专利名称：一种加工齿轮/齿槽的方法及相应的铣削刀具的制作方法
技术领域：
本发明属于齿轮/齿槽加工技术领域，尤其涉及一种加工齿轮/齿槽的方法及相 应的铣削刀具，该方法可用加工齿轮或齿槽，特别是在各类曲面或平表面上加工单个或多 个齿槽。
背景技术：
传统的齿轮或齿槽的加工大多采用滚齿机或插齿机来完成，这些设备属于专用设 备，其通用性较差；虽然能够完成一般的齿轮或齿槽的加工，但都只能加工圆柱形齿轮，而 对于各类广义曲面上的齿槽加工，则难以完成。所用刀具因切削速度低，使得新型超硬材料 的特长和潜力不能得到充分发挥；铣削效率和铣削精度均比较低。近年来加工中心(包括车铣中心等数控设备)以其精确、高效、灵活和通用的特点 成为柔性加工单元的脊柱，逐渐成为机械加工的主流设备。加工中心正在取代许多过去的 只有用专用设备才能实现的加工工艺，这对机械工业的柔性化和设备投资的优化都十分重 要。然而，目前仍然没有有效的基于加工中心的齿轮/齿槽的加工技术。
发明内容
本发明目的是提供一种加工齿轮/齿槽的方法及相应的铣削刀具，其目的是解决 现有齿轮/齿槽的加工技术中，铣削效率和铣削精度较低的问题，并提供一种可以在工件 的各类曲面上(包括凹凸曲面及平表面)同时铣削加工单个或多个齿槽的方法。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种铣削刀具，包括一刀架，该刀架 为圆柱形，在该刀架的周向上均布有至少一个刀片；所述刀片顶面上设有至少一个齿形刀 刃组；所述每一齿形刀刃组中，含有至少一个齿形刀刃，各齿形刀刃沿刀架的轴向排列，且 其齿顶连线与待加工工件的外轮廓相匹配。上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，所述刀架的周向上对应各刀片设有刀片槽；所述刀片底部置于刀 片槽中，在各刀片槽中还嵌设有固定块和支撑块，且在铣削方向上，固定块位于刀片的前 侧，支撑块位于刀片的后侧；所述支撑块顶部的形状与刀片上齿形刀刃齿顶连线的形状一 致，且低于齿形刀刃；所述固定块为楔形块状体，并经紧固件与刀架连接；以此由固定块将 刀片压紧固定在刀片槽内。2、上述方案中，所述刀片、支撑块及固定块的根部上分别设有定位槽，所述刀片槽 中对应所述定位槽设有凸台定位部。3、上述方案中，所述支撑块经紧固件与刀架连接。4、上述方案中，所述刀架上设有轴心孔，刀架周面上朝向轴向孔开设有冷却液孔。5、上述方案中，所述每个刀片顶面上设有至少一个齿形刀刃组，这些齿形刀刃组 沿刀架的轴向排列；当每个刀片顶面上设有至少两个齿形刀刃组时，则其中一个为精铣刀 刃组，另一个或多个为粗铣刀刃组；反之，若其中一个为粗铣刀刃组，另一个或几个为精铣刀刃组。6、上述方案中，所述刀架上一体成型设有刀柄，该刀柄可以与刀架一体成型，也可 为单独设计，并与圆筒形铣刀配合组装。7、上述方案中，所述“齿顶连线”指的是一个齿形刀刃组中各齿形刀刃的齿顶面连线。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种铣削齿轮/齿槽的加工方法，采 用一数控机床和上述的铣削刀具，该数控机床上设有刀具轴和工件装夹装置，且两者相互 垂直，铣削加工步骤为第一步，在刀具轴上安装所述铣削刀具，使铣削刀具的刀架轴心线与刀具轴重 合；第二步，在数控机床的工件装夹装置上装夹工件，使工件上的待加工齿槽方向与 安装在所述数控机床上的铣削刀具的刀架轴心线相垂直；第三步，启动数控机床，刀具轴开始旋转并移动，使铣削刀具上的齿形刀刃组对准 工件的待加工起始端；第四步，刀具沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给，使铣削刀具铣削工件获 