CN114799366A - 一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀 - Google Patents

Abstract

一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，它涉及齿轮切削刀具技术领域。本发明的目的是解决现有刀具尺寸约束下，大模数齿轮高精度连续加工时，因切削刃变高而对刀具尺寸和加工精度造成负面影响的问题。本发明包括刀杆和多个刀条，多个刀条首尾顺次连接成螺旋状，通过螺钉或压板固接在刀杆的外圆周侧壁上，刀条的外壁上均布嵌装有多组刀片，每组刀片包括多个刀片，每个刀片的前侧均设有排屑槽，排屑槽内连接有冷却液通道。本发明用于齿轮切削加工。

Description

一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀

技术领域

本发明涉及齿轮切削刀具技术领域，具体涉及一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀。

背景技术

滚刀是通过啮合原理对齿轮进行连续加工的刀具，齿轮滚刀有很多刀片，滚刀旋转时，各个刀片的刀刃运动形成一系列瞬时切削平面，共同分段拟合成了一个空间螺旋面，与待切削齿轮毛坯以蜗杆-齿轮啮合传动的形式配合运动，实现齿轮的连续切削加工。与传统铣削加工相比，具有加工效率高，刀具标准化，加工精度高的优点，被公认为齿轮加工领域的先进加工方式，在粗加工、半精加工和部分精加工工序上正在逐渐占据主流地位。

现有的滚刀设计中，主要有两种方式，一种是将螺旋面分解成多圈，每圈制造一个刀盘，多个刀盘轴向叠合组装在一起，形成一个套筒状结构，然后通过键配合安装到主轴上，主轴通常称为刀杆。

另一种是将螺旋面等分为多个不足180°的圆弧，每段称为刀条，安装在筒状的刀体上，两者的组合同样通过键配合安装到刀杆上。

这些传统设计，已经在中小模数的齿轮加工领域应用多年，结构上都可以沿径向分为三个部分，分别最外圈的刃部或刀条，中间的刀体和中心的刀杆。但当齿轮模数增大时，齿高增加，齿槽深度相应增加，需要更刃部更高。若同时按传统方式设计刀体，也必须留有用于装配的空间，其尺寸不能无限压缩，结果就造成了刃部和刀体相加后，留给刀杆的空间已经无法满足最低的强度需要。如果要保证刀杆强度，就必须放大整个刀具，但这又受到机床尺寸和功率的限制，这给滚刀在大模数齿轮加工中应用带来了很大限制。

此外现有设计，整个齿形的切削都由长条形刀片完成，随着刃部加宽，用较长的直线刀刃近似曲线的误差也逐渐增大，给加工精度带来了负面影响。同时刀刃变长，制造成本随之变高，而且使用中工作条件差，不均匀磨损快，使得停机换刀次数增加，大大削弱了滚刀连续加工的优势。加之不同滚刀的刀片尺寸各异，无法通用，以及刀片对称度低，可转位次数少，也增加了制造和使用成本。

发明内容

本发明为了解决刀具尺寸约束下大模数齿轮高精度连续加工所面临的切削刃变高对刀具尺寸和加工精度负面影响的问题，进而提出一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀包括刀杆和多个刀条，多个刀条首尾顺次连接成螺旋状，通过螺钉或压板固接在刀杆的外圆周侧壁上，刀条的外壁上均布嵌装有多组刀片，每组刀片包括多个刀片，每个刀片的前侧均设有排屑槽，排屑槽内连接有冷却液通道。

进一步地，所述刀杆的外圆周侧壁上沿长度方向设有螺旋槽，刀条的内侧壁上沿长度方向设有N个盲孔，N为大于等于1的正整数，盲孔内插装有销，销的外侧端插装在螺旋槽内。

进一步地，所述销在盲孔内可沿刀杆的径向方向进行位置调整。

进一步地，所述螺旋槽的截面形状为梯形或半圆形，销的外侧端设有与螺旋槽内壁相配合的圆锥台或半球体。

进一步地，所述刀条的两侧沿长度方向均布设有多个半圆孔，轴向方向上相邻两个刀条之间的半圆孔拼接成多个安装孔，安装孔内设有连接螺钉，连接螺钉的末端旋装在刀杆外圆周侧壁上的螺钉孔内，螺钉孔的数量大于刀条上安装孔的数量。

进一步地，所述刀条上至少安装有三组刀片，不同组刀片的后角可以独立调整，每组刀片内的多个刀片的轴向投影位于同一半径上。

进一步地，所述刀片通过紧固螺钉固接在刀条上，刀片的形状为正多边形或中心对称的多边形，刀片切削刃的数量是多边形边数的2倍。

进一步地，所述冷却液通道包括主水道、次水道和末端水道，末端水道的出口位于排屑槽内，刀条内设有次水道，刀杆内设有主水道，主水道、次水道和末端水道依次相连通。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、本发明对传统滚刀设计思路进行了全面更新，在总体结构上取消了传统设计中起连接过渡作用的刀体部分并改变了刀片尺寸与排列，同时提出了了与之配套的刃部定位与连接方式和刀具冷却结构。本发明提出的滚刀设计，达到了结构紧凑、加工精度与工作效率高、刀具寿命长，制造和使用成本低的效果。不仅拓展了滚刀在大模数齿轮加工中的应用，同样可以用于传统设计小模数齿轮滚刀的改进。

