CN102699651B - 一种滚刀的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种滚刀的加工方法，步骤如下：先对滚刀毛坯加工出所需的半成品滚刀；接着加工出与放大n倍后的滚刀齿形相匹配的样板；然后用样板加工出轧辊铣刀；再用轧辊铣刀加工出退火后的轧辊；接着用轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿；最后用金刚石磨轮的轮齿对半成品滚刀进行铲磨，加工获得所述滚刀的齿形，获得符合加工要求的合格滚刀。由于本发明在滚刀加工过程中，对滚刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例缩小的加工方法，不仅提高了滚刀的加工精度，还使得滚刀加工的生产效率提高，滚刀加工过程中的机床调整更加方便，且得到的滚刀各前刀面的前角为零度，使得滚刀前刀面的修磨不会影响滚刀齿形，刀具可以不断重复修磨，有效地延长了滚刀的使用寿命。

Description

一种滚刀的加工方法

技术领域

本发明涉及一种滚刀的加工方法，特别是一种用于小模数圆弧齿轮加工的滚刀的加工方法。

背景技术

现有技术中，圆弧齿轮传动在国防、医疗器械、精密仪器(如手表)等方面有着广泛的应用，这类圆弧齿轮的特点为多采用小模数，并且传动比高、结构紧凑。

通常，普通齿轮的加工多采用精密滚刀进行滚切或直接通过铣刀加工成型，而对于圆弧齿轮加工的滚刀，其一般具有以下特点：一、滚刀为具有圆弧齿形，且同样采用小模数，其直径尺寸较小(约为￠6mm)，精度要求高(公差为0.003mm)；二、这类圆弧齿形的滚刀多采用YG6X或YT10的硬质合金材料制造，硬度高；三、滚刀的毛坯多是压制烧结成型，毛坯经过机加工后，留有一定的加工余量。

根据上述特点，对于这类小模数圆弧齿形的滚刀，由于尺寸结构较小，造成直接加工难度大，精度难以保证；并且，这类滚刀的材料为硬质合金，滚刀齿形的加工不能采用普通的切削方法进行，只能采用金刚石磨轮来磨削，而铲磨滚刀齿形的金刚石磨轮一般都是专制的，生产效率低，在滚刀的加工过程中，金刚石磨轮的成型精度会直接影响滚刀的齿形精度，对于金刚石磨轮本身的加工制造要求高，使得滚刀的加工成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种生产效率和加工精度高的滚刀的加工方法，通过该加工方法得到的滚刀能够满足小模数圆弧齿轮的制造要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种滚刀的加工方法，其特征在于，该滚刀加工方法包括有如下步骤：

(1)、根据滚刀的基本结构，在普通磨床上用磨轮对滚刀毛坯加工出所需滚刀的内孔、外圆、两个端面及所有的前刀面，并使各前刀面的前角为零度，以得到半成品滚刀；

(2)、将所述滚刀齿形按放大比例放大n倍，用线切割加工出与放大n倍后的滚刀齿形相匹配的样板，并用加工好的标准样板去检验该样板，得到符合技术要求的合格样板；

(3)、将上述加工好的样板安装在样板磨床上并缩小n倍，由所述样板磨床加工出轧辊铣刀，然后用所述标准样板检验该轧辊铣刀，得到符合技术要求的合格的轧辊铣刀；

(4)、在铣床上，用上述合格的轧辊铣刀加工出退火后的轧辊，并用所述标准样板检验该轧辊，得到符合技术要求的合格轧辊；

(5)、在轧辊机床上，用上述合格的轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿，并用所述标准样板检验该金刚石磨轮的轮齿，得到符合技术要求的合格金刚石磨轮的轮齿；

(6)、在铲磨机床上，用上述加工好的金刚石磨轮的轮齿对所述的半成品滚刀进行铲磨，加工获得所述滚刀的齿形，并用滚刀样板检验该滚刀的齿形，获得符合加工要求的合格滚刀。

为了能匹配样板磨床和光学投影仪的缩放比例，作为优选，所述步骤(2)中的滚刀齿形的放大比例包括有200:1，100:1，50:1，20:1和10:1。

为了进一步提高轧辊的精度，作为优选，所述步骤(4)和步骤(5)之间还增加如下步骤：(4-1)、对所述的轧辊进行淬火处理，并再次用所述标准样板检验淬火后的轧辊。

金刚石磨轮是加工滚刀的关键，为了保证滚刀加工的齿形精度，需要对金刚石磨轮的配料有一定的要求，作为优选，所述步骤(5)中的金刚石磨轮由重量百分比为80.5％的铜粉、7.3％的锡粉和12.2％的金刚石粉组成，所述铜粉、锡粉和金刚石粉均匀混合后，装入模具，在压力为475～490MPa的容器内保压4～5分钟，然后在真空炉内烧结，烧结温度为780～790℃，保温30～35分钟，冷却即得所述的金刚石磨轮。

