顺滚刀具寿命长，消耗功率小，但机床的走刀机构必须要有消除走刀丝杆与螺母间隙的

装置，否则易使滚刀产生断裂或崩刃，同时要求机床的刚性较高。

二、滚齿安装角的调整

滚齿加工时，必须保证滚刀刀齿的运动方向和被加工齿轮的齿向一致，否则会影响加工精度，甚至发生打坏滚刀事故。

图4-2是滚刀与工件相对位置及运动方向

图4-2滚刀与工件相对位置及运动方

加工直齿圆柱齿轮

即δ=λ，其倾斜方向与滚刀螺刀架安装角δ等于滚刀的螺旋升角λ，

旋方向有关，如图4-2（a ）-（b ）

加工斜齿圆柱齿轮

刀架安装角δ的大小还与工件的螺旋方向及螺旋角β有关，即

δ=β±λ，其倾斜角方向如图4-2（c ）（d ）(e ) (f )

滚刀安装时，还必须注意滚刀的对中。

三、切削规范

切削规范主要包括切削速度V 走刀量S 及吃刀深度t

切削规范与刀具寿命关系密切，刀具一般磨损达0.2-0.3mm 左右时应及时刃磨，从刃磨一次可加工一个班的观点出发，传统滚刀的V=30-40m/min左右，S=0.75-1.25mm/per

m6分三刀切。

高速滚刀的速度可提高，一般V 在80m/min以上，但须在CNC 滚床上滚。

V=πnD/1000m/min…(4-1)n 、D 滚刀转速，外径。

M35带有TIN 涂层滚刀的参考切削速度

材料强度700N/mm2

HRC18以下

材料强度900N/mm2HRC18~HRC22

材料强度1200N/mm2

HRC22以上

四、滚刀及工件安装滚刀安装：

根据滚刀内孔直径，选择与之配套的刀杆直径。先将刀杆轻轻装入主轴内孔内，并且用螺纹拉杆拉紧，然后用

B 两处径向跳动百分表检查刀杆的A 、

和C 处端面跳动，其值不得大于表4-2规定，如图所示。

图4-2滚刀的安装校正

滚刀安装好后必须检查滚刀轴台径向圆跳动，其跳动误差不得大于表4-3规定，且要求两轴台径向圆跳动方向一致。当滚刀径向跳动量不太大时，可松开刀杆螺母，转动滚刀螺母，可以使误差互相补偿，在重新夹紧进行检查。

表4-2刀杆安装精度

表4-3滚刀安装精度

工件安装：

应检查齿坯编号和实际尺寸是否符合工艺规程要求。装夹齿坯时不得将基准面搞错。

打表校验齿坯安装精度，确认其几何偏心在允许值以内。计算各挂轮时，传动比至少要算到小数点以后五位。

五、对刀及试刀

在滚刀安装并经校后，如滚刀刀齿的对中性不好，被加工齿轮的齿形，将呈现两侧齿形角不等。这种现象，在工件模数较大、齿数较小的场合尤为明显。此时，就要对滚刀的轴线安装位置进行调整即为对刀。常用的对刀方法有两种：

1. 试刀法当机床个部位调整完毕后，开车进行试切，使滚刀略切入工件，然后停车观察滚刀刀齿两侧刃的切入深度是否一致，从而判断滚刀的“对中性”是否良好。如两侧刃的切入深度不一致，只要通过调整刀架后轴承的丝杆，使滚刀窜刀，直至刀刃两侧的切入深度保持一致为止。

2. 对刀规采用对刀规，使滚刀前刀面与插杆刀口平齐，检查吻合合程度，如空隙不

等，调整至吻合良好为止。

六、吃刀深度的调整

滚齿加工时的吃刀深度h ' ，在理论上应等于被加工齿轮的全齿深。

正常齿：h ′=h =2.25m 短齿：h =h =1.9m

由于滚刀通过前刀面刃磨后齿顶圆尺寸的变化及齿坯外径的加工误差，上述数据仅作参考值。

在滚齿加工中，一般齿轮分粗精两刀加工：第一刀粗切，切去工件全齿深的大部分，然

后测量其齿厚。第二刀精切，根据实测值补充吃刀量△h ，使工件切削后，其齿厚尺寸达到图纸要求。

根据测量方法不同有两种，在生产中主要采用的是测量公法线长度确定补充吃刀量△h 。测量公法线长度确定补充吃刀量△h ：

1

Δh =⋅(W 1−W 2)

2sin α

式中，α——被加工齿轮的压力角

W1——第一刀切削后，公法线长度的实测值（mm) W2——补充切削后，要求达到的公法线长度值（mm)

加工斜齿圆柱齿轮时，上式仍适用。但是，式中参数应以斜齿轮的法向参数代入。

上式化简后得：

当α=15°时当α=20°时当α=14°30′时当α=22°30′时

△h=1.93（W1-W2）△h=1.46（W1-W2）△h=2（W1-W2）△h=1.31（W1-W2

）

七、窜刀

滚刀在一定的位置上切削, 参加切削的刀齿承受的工作负荷不同, 故各刀齿的磨损量不同. 。若在每加工一件或几件齿轮后将滚刀沿其轴线移动一个距离，使新刀齿进入切削区, 前面的刀齿退出切削区，使所有的刀齿都有同样的磨损，这。是是窜刀作用（见图4-3）

