克制锥齿轮刀盘半径对抗弯强度、二次切削干涉、小端齿面刮伤的影响

方志明

摘要：通过研究分析克林根贝尔格螺旋锥齿轮的铣齿刀盘半径对齿部抗弯强度、二次切削干涉和小端齿面刮伤的影响，确定了铣齿刀盘半径的选用依据，指导生产实践。

关键词：刀盘半径；抗弯强度；二次切削干涉；齿面刮伤

1 克林根贝尔格铣齿双层刀盘介绍

克林根贝尔格铣齿双层刀盘分两部分，内刀盘固定在铣齿机主轴上，由主驱动电机直接驱动，切削凸面；外刀盘中心与内刀盘中心差为EXB，与内刀盘同步被驱动，切削凹面。

正常铣齿时，切削顶刃和切削侧刃参与切削，非切削刃不与齿面产生接触（切削刃如图1所示）。小轮小端齿面刮伤是指软切时，外刀侧刃切削凹面时，非切削刃将小端凸面刮伤；内刀侧刃切削凸面时，非切削刃将小端凹面刮伤。渗碳淬火后硬切时，刮伤处切不上，留下黑皮，如图2所示。

二次切削干涉是指刀片旋出齿槽，转到工件下半部时，将顶锥面切上。当MA和MB均小于(R+haotanan)时刀盘无干涉，如图3所示。

刀盘半径：R

刀片齿顶高：hao=1.25h* amn

齿顶高系数：h* a

中点法向模数：mn        压力角：an

表1 与刀盘半径相关联的部分参数

例：Z1=14、Z2=33、mn=12、βm=34.0496°、an=20°、h* a=1、b=100、Rm(中点锥距)=259.5868、hao=15。Rmsinβm=259.5868sin34.0496≈145.35，可初选刀盘半径为170、210、260三种规格(刀片模数mo=12，三种刀盘都具有此规格)。从表1（Kimos软件导出的数据）中数值可看出：①随着刀盘半径的增大，小端法向模数减小，小端螺旋角增大；②随着刀盘半径的增大，大端法向模数增大，大端螺旋角减小；③170+15tan20=175.45、210+15tan20=215.45、260+15tan20=265.45，随着刀盘半径的增大，(R+haotanan)与MA、MB的差值越大，越能避免二次切削干涉；④随着刀盘半径的增大，刀片非切削刃距离非切削齿面越近，即越容易产生小轮小端齿面刮伤。

三种刀盘都没产生二次切削干涉、没出现小轮小端齿面刮伤。对于170刀盘，由于mne=11.676n=12，齿厚产生倒缩，不予采用。对于210刀盘，由于mni(210)=10.747>mni(260)=10.458，小端法向模数大于260刀盘、小端齿厚增加、强度增大，并且齿长曲率半径小，轮齿抗弯强度较好。因此，优选210刀盘。

依据表1数值，在保证中点法向模数mn和中点螺旋角βm一致的条件下，加工一对锥齿轮副可以选择不同半径的刀盘，刀盘半径的大小不同，加工出齿轮的特性不同。依据克林根贝尔格公司相关资料，刀盘可分为大、中、小三种。

2 结语

从上述例子可看出：采用小刀盘，容易产生二次切削干涉和齿厚倒缩；采用大刀盘，容易产生小轮小端齿面刮伤；采用中刀盘轮齿具有较好的抗弯强度，往往又能避免二次切削干涉、齿厚倒缩，消除或减轻小轮小端齿面刮伤。

因此选用刀盘的依据：⑴满足mne>mn，mne>mni；⑵不产生二次切削干涉；⑶不产生小轮小端齿面刮伤；⑷优先选用小刀盘或中刀盘，可使加工的轮齿具有较好的抗弯强度。若发生二次切削干涉或齿厚倒缩，需将刀盘半径增大一个规格。

参考文献：

[1]陈灵方.双曲面齿轮加工参数调整研究[D].沈阳工业大学,2015（07）：64.

[2]郝维娜.弧齿锥齿轮测量软件开发—齿面建模与网格划分[D].西安工业大学,2015(02):71.

[3]魏俊华.蜗杆砂轮磨齿加工参数对齿面质量的影响研究[D].武汉理工大学,2020(09):89.

[4]叶荣.关于大规格高精度螺旋锥齿轮加工技术的相关思考[J].产业创新研究,2022(20):139-141.

[5]王忠利;李鹏.对数螺旋锥齿轮参数化建模及其动态加工仿真研究[J].科学技术创新,2021(30):145-147.