插齒刀機械前角對刀具耐用度及齒形誤差的影響-廣東廣州鋒利華機械刀片制造公司

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插齒刀機械前角對刀具耐用度及齒形誤差的影響

來源：網絡　時間：2010年08月08日　點擊：

在切削加工中，刀具的有效壽命受到主切削刃磨損的限制。影響刀具磨損的因素較多，包括工件材料和刀具材料的機械物理性能、刀具的結構與幾何形狀參數、切削條件與用量等。對于插齒加工，插齒刀的前角對刀具的耐用度和齒形誤差具有直接影響。
1 插齒刀的幾何角度
標準插齒刀的頂刃前角g=5°。插齒刀前刀面為內凹圓錐面，因此形成了側刃前角。插齒刀的側刃前角應在與切削刃在基面上的投影相垂直的截面(即圖1 所示與基圓柱相切的N-N 截面)上測量。側刃上任意點A的前角gyc計算公式為
tangyc=tangsinay
式中：ay——切削刃上任意點A 處的漸開線壓力角，cosay=rb0/ry
由此可知，在側刃上各點處的前角值gyc不等，在接近頂圓處側刃前角較大，接近根圓處側刃前角較小。由于插齒刀前刀面為圓錐面，故側刃形成了一定的刃傾角。切削刃上各點的刃傾角不同，在任意點A 處的刃傾角ly為
tanly=tangcosay
對于兩側切削刃，在頂圓處側刃前角最大而刃傾角最小，在根圓處側刃前角最小而刃傾角最大。刃傾角可起到增大工作前角的作用。
對于標準插齒刀(如m=2.5mm，a=20°，z0=30，g=5°的插齒刀)，頂圓處的側刃前角gac=2°36'，根圓處的側刃前角gfc=0°13'。由于側刃前角均很小，對切削性能有一定影響。
2 增大插齒刀前角對刀具耐用度的影響
在加工鋼制齒輪時，適當增大插齒刀前角不僅有利于提高加工齒面光潔度，還可提高插齒刀的耐用度。如將插齒刀前角由5°增大到15°，在m=2.5mm，a=20°，z0=30，z1=42，ae=9°的加工條件下，刀具耐用度可由134.8分鐘提高到252分鐘(提高88%)，為標準插齒刀(ae=6°，g=5°)耐用度(62.3分鐘)的4倍(提高404.7%)。將前角增大到15°后，可使側刃前角顯著增大(頂圓處側刃前角gac=10°39'，根圓處側刃前角gfe=7°06')，從而顯著提高加工齒面光潔度。
3 增大插齒刀前角對齒形誤差的影響
增大插齒刀前角后，將增大插齒刀的齒形誤差，因此應根據被加工齒輪的精度要求來分析增大插齒刀前角的可行性。如對于m=2.5mm，a=20°，z0=30 的插齒刀，當齒頂后角ae=6°時，采用不同前角時的齒形誤差見表(表中數值為插齒刀齒形角經修正后的齒形誤差)。可知，當插齒刀前角增大到15°時，齒形誤差已相當大，不容忽視。對于大模數、少齒數的插齒刀，產生的齒形誤差將更大。因此，大前角插齒刀主要適用于加工低精度齒輪或進行粗加工。表插齒刀前角對齒形誤差的影響插齒刀前角g 頂圓處齒形誤差∆fa
µm 根圓處齒形誤差∆ff
µm
5° +2.8 +5.9
10° +5.0 +10.7
15° +7.7 +15.4
20° +10.0 +20.1
插齒刀參數m=2.5mm，a=20°，z0=30°，ae=6°
在齒輪加工中，有時會遇到工件材料塑性較大、采用標準前、后角的插齒刀加工不易達到要求齒面光潔度的情況，此時可采用增大插齒刀前角的方法。如加工38CrNiMo ALA和40CrNiMo A齒輪時，采用標準前、后角的插齒刀加工時齒面產生較深劃痕，經研齒、珩齒等工序后劃痕也不易消除。此時采用增大前、后角(ae=9°，g=15°)的插齒刀進行加工，齒面光潔度可穩定達到5～6 級。當齒輪精度要求較高時，為避免因加大插齒刀前、后角引起齒形誤差超差，可采取以下解決措施：①重新修正插齒刀的齒形角。表1中插齒刀根圓處的齒形誤差大于頂圓處的齒形誤差，如適當減小插齒刀的齒形角，可使根圓處齒形誤差減小，從而減小總的齒形誤差。采用該方法需要進行重復試算，以使齒形誤差達到最小。②如使用修正齒形角的方法仍達不到要求的齒形精度時，可將插齒刀的實際齒形誤差計算出來，然后對磨削插齒刀齒形的砂輪進行專門修整，使磨削出的插齒刀齒形誤差最小。該方法一般在對齒形精度有特殊要求時才采用。
4 插齒刀前刀面的特殊刃磨
為增大插齒刀的側刃前角，還可采用特殊刃磨方法磨削插齒刀的前刀面。對于普通模數的插齒刀，可采用圖2a所示的刃磨方法，使插齒刀的頂刃前角和側刃前角同時增大。磨削用的砂輪由兩側的圓錐面和中間的圓柱面組成，圓柱面寬度等于插齒刀的齒頂厚度，兩側圓錐面與插齒刀前刀面的交線為雙曲線，該雙曲線與插齒刀的漸開線理論齒形很接近，因此磨出的插齒刀齒形誤差極小。對于模數較大的插齒刀，可采用圖2b所示的刃磨方法，分別磨削出插齒刀的頂刃前角和側刃前角。由于特殊刃磨方法操作復雜，因此僅在個別特殊場合使用。
(a)
(b)

圖2 插齒刀前刀面的特殊刃磨

綜上所述，在粗加工工序或對加工精度要求不高時，適當增大插齒刀前角不僅可提高刀具耐用度和加工齒面光潔度，而且在一定程度上還可降低機床的切削力，因此不失為一種經濟實用的齒輪加工方法。

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