插齿刀的成形磨削工艺

插齿迄今仍是加工带台肩齿轮、多联齿轮、内齿等的常用方法。先进的插齿刀制造工艺很受齿轮刀具制造商的欢迎,本文主要研讨齿形具有齿顶倒角之插齿刀的成形磨削工艺。

几年前,有些齿轮专家曾预言,今后插齿刀在齿轮加工方面的应用将大为减少,到那时,将没有汽车齿轮生产企业再使用插齿刀,在设计制造齿轮传动装置时,也不再采用插齿工艺加工齿轮。

一般认为:插齿工艺是在齿轮不能用滚刀加工的情况下采用的齿轮加工方法,这种加工方法费用高、齿轮质量差。事实上,插齿是为带台肩的齿轮进行齿形加工而采用的。如图1所示,带台肩的齿轮由于刀具干涉的问题一般不能采用滚齿加工。

图1用插齿刀对带台肩的齿轮进行插齿加工

除此之外,插齿刀也广泛用于是直齿、斜齿的内齿轮加工。大致上,如果齿轮采用内齿拉削工艺比较困难,就需要采用插齿刀加工。

插齿加工的缺点在于,与滚齿相比,其加工的循环时间较长。另外,插齿刀在加工齿轮时,由于两者啮合运动,插齿刀的整体误差、插齿刀刀齿上可能出现的误差或变形(如裂纹、刀齿磨损及刀齿的损坏),会传递到加工齿轮上。一旦齿轮的轮齿被破坏是不能使用的。

尽管如此,当时对插刀的悲观预言后来却没得到证实。相反,插齿刀还是齿轮加工行业最广泛使用的刀具之一。为什么会这样呢？其主要原因为:首先,用滚齿工艺加工生产齿轮比用插刀需要费用多,其次,随着技术的发展,高精度、高效率的现代插齿机与插齿刀目前可以达到几年前难以想像的切削速度和效率。

总的来说,大部分齿轮刀具效率的提高,要归功于采用更好的刀具材料以及TiN涂层技术与设备的改进。至于机床,具有优化所有加工动作、操作功能的现代数控系统可大大缩短加工的循环时间。

除了上述所说的之外,还有许多还没完全执行的方案可使滚刀和插齿刀在技术上的差距进一步缩短。这关系到通过生产齿轮刀具的新型机器。即使不能充分利用齿轮刀具而且重磨次数有限制,这些机器也有利于降低生产费用。说明如下:如图2所说明,磨削插齿刀时难以让根圆直径Di和齿顶倒角高度Sm保持一致。这是因为重磨后插齿刀与齿轮的轴距及插齿刀齿厚这两参数的减少,不可能同插刀本身的齿顶倒角高度及在有齿顶倒角部位上的斜度取得一致。

图2根圆直径与齿顶倒角在插齿刀插齿过程中因寿命变化

而有所变化再如图1所示,轴距I的减小严格遵照数学定理。数学模型包含着让轴距变化与插齿刀高度H不相称的三角方程。相反,齿顶修形St和齿顶倒角的斜度以直线关系对应。二者根据插齿刀高度的减少遵照线性关系公式而变。

达到上述目标的必要条件在于通过平移砂轮而得到想要的插齿刀。这类砂轮,除了在刀具双齿面上开展渐开线运动,还开展使齿顶倒角斜度线性的轴向运动。

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