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1、滚齿进给量的选择作者：成都工具研究所吴元昌来源：制造技术与机床199年第1期997年参观德国汉诺威“欧洲机床工具展览会-EO97”时,理解到欧美几种齿轮滚刀厂为轿车齿轮加工发展的高效齿轮滚刀的滚削参数中,是从被加工齿轮的强度和齿轮滚刀材料的性能出发,计算滚刀切削时的顶刃最大许可负荷，然后给顾客一种“滚刀顶刃最大许可切屑厚度”推荐值，以此拟定滚刀轴向进给量的优化选择。 国外汽车齿轮材料一般多为硬度17609HB的低合金构造钢。齿轮滚刀的材料多为高速钢及硬质合金两种，近年各厂重点使用整体硬质合金滚刀。在轿车齿轮加工的滚剃工序中,滚齿时,齿部质量要达到剃齿规定来选定滚削速度和最大进给量。 1 滚刀进
2、给量） 欧洲工具厂的推荐值 德国acke,ete和szor齿轮滚刀厂均推荐以齿轮滚刀顶刃的最大许可切屑厚度（1mx)来拟定滚刀进给量。 . 硬质合金滚刀的h1max规定 按国际原则(ISO)对硬质合金的分类:P类硬质合金滚刀h1x为018mm；K类硬质合金滚刀h1为0.20.1m。 P类硬质合金常用牌号为P5P。此类整体硬质合金滚刀在新刀时要进行TiN表面涂层解决,但刃磨后一般不再进行涂层。K类硬质合金滚刀常用于对淬硬钢齿轮的齿形精加工，牌号多为K1，对较小模数的滚刀要用细颗粒硬质合金。在精滚齿时，新刀及每次刃磨后均进行TiN涂层解决。轿车方向盘转向器上的小齿轮淬硬后采用硬质合金滚刀精滚工艺。
3、 . 高速钢滚刀的hmax规定 对中小模数的轿车齿轮(=.2.8m),一般选用h1x为00.25mm。对模数大的齿轮，可选用较大值为0.250.3mm。 上述欧洲工具厂的高速钢滚刀材料常用含钴的钴高速钢5-2-(S后的数字依次为钨钼钒-钴的百分数),淬火硬度为56RC。2) 美国str工具厂的推荐值 美国sa工具厂是美国重要的齿轮滚刀生产厂之一。该厂也是推荐滚刀顶刃的最大许可切屑厚度hm来拟定滚刀进给量。 a.对于P类硬质合金滚刀的h1a规定为015m。 b. 对高速钢滚刀的1x规定为025m。该厂与德国Lieherr滚齿机厂互换过意见,两厂分别导出的滚齿切屑最大厚度公式,得到的max值很相近
4、。2滚刀顶刃的h1mx与滚刀轴向进给量a的关系 根据滚刀顶刃最大切屑厚度h1x值换算成滚刀轴向进给量a值才干在滚削加工中应用。德国人Dr.B.offmeister博士于99年在阿亨大学刊登的论文中研究了滚齿中的顶刃最大切屑厚度,并建立了计算用数学公式，用它可以从顶刃切屑厚度计算工件每转的轴向进给量。此公式在顶刃切屑厚度h1max=035mm对=1的滚刀和mx=0.1m对m=32的滚刀皆得到验证。德国的滚刀厂皆用Hoffmster博士的公式从h1ax值计算fa值。计算式为faFh1Fmz2FF（Nz0)式中,h1、Fm、z2、d、F(N/z）、Fa为6个影响因子,各有其计算式。由于各因子的计算方
5、程式较为复杂，考虑工业应用，近年有人将其简化列于表。 表1 fa的各影响因子计算方程式(简化式)影响因子名称计算方程式顶刃切屑厚度h1因子h1Fhma19569齿轮法向模数m因子FmFm=0.446m.7730齿轮齿数z因子Fz2对z20Fz2=z1.0607滚刀外径d(m)因子FF=(d/2)1.1451-b0.4403d=(d/2).40 (b=)滚刀刃齿数N和滚刀头数z0因子FN/z0F(Nz)=(N/)1.762滚刀切入深度(m)和齿轮齿形位移修正系数cp因子FF=a-0.6243c影响极微,皆以cp=0计算表1中 hma滚刀顶刃的最大切屑厚度,mm fa滚刀轴向进给量/工件每转，m/
6、r 齿轮分圆螺旋角，公式中为弧度值(以度数为单位的角,要乘/80）3 h1max或fa的选用 滚削实例的原始数据及按公式()计算所得的a或h1ma均列于表2，阐明如下。 1) 表中1号滚刀 这是德国saacke厂在9年国际展览会上作为新产品宣传的iA涂层硬质合金整体滚刀加长构造。6（D)mm15(刃长)mm7(孔)mm，体现了小直径,加长，多刃齿，多头的现代滚刀,它代表了现代硬质合金滚刀滚齿的最高水平。用来加工20MCrS5含硫易切渗碳钢齿轮(含硫0.03%),滚齿速度Vc=395/i(09r/min),采用a18/(8m/min),用公式()计算，可得h1max=0.1mm，此值与该厂推荐的
7、不超过0.18m最大许可切屑厚度相符。刀具寿命为32m/刃齿,全刀可加工1260个齿轮。 ) 表中的2号滚刀 这是成都工具研究所研制的镶齿硬质合金滚刀，1982年开始应用至今。齿轮材料为0C与20rMni,硬度为729HB,滚齿速度Vc=75m/n(49/min）。进给量f=1.8m/(123/min)。用公式()计算，可得加工29齿齿轮时1max=04m,在国外推荐的最大切屑厚度范畴内。此刀在8年代初与世界先进水平相称。 表 齿轮、齿轮滚刀及切削参数数据 滚刀编号齿轮齿轮滚刀切削参数(mm)z2bcd(mm)z0N材料涂层构造Vc（m/min)a(m)fa(m/)h1x()11.740346
