一种磨前滚刀的制作方法

本实用新型属于齿轮机械加工的专用工具领域，尤其是涉及一种高效高精度磨前滚刀。

背景技术：

现有技术中，圆弧齿轮传动在国防、医疗器械、精密仪器(如手表)等方面有着广泛的应用，这类圆弧齿轮的特点多采用小模数，并且传动比高、结构紧凑。通常，普通齿轮的加工多采用精密滚刀进行滚切或直接通过铣刀加工成型，而对于圆弧齿轮加工的滚刀，其一般具有以下特点：一、滚刀为具有圆弧齿形，且同样采用小模数，其直径尺寸较小(约为￠6mm)，精度要求高(公差为0.003mm)；二、这类圆弧齿形的滚刀多采用YG6X或YT10 的硬质合金材料制造，硬度高；三、滚刀的毛坯多是压制烧结成型，毛坯经过机加工后，留有一定的加工余量。根据上述特点，对于这类小模数圆弧齿形的滚刀，由于尺寸结构较小，造成直接加工难度大，精度难以保证；并且，这类滚刀的材料为硬质合金，滚刀齿形的加工不能采用普通的切削方法进行，只能采用金刚石磨轮来磨削，而铲磨滚刀齿形的金刚石磨轮一般都是专制的，生产效率低，在滚刀的加工过程中，金刚石磨轮的成型精度会直接影响滚刀的齿形精度，对于金刚石磨轮本身的加工制造要求高，使得滚刀的加工成本增加。

除此之外，目前，所有齿轮制造厂在用普通的磨前滚刀生产齿轮时，齿轮齿根部都会出现过渡曲线棱面较大的问题。这是由于普通的磨前齿轮滚刀是一种展成刀具，滚齿时在齿轮齿根部都会形成一段过渡曲线，这种现象是所有展成刀具都无法克服的。而且这段过渡曲线棱面是无法在后面工序进行再加工的。尤其是滚削大模数、少齿数的齿轮时，齿轮齿根部的过渡曲线棱面较大的问题更严重。而较大的过渡曲线棱面不但降低了齿轮的强度，而且严重影响了齿轮的使用寿命和齿轮外形的美观。因此，国内所有滚刀生产厂家都在研究降低齿轮齿根部棱面的方法，例如采用变小压力角磨前滚刀，通过增加磨前滚刀重合度的方法来降低齿轮齿根部棱面。但是所有方法效果都不是很明显。只有增加磨前滚刀的齿数，从而增加滚削齿轮时磨前滚刀的轮切齿数的方法效果最好。但是普通的磨前齿轮滚刀受刀具结构和滚齿机床能容纳滚刀最大直径等方面的原因限制，磨前滚刀外径不能做的很大，所以普通的磨前滚刀能做出的齿数有限，即使把磨前滚刀外径做到最大，普通的磨前滚刀能增加的齿数也很少。

据申请人了解，就目前来讲，现有的磨前滚刀主要有两种，一种是采用德国DIN标准的单圆弧圆头留磨滚刀，这种单圆弧圆头留磨滚刀的滚刀齿顶的齿形曲线为标准圆，滚刀的全齿齿顶高ho为2.7倍模数，齿顶高ha为1.4倍模数(参见图1)，另一种是采用国家标准的滚刀齿顶为平形并包含双圆弧圆头留磨滚刀，滚刀的全齿齿顶高ho为2.5倍模数，齿顶高ha为1.25倍模数(参见图2)。这两种圆头留磨滚刀存在以下不足：在加工少齿数齿轮时，磨齿后齿轮的渐开线展长，达不到设计要求，影响齿轮的啮合系数；若按设计的展长来磨齿则会出现磨齿台阶，产生应力集中，以至于影响齿轮齿根弯曲强度。在加工薄壁齿轮圈时，热处理后变形齿根涨大，出现过度曲线位置上移，磨齿也会出现磨齿台阶，产生应力集中，以至于影响齿轮齿根弯曲强度。加工出来的齿轮，齿根圆弧曲率半径较小，磨后齿根弯曲应力较大。留磨量较大，磨齿加工时间太长。现有技术的磨前滚刀模数为M1.5～1.75 之间的，其外径为63mm，相对应的滚刀刀刃数和槽数为12，相对都较少，在加工时效率偏低。普通的磨前滚刀由于刀刃数和槽数较少导致强度也较低，而使滚刀的使用寿命也偏低。