试验表明，一般当后刀面的磨损达到磨钝标准的1/4至

1/3时进行窜刀，往往可以使滚刀的磨损比较均匀。窜刀量：

每次窜刀量可按经验决定，一般可考虑窜一个齿距距离。

图4-3滚刀的窜刀

八、滚刀磨钝标准

滚刀在使用中随着磨损程度的增加，切削性能将会下降，从而会增加加工齿面的粗糙度、增加切削力、使切削过程产生振动或不正常的音响等。这时如再继续使用不仅会进一步恶化加工质量，而且会急剧磨损刀具。磨损过大的滚刀，不仅重磨困难，而且容易使刀刃在长时间的刃磨中引起退火，同时也将会减少滚刀的重磨次数和缩短其使用寿命。故滚刀磨陨后应及时刃磨。

九、滚刀刃磨规范

滚刀重磨后其前刀面应满足下列三方面要求。

1、容屑槽周节的最大累积误差应控制在一定范围内。

滚刀容屑槽圆周齿距不等分，将会造成周节和齿厚的变化，最终会影响齿形误差。

2、容屑槽导程误差应控制在一定范围内。

滚刀前刀面的导程误差，将引起刀齿在滚刀长度方向逐渐偏离基本蜗杆表面，使滚刀的外径、中径形成锥度，造成加工齿形不对称。滚刀前角误差，也将引起齿形不对称。

3、滚刀前刀面径向性误差应控制在一定范围内

前刀面的径向误差会减小或增大刀齿的齿形角，还会导致齿形不对称。

十、滚齿单件工时计算

T=Z(b+8)/Nnsmin

T 滚齿单件工时min (不包括辅助时间) Z 齿轮齿数b 齿轮宽度

mm

…(4-3)

N 滚刀头数n 滚齿转速1/mins 走刀量mm/per

8滚齿时刀子的过头量，可修正。

十一、滚齿常见缺陷及消除方法

滚齿是齿形加工中最常用的、生产率较高的一种加工方法。滚齿既可用于齿形加工，也可用作精加工。在滚齿加工中，由于工艺系统在制造、安装和调整中不可避免地存在误差，这些误差会影响传递运动的准确性、传动平稳性及载荷分布的均匀性。

齿面缺陷及齿面粗糙度达不到设计要求，会引起齿轮传动时发生噪音，或加剧齿面的磨损，降低使用寿命。

为了保证齿轮的使用要求，对滚齿时易出现缺陷的几种现象，加以分析。△、齿面粗糙

为了保证齿轮的使用要求，对滚齿时易出现缺陷的几种现象，加以分析。

1. 撕裂：在齿面上出现一道道较深的沟纹

产生原因：工件材质不匀，由于热处理后内部组织不均匀：滚刀刀刃靡钝或滚刀转速不当，产生积屑瘤，都会产生齿面撕裂现象。

消除方法：

①选用适当的热处理方法，保证齿坯材质均匀；②建议对45号钢或40Cr 钢用正火预先热处理；③合理控制滚刀磨钝标准；

④选择合理的切削用量或润滑冷却液。

2. 啃齿：在齿面上有一小片凹陷刀痕

产生原因：

滚刀与工件的相对位置发生突然变化：油压不稳定，引起刀架进给时产

生爬行现象；刀架导轨的夹铁过紧或过松也会产生爬行；刀轴后面的两个止推轴承运转不正常，使滚刀产生不规则的轴向窜动，这都会产生齿面啃齿现象。

消除方法：①②③

油缸压力保持稳定；将刀架导轨夹铁调整合适；检查刀轴后面的两个止推滚动轴承；

④凡是影响滚刀与齿坯位置突变的因素都要加以检查。

3. 振纹：在齿面上产生微小的振波纹

产生原因：

机床、刀具、工件等系统的刚性是振动发生的直接因素，如滚刀安装

不好；滚刀刃磨质量差；刀齿不等；刀轴尾支承调整不好，间隙过大；滚刀或齿坯夹紧不牢等，都会引起滚动过程中发生振动而产生齿面振纹现象。

消除方法：①

注意滚刀刃磨和安装调整、齿坯安装、机床调整等质量；适当减少进给量；选用较大直径滚刀；加强冷却润滑来消除振纹。

③④

4. 鱼鳞：在齿面上有鱼鳞状微小凹凸斑点

产生原因：

主要是齿坯预先热处理方法问题，如45号钢、45Cr 钢调质处理而且齿

面硬度较高时易产生鱼鳞纹。

消除方法：

改用正火处理来消除鱼鳞斑痕。要提高齿面加工质量，除了要保证以上

措施外，还要改善齿坯材质，使内部组织改善且均匀，硬度适宜而一致，这样就能加工出精度高的齿轮。

△、滚刀耐用度低

引起滚刀耐用度低的原因，主要有如下几方面：（1）滚刀硬度不够滚刀的耐用度。

（2）重磨过程中切削刃烧伤

由于烧伤，刀刃会产生退火而降低切削硬度，从而加

当滚刀硬度偏低，刀齿上硬度不均匀或出现软点时，均会降低

快滚刀在使用中的磨损，甚至使其丧失切削能力。

（3）工件材料太硬及切削用量过大时，滚刀的磨损会明显上升。

（4）滚刀长时间固定在一个位置上使用

由于加工时刀齿切削负载磨损不均匀，生产时间表明，工件材料的硬度大HB240~260

长时间固定在一个位置上使用，会过大地磨损个别刀齿而导致降低整个刀具耐用度。

十二、滚齿工艺误差分析