得一组齿槽；然后，铣削刀具退回至所述待加工起始端；或者，工件沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给，使铣削刀具铣削工件获得 一组齿槽；然后，工件退回，使铣削刀具回至所述待加工起始端；第五步，工件旋转一角度，或者刀具/工件沿刀具轴轴向平移一距离，使铣削刀具 上的齿形刀刃组对准工件上待加工的下一组齿槽起始位置；第六步，重复第四步、第五步，直至完成整个工件上的齿槽加工。上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，所述铣削刀具中，每个刀片顶面上设有至少两个齿形刀刃组，这些 齿形刀刃组沿刀架的轴向排列，其中，一个为精铣刀刃组，另一个或多个为粗铣刀刃组，反 之，若其中一个为粗铣刀刃组，另一个或几个为精铣刀刃组；当采用粗铣和精铣两步完成齿 槽加工时，则所述第三步至第六步中所述齿形刀刃组为粗铣刀刃组；截至第六步完成齿槽 的粗铣加工，然后进行以下精铣加工步骤第七步，移动刀具轴，使铣削刀具上的精铣刀刃组对准所述待加工起始端；第八步，以较小并至齿槽最终尺寸的进刀量重复第四步、第五步，直至完成整个工 件上的齿槽精铣加工。2、上述方案中，所述“刀具轴”指的是数控机床上用于安装铣削刀具的轴端；所述 “工件装夹装置”指的是数控机床上用于安装夹持待加工工件的装置，当工件为轴对称时， 该“工件装夹装置”可以简化为“工件轴”。3、上述方案中，所述“待加工起始端”指的是工件上要加工的齿轮/齿槽的起始 端，指的整个端面。4、上述方案中，所述第三步至第六步中的加工工艺既适合于粗铣刀刃组的粗加工 也适合于精铣加工，区别在于精铣加工的进刀量小，用以得到较好的表面光洁度和精度。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果1、采用本发明的铣削刀具和齿轮/齿槽加工方法，大大提高了铣削效率和铣削精度。有实验比较表明，当选择的铣削刀具在刀架的周向上均布八个刀片，每刀片上有两个齿 形刀刃组，每组中含三个齿形刀刃(即每次在上述步骤四中可同时铣削加工三个齿)，加工 一种三十六齿的齿轮，采用本发明方法加工该齿轮仅需4分钟，而用传统的滚齿机加工则 需耗时一个小时；本方法的铣削效率和铣削精度明显大大高于传统的加工方法。2、本发明的铣削刀具，其刀片和刀架可以采用分体组合设计，刀片插入刀架上开 设的刀片槽内，在铣削方向上，刀片的后侧设有与刀片的外轮廓一致的支撑块，该支撑块的 顶部只在与刀刃相应的位置比刀刃略低，以最大限度地降低刀片在铣削过程中所受的弯曲 应力，优化受力状态，使刀片铣削潜力获得最大化；而刀片本身则由楔形条块加螺丝牢牢地 固定于刀片槽中，具有固定牢靠且易于装卸更换的特点。
附图1为本发明铣削刀具的结构示意图；附图2为本发明铣削刀具的端面视图；附图3为本发明带刀柄的铣削刀具的正视图；附图4为本发明用于铣削位于凸曲面上齿槽的刀片示意图；附图5为本发明用于铣削位于平表面上或沿曲面的方向延伸齿槽的刀片示意图；附图6为本发明用于铣削位于凹曲面上齿槽的刀片示意图；附图7为本发明加工方法示意图；附图8为采用本发明加工方法和铣削刀具在曲面上加工齿槽的叶片产品示意图。以上附图中1、刀架；2、刀片；3、齿形刀刃组；4、刀片槽；5、固定块；6、支撑块；7、 冷却液孔；8、刀柄；9、刀具轴；10、工件轴；11、工件；12、螺栓；13、定位槽。