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插齿刀前角对刀具耐用度及齿形误差的影响

数控产品网 www.cncproduct.com   2007-12-14   来源:网络转载   阅读:2536次
在切削加工中,刀具的有效寿命受到主切削刃磨损的限制。影响刀具磨损的因素较多,包括工件材料和刀具材料的机械物理性能、刀具的结构与几何形状参数、切削条件与用量等。对于插齿加工,插齿刀的前角对刀具的耐用度和齿形误差具有直接影响。

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图1 插齿刀的顶刃和侧刃前角

1 插齿刀的几何角度

标准插齿刀的顶刃前角g=5°。插齿刀前刀面为内凹圆锥面,因此形成了侧刃前角。插齿刀的侧刃前角应在与切削刃在基面上的投影相垂直的截面(即图1 所示与基圆柱相切的N-N 截面)上测量。侧刃上任意点A的前角gyc计算公式为
tangyc=tangsinay
式中:ay——切削刃上任意点A 处的渐开线压力角,cosay=rb0/ry
由此可知,在侧刃上各点处的前角值gyc不等,在接近顶圆处侧刃前角较大,接近根圆处侧刃前角较小。由于插齿刀前刀面为圆锥面,故侧刃形成了一定的刃倾角。切削刃上各点的刃倾角不同,在任意点A 处的刃倾角ly为
tanly=tangcosay
对于两侧切削刃,在顶圆处侧刃前角最大而刃倾角最小,在根圆处侧刃前角最小而刃倾角最大。刃倾角可起到增大工作前角的作用。
对于标准插齿刀(如m=2.5mm,a=20°,z0=30,g=5°的插齿刀),顶圆处的侧刃前角gac=2°36',根圆处的侧刃前角gfc=0°13'。由于侧刃前角均很小,对切削性能有一定影响。

2 增大插齿刀前角对刀具耐用度的影响

在加工钢制齿轮时,适当增大插齿刀前角不仅有利于提高加工齿面光洁度,还可提高插齿刀的耐用度。如将插齿刀前角由5°增大到15°,在m=2.5mm,a=20°,z0=30,z1=42,ae=9°的加工条件下,刀具耐用度可由134.8分钟提高到252分钟(提高88%),为标准插齿刀(ae=6°,g=5°)耐用度(62.3分钟)的4倍(提高404.7%)。将前角增大到15°后,可使侧刃前角显著增大(顶圆处侧刃前角gac=10°39',根圆处侧刃前角gfe=7°06'),从而显著提高加工齿面光洁度。

3 增大插齿刀前角对齿形误差的影响

增大插齿刀前角后,将增大插齿刀的齿形误差,因此应根据被加工齿轮的精度要求来分析增大插齿刀前角的可行性。如对于m=2.5mm,a=20°,z0=30 的插齿刀,当齿顶后角ae=6°时,采用不同前角时的齿形误差见表(表中数值为插齿刀齿形角经修正后的齿形误差)。可知,当插齿刀前角增大到15°时,齿形误差已相当大,不容忽视。对于大模数、少齿数的插齿刀,产生的齿形误差将更大。因此,大前角插齿刀主要适用于加工低精度齿轮或进行粗加工。
表  插齿刀前角对齿形误差的影响
插齿刀前角g 顶圆处齿形误差∆fa
µm
根圆处齿形误差∆ff
µm
+2.8 +5.9
10° +5.0 +10.7
15° +7.7 +15.4
20° +10.0 +20.1
插齿刀参数m=2.5mm,a=20°,z0=30°,ae=6°
在齿轮加工中,有时会遇到工件材料塑性较大、采用标准前、后角的插齿刀加工不易达到要求齿面光洁度的情况,此时可采用增大插齿刀前角的方法。如加工38CrNiMo ALA和40CrNiMo A齿轮时,采用标准前、后角的插齿刀加工时齿面产生较深划痕,经研齿、珩齿等工序后划痕也不易消除。此时采用增大前、后角(ae=9°,g=15°)的插齿刀进行加工,齿面光洁度可稳定达到5~6 级。当齿轮精度要求较高时,为避免因加大插齿刀前、后角引起齿形误差超差,可采取以下解决措施:①重新修正插齿刀的齿形角。表1中插齿刀根圆处的齿形误差大于顶圆处的齿形误差,如适当减小插齿刀的齿形角,可使根圆处齿形误差减小,从而减小总的齿形误差。采用该方法需要进行重复试算,以使齿形误差达到最小。②如使用修正齿形角的方法仍达不到要求的齿形精度时,可将插齿刀的实际齿形误差计算出来,然后对磨削插齿刀齿形的砂轮进行专门修整,使磨削出的插齿刀齿形误差最小。该方法一般在对齿形精度有特殊要求时才采用。

4 插齿刀前刀面的特殊刃磨

为增大插齿刀的侧刃前角,还可采用特殊刃磨方法磨削插齿刀的前刀面。对于普通模数的插齿刀,可采用图2a所示的刃磨方法,使插齿刀的顶刃前角和侧刃前角同时增大。磨削用的砂轮由两侧的圆锥面和中间的圆柱面组成,圆柱面宽度等于插齿刀的齿顶厚度,两侧圆锥面与插齿刀前刀面的交线为双曲线,该双曲线与插齿刀的渐开线理论齿形很接近,因此磨出的插齿刀齿形误差极小。对于模数较大的插齿刀,可采用图2b所示的刃磨方法,分别磨削出插齿刀的顶刃前角和侧刃前角。由于特殊刃磨方法操作复杂,因此仅在个别特殊场合使用。
1
(a)

1
(b)

图2 插齿刀前刀面的特殊刃磨
综上所述,在粗加工工序或对加工精度要求不高时,适当增大插齿刀前角不仅可提高刀具耐用度和加工齿面光洁度,而且在一定程度上还可降低机床的切削力,因此不失为一种经济实用的齿轮加工方法。
CncProduct.Com(编辑:小朱)
本文标签(Tag)插齿刀 刀具耐用度 齿形误差
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