8、-6016P25TAN整体多刃齿硬质合金滚刀3955.1.8012.1529-0112123(601)镶齿硬质合金滚刀15.0.1432.836-103125%钴高速钢iN圆磨法齿轮滚刀746.31.0.25.836-2030整体多刃齿齿轮滚刀746.330254-50322整体多刃齿不重磨滚刀20.5.40.23注：计算示例,用表1公式对号滚刀的各因子进行计算,得10663,=.201,Fz=4.7，.066,F(N/0)25.94,a=0317,fa=2.97取fa=.0mmr3） 表2中的3、号滚刀 这组数据为德国Fette工具厂9年在德国No齿轮厂作的圆磨滚刀与整体多头、多刃齿轮滚刀加
9、工轿车齿轮的经济分析的一部分。齿轮材料的抗拉强度为50N/mm2。ette厂在数据中既给了a值,也给了hmax值。经将h1max值代入公式（),求得的fa值和已知f值相似。这个实验是在给定相似的h1max值前提下进行的，阐明该厂是用公式()来决定相应的fa值(表中的个因子计算式即为该厂提供)。号与4号两把滚刀,重要是刃齿数相差大。前者圆磨滚刀为12齿，后者整体滚刀为20齿,由于(N/z0)因子与滚刀刃齿数N的关系为1.162次方,因此两把刀在相似的h1m=0.25mm条件下,其相应的fa值各为1.和30m/r,相差2倍。) 表中5号滚刀 这是意大利S齿轮刀具厂19年报道的一把整体多槽不重磨滚刀
10、加工轿车齿轮的实验数据,注意滚刀直径小(50mm)，刃齿数多(齿),头数多(3头）,每个刃齿的全高为m,但可承受1ax03m的切屑负荷，滚刀材料为含钴5%的钴高速钢S-5-2-5。不重磨滚刀只在美国有市场。 从上述把不同类型的滚刀可以看到，它覆盖了现代滚刀的不同品种和构造,1、4和5号滚刀为整体构造，分别代体现代流行的先进滚刀类型，2和3号滚刀为镶齿构造,刃齿数较少，分别代表80年代在世界上流行,但目前在欧美已让位给在每次刃磨后能重新进行P-TN涂层的、更先进的整体滚刀。表2中的各滚刀所采用的h1max值阐明，符合工具厂的推荐许可值。计算fa值的公式(1)在实际生产中已获得应用。 下面简介以另
11、一种方式求解滚齿进给量。1用图解法求f的各影响因子 德国Fette工具厂将文献1中表的h,F,Fz2,Fd,F(N/zn），Fa等6个a影响因子的方程式绘成曲线图。根据齿轮和滚刀的基本参数，可从曲线图上直接查到影响因子的数值，不必用指数方程式计算,以利车间滚齿工人直接应用。此外，曲线图尚有可应用于被加工齿轮齿数z210的场合，及使Fh1等6个因子对a的影响一目了然的作用。 ) 顶刃切屑厚度h因子h1曲线见图1。一般实际值在01=0.mm间。 2) 齿轮法向模数因子Fm 曲线见图2。 3)齿轮齿数2因子z2曲线见图3。 当z21时，用0的曲线1。当z20时,按齿轮分度圆螺旋角的值用插入法在相应于
12、=0、=30和60的曲线间求得。4） 滚刀外径d()因子Fd曲线见图。 Fd值用插入法从相应齿轮分度圆螺旋角0和=6的曲线间求得。5) 滚刀刃齿数和滚刀头数z0因子F(/z0）见图。6） 滚刀切入深度a(mm）和齿轮齿形位移修正系数xp因子Fa见图6。 图5 滚刀刃齿数N和滚刀头数z0因子(/z0)曲线图6 滚刀切入深度a和齿轮选形位移修正系数因子Fa曲线(取滚刀切入深度=2.25及x=0)7） 在从图16上获得Fh1等6个影响因子的数值后,代入式(1）即可得应采用的滚刀轴向进给量fa（m/r）值。 a=h1FFz2dF(N/z0)Fa (1) 2 U齿轮刀具厂拟定滚齿进给量的资料 SU厂是意
13、大利齿轮刀具制造商。近年来向国内出口齿轮滚刀。195年在工具行业总工程师会议上，SU厂举办技术讲座,谈及齿轮滚刀滚齿产生的切屑形状比较复杂，并且不断变化，用“平均切屑厚度hz”代表齿轮滚刀刃齿上的“平均机械负载”。其计算式为 hz= f* 0 N (2) 式中fa齿轮每转滚刀轴向进给量，mm/r z齿轮滚刀头数 N齿轮滚刀刃齿数 在国内外资料中使用式(）者颇多。 S厂在安排不同构造的滚刀进行切齿效率及切齿费用的比较时，采用相似的hz值为前提。对切小轿车齿轮的高速钢高效滚刀，其h值选用0.6m(附表)。把齿轮滚刀采用相似的“平均切屑厚度h”：但用式()算得的“最大切屑厚度h1ma”是不同的。 齿轮、齿轮滚刀及切削参数数据表 滚刀编号齿轮齿轮滚刀切削参数m（m)b(mm)z材料涂层构造c(m/n)（mm)f(/r)h(mm)h1mx（mm）2715003155钴高速钢TiN圆磨法齿轮滚刀24.300.60228整体多刃齿齿轮滚刀5.60.18302整体极多刃齿不重磨齿轮滚刀4.40.2注： .hz是实
