段仕存，喬新亮

（西門(mén)子機(jī)械傳動(dòng)天津有限公司，天津300220）

整體滾刀修磨工藝的研究

段仕存，喬新亮

（西門(mén)子機(jī)械傳動(dòng)天津有限公司，天津300220）

滾齒刀是含齒零件加工中的核心刀具，可重復(fù)修磨使用，但單次修磨后的滾刀壽命降低是普遍現(xiàn)象，有效保持修磨后滾刀壽命是一個(gè)難點(diǎn)。就如何高精度修磨滾刀，并有效的保持修磨后滾刀壽命的加工工藝進(jìn)行了分析和研究。

滾刀；重磨精度；滾刀壽命；修磨效率

齒輪工件是各種機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中重要的組成部件。齒輪齒部成型工序中，通常采用相對(duì)高效的滾齒加工，選用的刀具稱(chēng)為滾齒刀，以下簡(jiǎn)稱(chēng)滾刀。滾刀根據(jù)結(jié)構(gòu)組成不同可分為刀片式與整體式（本文研究整體式滾刀）。整體式滾刀類(lèi)型滾刀材料可以選用不同材質(zhì)，本文研究的整體滾刀材料采用粉末冶金工藝制作的高速鋼，即HSS-PM.其可重復(fù)修磨使用。但修磨后的刃口鋒利程度及涂層狀態(tài)都會(huì)影響滾刀的壽命[1]。針對(duì)如何保持滾刀修磨后的壽命，本文提出了一種新的修磨工藝，即采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的的滾刀修磨芯軸，并針對(duì)不同模數(shù)滾刀差異化修磨余量。該方法具有修磨效率高，并且有效保持修磨后滾刀的高精度、高壽命等特點(diǎn)。該工藝一方面可以有效的保持修磨后的滾刀壽命，另一方面可以大幅度提高修磨效率及修磨精度。

1 工藝難點(diǎn)分析

整體滾刀具有精度高、單值高的特點(diǎn)，滾刀會(huì)有不等的齒槽，滾刀修磨時(shí)會(huì)采用砂輪對(duì)齒槽內(nèi)的齒面進(jìn)行修磨，通過(guò)芯軸的分度，實(shí)現(xiàn)全部刃前角的修磨。

由于各模數(shù)滾刀的齒槽數(shù)不一致，而且所有的刃前角修磨的深度一致性越好，滾刀的單次修磨后的壽命會(huì)越好，但如果修磨得過(guò)深，會(huì)降低滾刀的可修磨次數(shù)，從而影響整把滾刀的綜合壽命，因而刃前角的單次修磨余量選擇是個(gè)難點(diǎn)。滾刀外形如圖1所示。

圖1 整體滾刀

滾刀修磨后，為了更長(zhǎng)的壽命，需要涂層，目前涂層的種類(lèi)分為多種，如何選用合適的涂層也是一個(gè)難點(diǎn)。

2 滾刀磨工藝方法

滾刀磨工藝由機(jī)床、工裝、程序、砂輪、修磨余量、涂層等因素組成，本文闡明在工藝安排時(shí)，各因素需要滿(mǎn)足的要點(diǎn)，提出修磨余量確定的新原則、涂層的選用的改進(jìn)。

2.1 機(jī)床的選擇和工裝的設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外的滾刀磨床的性能差距大，價(jià)格差距懸殊。為了使本文有更普遍的參考性，本文將選用國(guó)產(chǎn)的滾刀磨床作為研究對(duì)象。滾刀磨床為武漢納百川NHS300CNC4.該機(jī)床的修磨程序?yàn)閿?shù)字控制方式，可以覆蓋Mn22以下的滾刀的修磨，修磨滾刀時(shí)選用高精度的芯軸將滾刀鎖緊，如圖2所示。

圖2 滾刀工裝

該工裝將芯軸穿過(guò)滾刀，鎖緊兩端的螺母，用于固定滾刀；通過(guò)雙頂尖將芯軸的軸向自由度進(jìn)行固定；再通過(guò)一端的抱碗將芯軸與頂尖進(jìn)行同步連接，將芯軸的徑向自由度進(jìn)行限制，滾刀與一側(cè)可分度頂尖實(shí)現(xiàn)同步分度。這樣可以保證滾刀可以牢固地固定在分度芯軸上，實(shí)現(xiàn)精確分度[2]。

滾刀鎖緊在芯軸后，需要測(cè)量芯軸和滾刀肩臺(tái)的徑向跳動(dòng)及裝夾端面的軸向跳動(dòng)。為了保證磨削后的精度，兩個(gè)跳動(dòng)的值越小越好，一般應(yīng)≤0.005 mm，如圖3所示。

圖3 滾刀跳動(dòng)

2.2 CNC程序設(shè)計(jì)

由于滾刀在修磨時(shí)齒厚越一致切削工件磨損越均衡，相對(duì)壽命會(huì)越高，因此需要機(jī)床有精確地分度，為了便于操作，機(jī)床已將CNC程序參數(shù)化，可直接輸入待修磨滾刀的參數(shù)，機(jī)床可以自動(dòng)計(jì)算出分度角度，另外需要操作者測(cè)量并計(jì)算砂輪從滾刀的軸端切入及另一軸端切除所需的距離，即出刀距離，并將該距離輸入機(jī)床，采用試切的方式找正修磨零點(diǎn)即入刀位置，并將該位置輸入給機(jī)床用于第二刀修磨參考位置，如此即可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)砂輪的往復(fù)性分度修磨的程序控制。

2.3 加工砂輪的選擇

砂輪的硬度、耐磨性、高溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、熱摩擦系數(shù)等直接影響著滾刀修磨的精度，因此，在選擇砂輪時(shí)，需要考慮加工成本、加工質(zhì)量和加工效率[3]。