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例如图1 6所示，一种铣削刀具，包括一刀架1，该刀架1为圆柱形，在该刀架1的 周向上均布有多个刀片2 ；所述刀片2顶面上设有至少一个齿形刀刃组3 ；所述每一齿形刀 刃组3中，至少有一个齿形刀刃，各齿形刀刃沿刀架1的轴向排列，且其齿顶连线与待加工 工件11的外轮廓相匹配。所述刀架1的周向上对应各刀片2设有刀片槽4 ；所述刀片2底部置于刀片槽4 中，在各刀片槽4中还嵌设有固定块5和支撑块6，且在铣削方向上，固定块5位于刀片2的 前侧，支撑块6位于刀片2的后侧；所述支撑块6顶部的形状与刀片2上齿形刀刃齿顶连线 的形状一致，且低于齿形刀刃；所述固定块5为楔形块状体，并经螺栓12与刀架1连接；以 此由固定块5将刀片2压紧固定在刀片槽4内。支撑块6经螺栓12与刀架1连接。刀架 1上设有轴心孔，刀架1周面上朝向轴向孔开设有冷却液孔7。如图3所示，所述刀架1上 可以一体成型设有刀柄8，也可以刀柄8与刀架1分体设计，筒形铣刀架1和刀柄8配合组 装的结构。所述每个刀片2顶面上设有多个齿形刀刃组3，这些齿形刀刃组3沿刀架1的轴向 排列，其中，一个为粗铣刀刃组，另一个或多个为精铣刀刃组；反之既然。
刀架1的设计结合了齿轮和齿槽加工中的受力特点，在铣削方向上，刀片2的后 侧设置一支撑块6，最大限度地降低了刀片2在铣削过程中所受的弯曲应力，优化了受力状 态，使刀片铣削潜力获得最大化，为实现多齿铣削提供了保证。更换不同尺寸规格的刀片或 刀片组就可以加工不同尺寸的齿轮齿和齿(键)槽。刀片2通过楔形固定块5与刀架1固 定为一体，具有固定牢靠且易于装卸的特点。刀架1和刀片2的尺寸根据需加工工件的外 轮廓和齿轮和齿槽尺寸来调整的。图4 图6是刀片2的示意图，刀片2是由超硬材料如碳化钨材料，金刚石/碳化 钨复合片、立方氮化硼/碳化钨复合片等制作，为长条状。铣削用的齿形刀刃组3的基本单 元一般是由多个齿形刀刃组成一个刀刃组(可以简化为单个齿形刀刃)，而每个齿形刀刃 组3中齿形刀刃都是沿需加工工件的外轮廓曲面相匹配的弧线或外轮廓平表面匹配的直 线排列的，因而每个齿形刀刃组3可以按照设定齿形刀刃数同时铣削同等数量的齿槽。每 个刀片2上都有一个定位槽13，与刀架1上刀片槽4中的凸台定位部配合定位。图4 图6 显示的刀片2各有三组相同的齿状刀刃组3 (根据需要，可以是不同数目的齿状刀刃组3)， 每种齿状刀刃组3都有与需加工齿槽的垂直剖面的外轮廓曲线匹配的曲率，这使得本发明 的刀片2可以在不同曲率的表面上同时加工多个齿槽，与所加工的工件外曲(平)面轮廓 相匹配(如图8所示)。图4 图6展示的是同时加工四个齿槽的案例。如图7所示，一种铣削齿轮/齿槽的加工方法，采用一数控机床和上述的铣削刀 具，该数控机床具有相互垂直的刀具轴9和工件装夹装置，该实施例内的工件11为轴对称 工件，故，工件装夹装置可以简化成如图所示的工件轴10，该数控机床的刀具轴9与待加工 工件11的齿槽方向相互垂直，铣削加工步骤为第一步，在刀具轴9上安装所述铣削刀具，使铣削刀具的刀架1轴心线与刀具轴9
重合；第二步，在工件轴10上装夹工件11，使工件11上的待加工齿槽方向与工件轴10 轴向平行；即工件11上待加工齿槽方向与安装在所述数控机床上的铣削刀具的刀架1轴心 线相垂直；当工件11为圆柱类产品(如齿轮和齿轮轴)时，刀具轴9与该工件11的中心轴 垂直；当工件11非圆柱类产品(如图8所示的凹、凸曲面)时，刀具轴9与分布在该非圆柱 类产品各类曲面上的齿槽方向相互垂直；第三步，启动数控机床，刀具轴9开始旋转并移动，使铣削刀具上的齿形刀刃组3 对准工件11的待加工起始端；第四步，刀具沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给(若为圆柱形工件时，即 