为了减少铲磨齿形时的铲磨余量，延长金刚石磨轮的使用寿命，作为优选，所述步骤(5)和步骤(6)之间还增加如下步骤：(5-1)、用柱形磨轮铲磨所述半成品滚刀的齿背，并留有铲磨余量。

为了实现滚刀毛坯和金刚石磨轮的安装定位，作为优选，所述步骤(6)中，所述的半成品滚刀的内孔、其中一个端面定位在铲磨机床的工作心轴上，所述的金刚石磨轮安装在该铲磨机床的磨轴上。

为了保证滚刀齿形加工的精度，避免加工过程中工作心轴的跳动而导致滚刀齿形表面不平整，造成齿形变瘦，作为优选，所述工作心轴的支撑表面的径跳不大于0.004毫米，该工作心轴的支撑表面的端跳不大于0.002毫米。

在滚刀加工过程中，铲磨机床的磨轴做高速运转，磨轴的运动精度直接影响滚刀的齿形精度，作为优选，所述磨轴的轴向窜动不大于0.002毫米，该磨轴的径向跳动不大于0.004毫米。

为了避免滚刀齿形变瘦，作为进一步优选，所述磨轴相对于所述半成品滚刀的轴线具有15’～30’的螺旋角。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在滚刀加工过程中，对滚刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例缩小的加工方法，不仅提高了滚刀的加工精度，还使得滚刀加工的生产效率提高，滚刀加工过程中的机床调整更加方便，而且，采用本发明加工方法得到的滚刀各前刀面的前角为零度，使得滚刀前刀面的修磨不会影响滚刀齿形，刀具可以不断重复修磨，有效地延长了滚刀的使用寿命。

附图说明

图1(a)为本发明加工方法的滚刀结构示意图(铲齿前)。

图1(b)为图1所示滚刀的剖视图。

图2为本发明加工方法的铜样板结构示意图(放大100倍)。

图3为用于轧辊铣刀和铜样板检验的标准样板结构示意图(放大100倍)。

图4为用于滚刀检验的滚刀样板结构示意图(放大100倍)。

图5(a)为本发明加工方法的轧辊铣刀结构示意图。

图5(b)为图5(a)所示轧辊铣刀的侧视图。

图6(a)为本发明加工方法的轧辊结构示意图。

图6(b)为图6(a)所示轧辊的侧视图。

图7(a)为本发明加工方法的金刚石磨轮结构示意图。

图7(b)为图7(a)所示金刚石磨轮的侧视图。

图8为本发明加工方法的滚刀剖视图(铲齿后)。

图9为可由本发明的加工方法获得的滚刀进行加工的圆弧齿轮结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图8所示，本实施例提供了一种用于圆弧齿轮加工的、采用高精度硬质合金的小模数滚刀的加工方法，属于精密极限加工范畴。采用本实施例的滚刀可以基本参数如下的圆弧齿轮：其模数为0.05mm，齿高为0.1mm，齿形误差为0.003mm，节距误差为0.004mm，滚刀前面和齿形表面粗糙度为Ra0.025-0.1μm，齿顶圆为0.4-0.5mm，齿数最少为6颗齿。

本实施例的滚刀的加工方法包括有如下步骤：

(1)、根据滚刀的基本结构，在普通磨床上加工滚刀毛坯，得到半成品滚刀；其中，本实施例的滚刀为一种齿背3是阿基米德螺旋线的圆弧齿形滚刀，其具体技术参数为：

1)、材料采用硬度为HRc81-84°的硬质合金；。

2)、非基准面对基准面平行度不大于0.002mm；

3)、基准面与滚刀内孔垂直度不大于0.002mm；

4)、滚刀内孔公差不大于0.004mm；

5)、工作表面粗糙度为0.1μm，非工作表面粗糙度为0.2μm；

6)、以滚刀内孔和基准端面定位，滚刀刀齿等分不均匀度不大于0.01mm。

在型号为MUS100的内外圆磨床上，用磨轮加工上述滚刀的内孔、外圆、两个端面及所有前刀面2，请参见图1(a)和图1(b)，并且保证滚刀的同心度和垂直度。

(2)、因为本实施例的滚刀齿形太小，为了提高滚刀的齿形精度，将滚刀齿形按放大比例放大100倍，然后用线切割加工出与放大100倍后的滚刀齿形相匹配的样板，在此采用铜质样板(当然也可以采用其它材质的样板)，即铜样板，请参见图2，并用加工好的同样齿形放大100倍的标准样板(请参见图3)去检验该铜样板，得到符合技术要求的合格铜样板；