针对现有技术中存在的不足之处，有必要提供一种具有新颖性、实用性和创造性的装置。

技术实现要素：

为解决心现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种新型磨前滚刀以及加工方法，以此来解决现在技术中存在的在加工少齿数齿轮时，磨齿后齿轮的渐开线展长，达不到设计要求，影响齿轮的啮合系数；若按设计的展长来磨齿则会出现磨齿台阶，产生应力集中，以至于影响齿轮齿根弯曲强度。在加工薄壁齿轮圈时，热处理后变形齿根涨大，出现过度曲线位置上移，磨齿也会出现磨齿台阶，产生应力集中，以至于影响齿轮齿根弯曲强度。加工出来的齿轮，齿根圆弧曲率半径较小，磨后齿根弯曲应力较大。留磨量较大，磨齿加工时间太长，且寿命太短；从而达到硬度在原来基础上大大提高。

本实用新型采用的技术方案如下：磨前滚刀，包括前齿和后齿，磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿为磨前滚刀齿顶的齿形，磨前滚刀原有的正常齿称做前齿，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿；磨前滚刀的前齿与后齿都设计在同一等份上，前齿刃沟与后齿刃沟角度为不同角度；前齿刃沟的压力角为20°，前齿根过度圆角R为0.3模数，前齿和后齿齿顶的齿形曲线为椭圆形；其中，前齿齿顶的齿形底部横截面为椭圆形的长轴，长轴中心到前齿齿顶端的距离为短半轴，短半轴的长度为长半轴的0.65 倍。

作为一种优选的技术方案，所述的磨前滚刀的材质为含Co高速钢或粉末冶金加TiAlN和 TiN涂层。

作为一种优选的技术方案，前齿刃沟的小压力角10～12°，滚刀的全齿高为2.7倍模数，前齿的齿顶高为1.3～1.45倍模数。

一种磨前滚刀及其加工方法，该磨前滚刀加工方法包括有如下步骤：

(1)、根据磨前滚刀的基本结构，在普通磨床上用磨轮对滚刀毛坯加工出所需前齿和后齿，并使各前刀面的前角为零度，以得到半成品磨前滚刀；

(2)、将所述磨前滚刀齿形按放大比例放大n倍，用线切割加工出与放大n倍后的滚刀齿形相匹配的样板，并用加工好的标准样板去检验该样板，得到符合技术要求的合格样板；

(3)、将上述加工好的样板安装在样板磨床上并缩小n倍，由所述样板磨床加工出轧辊铣刀，然后用所述标准样板检验该轧辊铣刀，得到符合技术要求的合格的轧辊铣刀；

(4)、在铣床上，用上述合格的轧辊铣刀加工出退火后的轧辊，并用所述标准样板检验该轧辊，得到符合技术要求的合格轧辊；

(5)、在轧辊机床上，用上述合格的轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿，并用所述标准样板检验该金刚石磨轮的轮齿，得到符合技术要求的合格金刚石磨轮的轮齿；

(6)、在铲磨机床上，用上述加工好的金刚石磨轮的轮齿对所述的半成品滚刀进行铲磨，加工获得所述滚刀的齿形，并用滚刀样板检验该滚刀的齿形，获得符合加工要求的合格滚刀。