刀具沿工件轴10轴向直线运动进给；若为非圆柱型工件，刀具沿平行待加工齿槽方向直线 运动进给)，使铣削刀具铣削工件11获得一组齿槽；然后，铣削刀具退回至所述待加工起始 端；或者，工件轴10沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给(若为圆柱形工件，则 工件轴10沿其轴向直线运动进给；若为非圆柱型工件，则工件轴沿平行待加工齿槽方向直 线运动进给)，使铣削刀具铣削工件11获得一组齿槽；然后，工件轴10退回，使铣削刀具回 至所述待加工起始端；第五步，工件轴10旋转一角度，或者刀具/工件11沿刀具轴9轴向平移一距离， 使铣削刀具上的齿形刀刃组3对准工件11上待加工的下一组齿槽起始位置；
第六步，重复第四步、第五步，直至完成整个工件11上的齿槽加工。需要强调的是刀片2上的齿状刀刃组3可以是单组或多组；这些齿形刀刃组3沿 刀架1的轴向排列。若为多于一个齿形刀刃组的安排，其中一组为粗铣刀刃组，另一组或多 组为精铣刀刃组；反之既然。至于哪一个齿形刀刃组进行粗加工和哪一个齿形刀刃组用于 精加工可以根据实际情况进行优化组合，并不改变本发明的基本精神，其加工步骤如下在所述第三步至第六步中的加工工艺既适合于粗铣刀刃组的粗加工也适合于精 铣加工，区别在于精铣加工的进刀量小，用以得到较好的表面光洁度和精度。一般当完成齿 槽的粗铣加工，可以认为所述第三步至第六步中所述齿形刀刃组3为粗铣刀刃组；截至第 六步完成齿槽的粗铣加工，然后进行以下精铣加工步骤第七步，移动刀具轴9或/和工件11，使铣削刀具上的精铣刀刃组对准所述待加工 起始端；第八步，以较小并至齿槽最终尺寸的进刀量重复第四步、第五步，直至完成整个工 件11上的齿槽精铣加工。本发明使得同时加工多个齿槽成为可能。使用本发明的铣削刀具加工，与现有的 传统齿轮加工方法相比，采用同时加工几个齿槽的铣削刀具，就可以减少几倍的转换工位 步骤。如果用图4 6中显示的含四组齿状刃刀组3的刀片2来加工齿轮，那么与现有的 传统齿轮加工方法相比，只需要用1/4的转换工位步骤就可以完成同一个齿轮的加工；而 显著减少的转换工位步骤就可以将转换工位累计误差最小化。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明 精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种铣削刀具，其特征在于包括一刀架(1)，该刀架(1)为圆柱形，在该刀架(1)的周向上均布有至少一个刀片(2)；所述刀片(2)顶面上设有至少一个齿形刀刃组(3)；所述每一齿形刀刃组(3)中，含有至少一个齿形刀刃，各齿形刀刃沿刀架(1)的轴向排列，且其齿顶连线与待加工工件(11)的外轮廓相匹配。
2.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于所述刀架(1)的周向上对应各刀片 ⑵设有刀片槽⑷；所述刀片⑵底部置于刀片槽⑷中，在各刀片槽中⑷还嵌设有固 定块(5)和支撑块(6)，且在铣削方向上，固定块(5)位于刀片(2)的前侧，支撑块(6)位于 刀片(2)的后侧；所述支撑块(6)顶部的形状与刀片(2)上齿形刀刃齿顶连线的形状一致， 且低于齿形刀刃；所述固定块(5)为楔形块状体，并经紧固件与刀架(1)连接；以此由固定 块(5)将刀片(2)压紧固定在刀片槽(4)内。
3.根据权利要求2所述的铣削刀具，其特征在于所述刀片(1)所述支撑块(6)经紧 固件与刀架(1)连接。
4.根据权利要求2所述的铣削刀具，其特征在于所述刀片(2)、支撑块(6)及固定块 (5)的根部上分别设有定位槽(13)，所述刀片槽(4)中对应所述定位槽(13)设有凸台定位 部。