(3)、将上述合格的铜样板安装在样板磨床上并缩小100倍，由样板磨床加工出轧辊铣刀，请参见图5(a)和图5(b)，然后用上述标准样板检验放在光学投影仪下放大100倍的轧辊铣刀，得到符合技术要求的合格的轧辊铣刀；

(4)、在铣床上，用上述合格的轧辊铣刀加工出退火后且材料为CrWMn的轧辊，并用上述同样的标准样板检验放在光学投影仪下放大100倍的轧辊，得到符合技术要求的合格轧辊，请参见图6(a)和图6(b)；

(4-1)、再对上述合格的轧辊进行淬火(HRc65°)处理，并再次用标准样板检验淬火后的轧辊，得到符合技术要求的精度更高的轧辊；

(5)、在专用的轧辊机床上，用上述加工好的轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿，并用标准样板检验放在光学投影仪下放大100倍的金刚石磨轮的轮齿，得到符合技术要求的合格金刚石磨轮的轮齿，请参见图7(a)和图7(b)；

(5-1)、为了减少铲磨齿形时的铲磨余量，延长金刚石磨轮的使用寿命，在用金刚石磨轮铲磨滚刀前，首先用柱形磨轮铲磨半成品滚刀的齿背，并留有一定的铲磨余量。

(6)、在精密224铲磨机床上，将上述半成品滚刀的内孔、其中一个端面定位在铲磨机床的工作心轴上，金刚石磨轮安装在该铲磨机床的高速磨轴上，用金刚石磨轮的轮齿对半成品滚刀进行铲磨，加工获得滚刀的齿形，如图1、图8所示，滚刀的齿形包括有沿端面分布的刀齿1和每个刀齿1的十二等分齿4；然后，用齿形放大100倍的滚刀样板检验在光学投影仪下放大100倍的滚刀的齿形，最终得到符合加工要求的合格滚刀。

在上述步骤中，本实施例的样板磨床和光学投影仪的缩放比例一般有五档，即200:1，100:1，50:1，20:1和10:1，为了使得检验样板能够匹配样板磨床和光学投影仪两个设备的缩放档位，在步骤(2)中，滚刀齿形的放大比例除100倍之外，还可以设定为200倍、50倍、20倍和10倍这四档。

在滚刀的加工过程中，金刚石磨轮是滚刀的直接成型工具，也是加工滚刀的关键。考虑到金刚石磨轮具有良好的磨削性能，有一定的延展性和强度及便于挤压成型，粘结剂部分的硬度在HV90-100；为了保证滚刀加工的齿形精度，对金刚石磨轮的配料采用如下结构：本实施例的金刚石磨轮由重量百分比为80.5％的铜粉、7.3％的锡粉和12.2％的金刚石粉组成，然后将铜粉、锡粉和金刚石粉均匀混合，要保证金刚石粒度均匀，不能有污物，铜粉不能氧化，不然在烧制过程中会产生氧气，从而会造成金刚石磨轮表面有气孔，影响磨轮质量。

按照金刚石磨轮尺寸及技术要求，将混合后的铜粉、锡粉和金刚石粉装入模具压制，在压力为475～490MPa的容器内保压4～5分钟，然后在真空炉内烧结，烧结温度为780～790℃，保温30～35分钟，按照要求冷却，用该方法制造的金刚石磨轮来加工硬质合金滚刀，能够完全符合滚刀的技术要求。

在滚刀的加工过程中，为了保证滚刀齿形精度，还应注意以下几个问题：

1)对工作心轴和高速磨轴的要求

在铲磨前，滚刀以内孔和基准面定位在心轴上，这样心轴支撑表面(圆周和端面)的运动精度就显得十分重要，即对工作心轴支撑表面的径跳和端跳有比较高的要求，一般工作心轴的支撑表面的径跳不大于0.004毫米，工作心轴的支撑表面的端跳不大于0.002毫米。端跳会使滚刀齿形变瘦，径跳和端跳这两项误差的综合作用导致齿形表面不平整，高速磨轴的运动精度直接影响滚刀的齿形精度，一般要求轴向窜动不大于0.002毫米，径向跳动不大于0.004毫米。对滚刀齿形的影响效果同工作心轴。所以在工作前，对工作心轴和高速磨轴要认真检查。