所述步骤(2)中的滚刀齿形的放大比例包括有200:1，100:1，50:1，20:1和10:1；所述步骤(4)和步骤(5)之间还可以增加如下步骤：(4-1)、对所述的轧辊进行淬火处理，并再次用所述标准样板检验淬火后的轧辊；所述步骤(5)中的金刚石磨轮由重量百分比为80.5％的铜粉、7.3％的锡粉和12.2％的金刚石粉组成，所述铜粉、锡粉和金刚石粉均匀混合后，装入模具，在压力为475～490MPa的容器内保压4～5分钟，然后在真空炉内烧结，烧结温度为780～790℃，保温30～35分钟，冷却即得所述的金刚石磨轮；所述步骤(5)和步骤(6)之间还可以增加如下步骤：(5-1)、用柱形磨轮铲磨所述半成品滚刀的齿背，并留有铲磨余量；所述步骤(6)中，所述的半成品滚刀的内孔、其中一个端面定位在铲磨机床的工作心轴上，所述的金刚石磨轮安装在该铲磨机床的磨轴上；所述工作心轴的支撑表面的径跳不大于0.004毫米，该工作心轴的支撑表面的端跳不大于 0.002毫米，所述磨轴的轴向窜动不大于0.002毫米，该磨轴的径向跳动不大于0.004毫米；所述磨轴相对于所述半成品滚刀的轴线具有15’～30’的螺旋角。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于：(1)本实用新型不仅能保证正常齿形精度，而且能很好地达到降低齿轮齿根部棱面的双切式磨前滚刀。(2)本实用新型为一种新型磨前滚刀，磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿为磨前滚刀齿顶的齿形，磨前滚刀原有的正常齿称做前齿，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿。通过增加齿轮齿根部的磨前滚刀轮切齿数，达到降低齿轮齿根部棱面的目的。由于普通的磨前滚刀外径不能做的很大，而且过渡曲线棱面都是在齿轮齿根部产生的，因此怎样能增加磨前滚刀在齿轮齿根部的轮切齿数是关键。我们因此在普通的磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿只保证磨前滚刀齿顶的齿形，而不做出磨前滚刀压力角的齿形。这样就使齿轮的齿根部在滚削时轮切齿数增加了一倍。我们把磨前滚刀原有的正常齿称做前齿，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿。为了利用国内现有设备加工这种磨前滚刀和方便用户对磨前滚刀的修磨，我们把磨前滚刀的前齿与后齿都设计在同一等份上，但这样又造成后齿太薄。为了增加后齿的宽度，从而加强磨前滚刀后齿的强度，设计上有针对性地把前齿与后齿刃沟角度设计成不同角度，保证了后齿有足够的强度。经过多次与铲齿凸轮相结合验算，而且由于相对增加了磨前滚刀的齿数，使磨前滚刀在滚削齿轮时更加平稳，更加轻快，滚切出的齿轮齿面更加光滑，齿根部棱面大的问题大大减轻。同时也提高了滚刀的耐磨性能，延长了滚刀的使用寿命。(3)滚刀齿顶的齿形曲线采用椭圆形，能满足留磨余量，齿根根切量等技术要求，有效的改善齿轮磨后的齿根弯曲应力问题，且其留磨量标准留磨滚刀的留磨量，磨齿时间大大缩短，提高了加工效率。(4) 在滚刀加工过程中，对滚刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例缩小的加工方法，不仅提高了滚刀的加工精度，还使得滚刀加工的生产效率提高，滚刀加工过程中的机床调整更加方便，而且，采用本实用新型加工方法得到的滚刀各前刀面的前角为零度，使得滚刀前刀面的修磨不会影响滚刀齿形，刀具可以不断重复修磨，有效地延长了滚刀的使用寿命。(5)增加滚刀外径基础上，增加刀刃数量及槽数，使其起到具有足够的强度，达到提高效率及增加使用寿命的目的。(6)滚刀材料采用含钴高速钢或者粉末冶金，配合热处理工艺，表面处理采用氮铝化钛和氮化钛涂层,使刀具表面硬度在原来基础上大大提高。

附图说明

图1是采用德国DIN标准的单圆弧圆头留磨滚刀的齿形图；

图2是采用国家标准包含双圆弧圆头留磨滚刀的齿形图；

图3是本实用新型的磨前滚刀的齿形图；

图4是本实用新型的具体实施例中一示意图。

图中序号说明：1前齿、2后齿。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合图3到图4：磨前滚刀，包括前齿1和后齿2，磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿为磨前滚刀齿顶的齿形，磨前滚刀原有的正常齿称做前齿1，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿2；磨前滚刀的前齿1与后齿2都设计在同一等份上，前齿刃沟与后齿刃沟角度为不同角度；前齿刃沟的压力角为20°，前齿根过度圆角R为0.3 模数，前齿1和后齿2齿顶的齿形曲线为椭圆形；其中，前齿1齿顶的齿形底部横截面为椭圆形的长轴，长轴中心到前齿1齿顶端的距离为短半轴，短半轴的长度为长半轴的0.65 倍。

所述的磨前滚刀的材质为含Co高速钢或粉末冶金加TiAlN和TiN涂层。滚刀经由热处理和冰冷处理,使滚刀硬度及韧性在原有基础上大大提高。

前齿刃沟的小压力角10～12°，滚刀的全齿高为2.7倍模数，前齿的齿顶高为1.3～1.45 倍模数。

一种磨前滚刀及其加工方法，该磨前滚刀加工方法包括有如下步骤：

(1)、根据磨前滚刀的基本结构，在普通磨床上用磨轮对滚刀毛坯加工出所需前齿和后齿，并使各前刀面的前角为零度，以得到半成品磨前滚刀；

(2)、将所述磨前滚刀齿形按放大比例放大n倍，用线切割加工出与放大n倍后的滚刀齿形相匹配的样板，并用加工好的标准样板去检验该样板，得到符合技术要求的合格样板；

(3)、将上述加工好的样板安装在样板磨床上并缩小n倍，由所述样板磨床加工出轧辊铣刀，然后用所述标准样板检验该轧辊铣刀，得到符合技术要求的合格的轧辊铣刀；

(4)、在铣床上，用上述合格的轧辊铣刀加工出退火后的轧辊，并用所述标准样板检验该轧辊，得到符合技术要求的合格轧辊；

(5)、在轧辊机床上，用上述合格的轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿，并用所述标准样板检验该金刚石磨轮的轮齿，得到符合技术要求的合格金刚石磨轮的轮齿；