本文選用了立方氮化硼，PCBN刀具的制造主要通過(guò)CBN粉末和結(jié)合劑經(jīng)超高壓高溫?zé)Y(jié)而成。其硬度僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料，為超硬材料。

在磨削滾刀時(shí)，根據(jù)機(jī)床加工性能和滾刀材料的特點(diǎn)，工件與刀具之間的震動(dòng)會(huì)影響表面加工質(zhì)量，砂輪與滾刀之間應(yīng)該有較小的接觸面，砂輪的圓跳動(dòng)及軸向跳動(dòng)值＜0.01 mm如圖4所示。

圖4 滾刀修磨

2.4 修磨余量的選擇

在修磨滾刀時(shí)，不同模數(shù)的滾刀修磨余量會(huì)有差別，主要受滾刀模數(shù)與滾刀磨損的影響。修磨余量的選擇，傳統(tǒng)方式是借用30～60倍的放大鏡進(jìn)行肉眼觀察滾刀的磨損量，以整把滾刀的單齒最大的磨損量厚度作為該把滾刀的修磨余量。經(jīng)過(guò)與國(guó)外滾刀專(zhuān)家的技術(shù)討論，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，即新修磨工藝的余量選擇原則為：沿用肉眼觀察的方式，在傳統(tǒng)確定的修磨量基礎(chǔ)上，增加0.05～0.10 mm的余量，以去除滾刀物理變化層，該層肉眼看不到，但切削時(shí)會(huì)導(dǎo)致滾刀快速磨損。因?yàn)閱伟褲L刀的可修磨厚度為固定值，顯然新工藝會(huì)導(dǎo)致滾刀修磨次數(shù)的下降，但該工藝會(huì)有效提高單次修磨后的壽命。

另外，新工藝增加單次修磨的累積余量應(yīng)小于0.4 mm的工藝要求，如果應(yīng)修磨的余量大于此數(shù)值，應(yīng)該在滾刀修磨完0.4 mm后，將滾刀拆卸，靜置2 h后再次進(jìn)行磨削，依次類(lèi)推。這樣可以有效地減少溫度變化帶給滾刀修磨的影響，消除滾刀退火的風(fēng)險(xiǎn)，保證滾刀的修磨質(zhì)量[4]。

滾刀修磨完成后，應(yīng)使用風(fēng)槍將滾刀的冷卻液和鐵屑清理干凈，并將磨后滾刀送至精測(cè)室恒溫5 h后進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)滾刀檢測(cè)報(bào)告對(duì)砂輪進(jìn)行修磨及調(diào)整，使磨后滾刀達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.5 涂層的選擇

滾刀的涂層在高切削速度與高進(jìn)給的環(huán)境下，可以有效地延長(zhǎng)其使用壽命，并且降低產(chǎn)品工時(shí)。目前，常用的涂層手段是物理涂層（PVD），傳統(tǒng)工藝選用的是歐瑞康巴爾査斯的氮鉻化鋁涂層ALCRONA，新工藝推廣了該公司的全新的氮鉻化鋁涂層，即AlCrONa Pro，新涂層的價(jià)格略有上升，但可提升滾刀的切削參數(shù)，從而提升滾齒工序的加工效率，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，新涂層的可提升滾刀單次使用壽命20%.

2.6 與傳統(tǒng)修磨工藝對(duì)比

以滾刀A（Mn5 1Rφ125×160/170×40）整把壽命追蹤為例，該滾刀的可修磨厚度為6.5 mm，采用新工藝后，可修磨次數(shù)由32次降為26次，單次修磨后的壽命提升約35%，綜合整個(gè)壽命周期，該滾刀修磨效率提升了20%，整體壽命提升了28%，修磨的精度也有提高。

2.7 修磨時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）保持機(jī)床及周邊溫度，特別是冷卻液溫度的恒定。

（2）磨削過(guò)程中，不能中斷，需保證連續(xù)地完成整個(gè)滾刀的磨削。

（3）根據(jù)滾刀檢測(cè)報(bào)告，及時(shí)修磨及更換砂輪，以達(dá)到高精度的重磨滾刀。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改善傳統(tǒng)的修磨方式，提高滾刀的修磨精度，本文提出了一種在國(guó)產(chǎn)滾刀磨床進(jìn)行滾刀修磨的新方法，在保證修磨效率的前提下，提高了修磨精度，以提升滾刀磨后的使用壽命，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。該修磨方法已經(jīng)在工廠實(shí)踐中投入應(yīng)用，并取得了良好的重磨效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]汪洋.風(fēng)電增速箱齒圈制造工藝研究[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2011（24）：177-178.

[2]王英春.滾刀磨床的數(shù)控改造機(jī)電一體化設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2002（3）：19-21.

[3]郭隱彪.陶瓷CBN砂輪的修形及磨削性能[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，23（6）：12-15.

[4]Hoffmeister，About wear onhobs[J].Aachen polytechnic，1970（6）：20-21.

Research Processes of Hobs Regrinding

DUAN Shi-cun，QIAO Xin-liang
（Siemens Mechanical Drive Systems Tianjin Co.，Ltd.，Tianjin 300220，China）

Hob is a core cutter which is used for machining gear parts.It can reuse few times after regrinding，but life has much lost after regrinding.It is difficult to keep the regrinding hob’s life as a new cutter life.The article analysis and studied process for hob regrinding.

hob；regrinding accuracy；hob life；regrinding efficiency

TH162.1

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0108-02

2017-02-17

段仕存（1986-），男，河北人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事齒輪工藝、刀夾具設(shè)計(jì)管理等工作。