5.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于所述刀架(1)上设有轴心孔，刀架 ⑴周面上朝向轴向孔开设有冷却液孔(7)。
6.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于所述每个刀片(2)顶面上设有至少 两个齿形刀刃组(3)，这些齿形刀刃组(3)沿刀架(1)的轴向排列，其中，一个为精铣刀刃 组，另一个为粗铣刀刃组。
7.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于所述刀架(1)上一体成型设有刀柄⑶。
8.根据权利要求1所述的铣削刀具，其特征在于所述刀架(1)为圆筒形，一单独刀柄(8)与该圆筒形刀架(1)组装配合。
9.一种铣削齿轮/齿槽的加工方法，其特征在于采用一数控机床和权利要求1所述 的铣削刀具，该数控机床上设有刀具轴(9)和工件装夹装置，且两者相互垂直，铣削加工步 骤为第一步，在刀具轴(9)上安装所述铣削刀具，使铣削刀具的刀架(1)轴心线与刀具轴(9)重合；第二步，在数控机床的工件装夹装置上装夹工件(11)，使工件(11)上的待加工齿槽方 向与安装在所述数控机床上的铣削刀具的刀架轴心线相垂直；第三步，启动数控机床，刀具轴(9)开始旋转并移动，使铣削刀具上的齿形刀刃组(3) 对准工件(11)的待加工起始端；第四步，刀具沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给，使铣削刀具铣削工件(11)获 得一组齿槽；然后，铣削刀具退回至所述待加工起始端；或者，工件沿平行于待加工的齿槽方向直线运动进给，使铣削刀具铣削工件(11)获得 一组齿槽；然后，工件退回，使铣削刀具回至所述待加工起始端；第五步，工件旋转一角度，或者刀具/工件沿刀具轴(9)轴向平移一距离，使铣削刀具 上的齿形刀刃组(3)对准工件(11)上待加工的下一组齿槽起始位置；第六步，重复第四步、第五步，直至完成整个工件(11)上的齿槽加工。
10.根据权利要求7的所述的铣削齿轮/齿槽的加工方法，其特征在于所述铣削刀具 中，每个刀片(2)顶面上设有至少两个齿形刀刃组(3)，这些齿形刀刃组(3)沿刀架(1)的 轴向排列，其中，一个为精铣刀刃组，另一个或多个为粗铣刀刃组，反之，若其中一个为粗铣 刀刃组，另一个或几个为精铣刀刃组；当采用粗铣和精铣两步完成齿槽加工时，则所述第三 步至第六步中所述齿形刀刃组(3)为粗铣刀刃组；截至第六步完成齿槽的粗铣加工，然后 进行以下精铣加工步骤第七步，移动刀具轴(9)，使铣削刀具上的精铣刀刃组对准所述待加工起始端； 第八步，以较小并至齿槽最终尺寸的进刀量重复第四步、第五步，直至完成整个工件上 的齿槽精铣加工。
全文摘要
一种加工齿轮/齿槽的方法及铣削刀具，铣削刀具包括一圆柱形刀架，该刀架的周向上均布有多个刀片；刀片顶面上设有多个齿形刀刃组；每一齿形刀刃组中，各齿形刀刃沿刀架的轴向排列，且其齿顶连线与待加工工件的外轮廓相匹配。所述的加工方法是采用所述铣削刀具与数控机床，将铣削刀具与待加工工件的齿轮或齿槽方向垂直，铣削刀具旋转时，刀片上的齿形刀刃组将在与刀具轴垂直的方向进行齿形铣削。本发明解决了现有齿轮/齿槽的加工技术中，加工效率和精度较低和对于各类非圆曲面上齿槽加工较难胜任的问题。
文档编号B23F21/16GK101941103SQ20101027365
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者徐东, 拉氏罗·弗莱斯卡, T·哈特福德 詹姆士 申请人:苏州苏尼克新材料科技有限公司