(6)、在铲磨机床上，用上述加工好的金刚石磨轮的轮齿对所述的半成品滚刀进行铲磨，加工获得所述滚刀的齿形，并用滚刀样板检验该滚刀的齿形，获得符合加工要求的合格滚刀。

所述步骤(2)中的滚刀齿形的放大比例包括有200:1，100:1，50:1，20:1和10:1。所述步骤(4)和步骤(5)之间还可以增加如下步骤：(4-1)、对所述的轧辊进行淬火处理，并再次用所述标准样板检验淬火后的轧辊。

所述步骤(5)中的金刚石磨轮由重量百分比为80.5％的铜粉、7.3％的锡粉和12.2％的金刚石粉组成，所述铜粉、锡粉和金刚石粉均匀混合后，装入模具，在压力为475～490MPa的容器内保压4～5分钟，然后在真空炉内烧结，烧结温度为780～790℃，保温30～35分钟，冷却即得所述的金刚石磨轮。

所述步骤(5)和步骤(6)之间还可以增加如下步骤：(5-1)、用柱形磨轮铲磨所述半成品滚刀的齿背，并留有铲磨余量。

所述步骤(6)中，所述的半成品滚刀的内孔、其中一个端面定位在铲磨机床的工作心轴上，所述的金刚石磨轮安装在该铲磨机床的磨轴上。

所述工作心轴的支撑表面的径跳不大于0.004毫米，该工作心轴的支撑表面的端跳不大于 0.002毫米，所述磨轴的轴向窜动不大于0.002毫米，该磨轴的径向跳动不大于0.004毫米；所述磨轴相对于所述半成品滚刀的轴线具有15’～30’的螺旋角。

结合图4，在本实施例中：滚刀的全齿齿顶高ho为2.7模数，具体实施时，滚刀小压力角Φ可以选择10～12°，过渡刃高ha可以选择1.3～1.45模数。

实用新型不仅能保证正常齿形精度，而且能很好地达到降低齿轮齿根部棱面的双切式磨前滚刀。磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿为磨前滚刀齿顶的齿形，磨前滚刀原有的正常齿称做前齿，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿。通过增加齿轮齿根部的磨前滚刀轮切齿数，达到降低齿轮齿根部棱面的目的。由于普通的磨前滚刀外径不能做的很大，而且过渡曲线棱面都是在齿轮齿根部产生的，因此怎样能增加磨前滚刀在齿轮齿根部的轮切齿数是关键。我们因此在普通的磨前滚刀正常齿的齿根后部开出一个小齿，这个小齿只保证磨前滚刀齿顶的齿形，而不做出磨前滚刀压力角的齿形。这样就使齿轮的齿根部在滚削时轮切齿数增加了一倍。我们把磨前滚刀原有的正常齿称做前齿，把磨前滚刀正常齿的齿根后部开出的小齿称做后齿。为了利用国内现有设备加工这种磨前滚刀和方便用户对磨前滚刀的修磨，我们把磨前滚刀的前齿与后齿都设计在同一等份上，但这样又造成后齿太薄。为了增加后齿的宽度，从而加强磨前滚刀后齿的强度，设计上有针对性地把前齿与后齿刃沟角度设计成不同角度，保证了后齿有足够的强度。经过多次与铲齿凸轮相结合验算，而且由于相对增加了磨前滚刀的齿数，使磨前滚刀在滚削齿轮时更加平稳，更加轻快，滚切出的齿轮齿面更加光滑，齿根部棱面大的问题大大减轻。同时也提高了滚刀的耐磨性能，延长了滚刀的使用寿命。

滚刀齿顶的齿形曲线采用椭圆形，能满足留磨余量，齿根根切量等技术要求，有效的改善齿轮磨后的齿根弯曲应力问题，且其留磨量标准留磨滚刀的留磨量，磨齿时间大大缩短，提高了加工效率。

在滚刀加工过程中，对滚刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例缩小的加工方法，不仅提高了滚刀的加工精度，还使得滚刀加工的生产效率提高，滚刀加工过程中的机床调整更加方便，而且，采用本实用新型加工方法得到的滚刀各前刀面的前角为零度，使得滚刀前刀面的修磨不会影响滚刀齿形，刀具可以不断重复修磨，有效地延长了滚刀的使用寿命。增加滚刀外径基础上，增加刀刃数量及槽数，使其起到具有足够的强度，达到提高效率及增加使用寿命的目的。滚刀材料采用含钴高速钢或者粉末冶金，配合热处理工艺，表面处理采用氮铝化钛和氮化钛涂层,使刀具表面硬度在原来基础上大大提高。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“前上方”、“端部”、“长度”、“宽度”、“内”、“上”、“另一端”、“两端”、“水平”、“同轴”、“底部”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“啮合”、“连接”、“嵌装”、“罩盖”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。