2)高速磨轴的倾斜角度

本实施例设计的滚刀齿形是法截面，与向截面差一个螺旋角，这样在轴铲齿形时，需要将高速磨轴相对滚刀轴线移动一个螺旋角，否则将使滚刀齿形变瘦，虽然螺旋角很小，一般为20’左右，但也不能忽略，通常，取磨轴相对于滚刀的轴线具有15’～30’的螺旋角为宜。

3)内联系运动的精确要求

铲磨齿形时的运动是复合运动，要有严格的内在联系，在加工过程中，滚刀每转过一个齿，高速旋转的金刚石磨轮就横向往复一次，同时，滚刀轴向位移二分之一个齿距，这个关系必须严格保证，通常用挂轮搭配来实现。

如图9所示，为采用本实施例加工方法获得滚刀所加工成型的圆弧齿轮的结构示意图，该圆弧齿轮为模数m≤1mm(通常为0.05mm≤m≤0.25mm)的小模数齿轮，多用于钟表、医疗设备等精密仪器。

按照本实施例的加工滚刀的方法，完全可以加工满足滚刀设计的精度要求，该加工方法获得的滚刀，其齿背3为阿基米德螺旋线，滚刀前刀面2的前角为零度，滚刀齿形的齿廓设计简便，只要修磨时滚刀每颗齿前角不变，故滚刀前面修磨不会影响滚刀的齿形(若滚刀的齿背为直线，则修磨后滚刀齿形会产生齿高变短，故不能重复修磨)，因此在齿轮加工中，滚刀刀具可以不断重复修磨，从而延长滚刀的使用寿命。

Claims (9)

1.一种滚刀的加工方法，其特征在于，该滚刀加工方法包括有如下步骤：

(1)、根据滚刀的基本结构，在普通磨床上用磨轮对滚刀毛坯加工出所需滚刀的内孔、外圆、两个端面及所有的前刀面，并使各前刀面的前角为零度，以得到半成品滚刀；

(2)、将所述滚刀齿形按放大比例放大n倍，用线切割加工出与放大n倍后的滚刀齿形相匹配的样板，并用加工好的标准样板去检验该样板，得到符合技术要求的合格样板；

(3)、将上述加工好的样板安装在样板磨床上并缩小n倍，由所述样板磨床加工出轧辊铣刀，然后用所述标准样板检验该轧辊铣刀，得到符合技术要求的合格的轧辊铣刀；

(4)、在铣床上，用上述合格的轧辊铣刀加工出退火后的轧辊，并用所述标准样板检验该轧辊，得到符合技术要求的合格轧辊；

(5)、在轧辊机床上，用上述合格的轧辊挤压出金刚石磨轮的轮齿，并用所述标准样板检验该金刚石磨轮的轮齿，得到符合技术要求的合格金刚石磨轮的轮齿；

(6)、在铲磨机床上，用上述加工好的金刚石磨轮的轮齿对所述的半成品滚刀进行铲磨，加工获得所述滚刀的齿形，并用滚刀样板检验该滚刀的齿形，获得符合加工要求的合格滚刀。

2.根据权利要求1所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)中的滚刀齿形的放大比例包括有200:1，100:1，50:1，20:1和10:1。

3.根据权利要求1所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)和步骤(5)之间还增加如下步骤：(4-1)、对所述的轧辊进行淬火处理，并再次用所述标准样板检验淬火后的轧辊。

4.根据权利要求1所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述步骤(5)中的金刚石磨轮由重量百分比为80.5％的铜粉、7.3％的锡粉和12.2％的金刚石粉组成，所述铜粉、锡粉和金刚石粉均匀混合后，装入模具，在压力为475～490MPa的容器内保压4～5分钟，然后在真空炉内烧结，烧结温度为780～790℃，保温30～35分钟，冷却即得所述的金刚石磨轮。

5.根据权利要求1所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述步骤(5)和步骤(6)之间还增加如下步骤：(5-1)、用柱形磨轮铲磨所述半成品滚刀的齿背，并留有铲磨余量。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述的半成品滚刀的内孔、其中一个端面定位在铲磨机床的工作心轴上，所述的金刚石磨轮安装在该铲磨机床的磨轴上。

7.根据权利要求6所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述工作心轴的支撑表面的径跳不大于0.004毫米，该工作心轴的支撑表面的端跳不大于0.002毫米。

8.根据权利要求6所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述磨轴的轴向窜动不大于0.002毫米，该磨轴的径向跳动不大于0.004毫米。

9.根据权利要求6所述的滚刀的加工方法，其特征在于：所述磨轴相对于所述半成品滚刀的轴线具有15’～30’的螺旋角。