高速加工滾刀技術(shù)的應(yīng)用及設(shè)計特點

    目前高速滾削加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用在汽車、摩托車等齒輪加工行業(yè)。與傳統(tǒng)滾削加工相比，它在切削速度、進給量、切削深度等切削用量參數(shù)上均有大幅提升，因此在高速滾削過程中呈現(xiàn)出新的特點，如切屑變厚變長、切屑變形等。
    根據(jù)高速切削機理可知，隨著切削速度的提高，切削力下降15% ～30%，切削溫度緩慢上升；在正常情況下，切削熱量約有95%由切屑帶走，2%留在工件上，3%通過刀具散熱。由此可見，在設(shè)計高速加工滾刀時應(yīng)主要從排屑暢通性、散熱迅速性、刀齒耐沖擊性、前后刀面抗磨損性等幾方面考慮。增大排屑容屑空間(容屑槽)散熱迅速是高速滾削的關(guān)鍵，因此讓切屑迅速離開刀具，將大量的切削熱量帶走，采用增大容屑槽的容屑、排屑空間是有效措施之一。這有助于切削液在滾削的全過程中，有足夠的間隙至始至終地充分澆注切削區(qū)，以沖走大塊及碎小末狀切屑，冷卻刀尖部，達到降低工件和滾刀切削區(qū)溫度的目的；切削液還可起到潤滑前刀面的作用，以減輕切屑對前刀面的摩擦，延緩前刀面磨損。
    滾削是一種斷續(xù)切削，在高速加工中會加劇對刀齒的沖擊，因此必須提高刀齒的耐沖擊強度。在不改變?nèi)菪�、排屑空間的前提下，采用降低容屑槽深度，將槽底部設(shè)計成整圓弧以增加其抗彎強度的方法可以增強耐沖擊的能力。增加圓周齒數(shù)與傳統(tǒng)滾削相比，高速滾削加工的進給量和切削深度都較大，如果仍按常規(guī)設(shè)計，那么圓周上每個切削齒的切削負荷將隨之增大。增加圓周齒數(shù)是降低切削負荷的有效途徑之一。
    在滿足滾刀頂刃最大許可切屑厚度的條件下，選擇合適的、較多的圓周齒數(shù)可增加被切齒輪輪齒面的包絡(luò)切痕，從而達到提高齒輪幾何精度的目的。加大頂刃及側(cè)刃后角如果按常規(guī)設(shè)計刀具的頂刃及側(cè)刃后角，那么在高速滾削中，當增大進給量和切削深度時，其實際工作后角將減小(甚至為零)。因此，采用加大頂刃及側(cè)刃后角的方法，可以增大工作后角以及后刀面與已加工表面的間隙，有利于切削液進入后刀面與已加工表面的切削區(qū)，帶走碎小末狀切屑和切削熱量，潤滑后刀面，減小兩表面的接觸面積，從而達到減輕兩表面間的摩擦、延緩后刀面磨損的目的。采用零前角在高速切削時，零前角和正前角刀具所受切削力相差不大。但由于零前角增大了刀齒的切削楔角，刀齒的刀尖部強度得到相應(yīng)提高，因此在切削時有助于加快切屑的變形，縮短切屑在前刀面上的滑移距離及與前刀面的接觸時間，使其快速脫離刀齒前刀面，減少傳遞給刀齒的熱量，減輕切屑對前刀面的摩擦，使切削液更容易注入前刀面切削區(qū)，使排屑通暢迅速，從而提高前刀面的抗磨損能力，并使設(shè)計、計算、加工、檢測、重磨更為簡單容易。
    加大齒頂圓弧半徑一般來說，刀齒頂刃與側(cè)刃相連處的尖角最易磨損，在高速滾削加工中尤其明顯。加大齒頂圓弧半徑有利于減少齒頂尖角部的熱量集聚，增大與切屑的接觸弧長，減薄切屑厚度，提高刀具的抗磨損能力和抗沖擊的穩(wěn)定性。因此，在滿足被切齒輪有效曲線的起始圓位置要求的前提下，可以盡量加大齒頂圓弧半徑。
    鈍化切削刃口一般的新磨高速鋼刀具刃口鈍圓半徑為8～16µm ，而且刃口上會有微小毛刺，如果不鈍化會造成切削初期的微小崩刃和裂紋，涂層也在刃口上“站”不住，因此需要光整鈍化刃口。由于涂層后會增加鈍圓半徑，需涂層的刃口不能鈍化太過，一般鈍化到20～30µm，這有利于切削刃切入金屬內(nèi)部起到減振作用，有利于磨損沿前刃面和后刀面同時進行，使切削刃快速進入“自礪”期，繼而平穩(wěn)地進入正常切削期。采用小直徑滾刀在滾刀外圓處，當線速度相同時，小直徑滾刀允許有較高的滾齒機主軸轉(zhuǎn)速。
    刀齒與滾刀軸線的距離小，受到的沖擊力和扭矩也小，可減小滾齒切入和切出時間，提高生產(chǎn)效率。提高滾刀的磨削和涂層質(zhì)量涂層具有隔熱、潤滑、抗磨損等保護被涂基體的作用。涂層涂附在高速鋼滾刀表面上，滾刀的磨削質(zhì)量直接關(guān)系到涂層的附著質(zhì)量和保護作用。在高速滾削中，滾刀的磨損形式主要以月牙洼磨損為主，前刀面的質(zhì)量，如表面粗糙度、退火(脫碳)層、硬化層等直接關(guān)系到滾刀的使用壽命，涂層的顆粒度、涂層厚度、層數(shù)、致密度等因素均對滾刀的使用壽命有極大的影響。在生產(chǎn)實踐中，根據(jù)高速滾削中出現(xiàn)的新問題和新情況，有針對性地采取相應(yīng)措施，才能設(shè)計出真正適合于高速滾切加工的滾刀，以縮短與國外先進滾刀的差距。