2、本发明结构紧凑：通过直接将刀条固定在刀杆上的创新设计，可以用与传统设计相同的刀具径向尺寸，实现传统设计无法完成的大模数齿轮加工。在中小模数齿轮加工中，也可以显著缩小刀具尺寸，将原来必须用大型机床完成的加工工作，用较小型的机床完成。这就极大地提高了滚刀使用的灵活性，拓展了滚刀的应用领域。

3、本发明加工精度高：本发明采用多组小尺寸刀片代替少量长刀片的设计，相当于使用多段折线代替单段直线逼近一条曲线，同时各组刀片密度和刀片前后角都可以单独调整，前者可以提高加工的尺寸精度，后者可以改善刀片工作条件，提高齿轮表面光洁度。可显著提高大模数齿轮的加工精度和工件质量，同样对中小模数齿轮加工精度和表面质量也有提高作用。

4、本发明工作效率高：同样由于刀片密度和后角可以单独调整，本发明使得各刀片处于良好工况下，切削负载和其他工况一致性高，这不但能提高每个刀片的使用寿命，还可以使得所有刀片均匀磨损，寿命接近一致。这样就可以极大地降低停机更换刀片的频率，充分发挥齿轮滚刀连续加工的原理性优势。

5、本发明使用寿命长：除了上条说明的刀片寿命优势外，本发明设计了与总体结构匹配的内冷结构，可以显著降低刀条和刀片的工作温度，提高了刀具硬度，降低刀具变形，提高刀具寿命。

6、本发明刀具制造成本低：由于去掉了刀体部分，减少了尺寸链的传递，相应在制造过程中减少了装配环节，降低了刀具的装配误差，同时销定位方式工艺性好，能起到误差平均作用，本发明还特别为销的装配设置了调整结构，这些优点都放宽了对制造和装配工艺水平的要求，降低了制造成本。同时由于将长刀片改为多个短刀片，可以选择使用成品标准刀片，不同型号的滚刀实现刀片通用，成本与定制刀片相比大大降低。

7、本发明刀具使用成本低：首先，由于短刀片可以选择对称度高的正方形或菱形刀片，可以实现8转位使用，而长条形定制刀片最多只能实现4转位，刀片使用成本相当于降低一倍。其次，由于各个切削位置磨损速度总不可能完全一致，在出现局部磨损时，传统设计必须更换整个长刀片，而本发明的方案只需要更换少部分短刀片。再次，由于前述优势，本发明的刀片使用寿命也比传统设计有很大提高，同样降低了使用成本。

8、滚刀的相关专利较多，但经检索未发现与本发明明显重叠的，市场上也没有类似产品。以下几个具备一定相似性的专利文献：

一种单刀齿轮滚刀CN205289956U将刀条安装在刀杆上，但该文献只安装一个刀条，与本发明思路和结构明显不同，也没有对刀条定位方式与刀片排布提出任何说明和权利要求。

大模数硬质合金镶片滚刀CN202438750U在描述中声称使用了“分布在刀轴外周上的多个刀齿”的表述，但根据其配图可以看出，该文献中所谓的“刀轴”是指本发明中所说的“刀体”，并非本发明中的“刀杆”，因此与本发明不同。

齿轮滚刀CN102114557A同样使用了“刀轴”的表述，意义与上条相同，也同样是传统设计。

散热性好的磨前齿轮滚刀CN211991280U涉及本发明的内冷散热设计，但由于其刀体结构与本发明不同，其散热结构也与本发明不同。

具有多转切削齿的轴向滚刀CN107107224B设计外观与本发明外观略有相似性，但两者工作原理和运动方式完全不同，该文献的刀具是在轴向运动加不连续的旋转运动过程中完成加工，而本发明的刀具是在连续的旋转运动中完成加工。

附图说明

图1是现有滚刀切削齿轮时的结构示意图；

图2是本发明中刀条3一侧视角的结构示意图；

图3是本发明中刀条3另一侧视角的结构示意图

图4是本发明中刀条3内侧面的结构示意图；

图5是本发明中端盖2的主视图；

图6是图5中的截面示意图；

图7是本发明中刀杆1的结构示意图；

图8是图7中的A处放大图；

图9是图8的剖视图；

图10是本发明具体实施方式三中实施例一的盲孔7的剖视图；

图11是本发明具体实施方式三中实施例一的销8的主视图；

图12是本发明具体实施方式三中实施例二的盲孔7的剖视图；

图13是本发明具体实施方式三中实施例二的销8的主视图；

图14是图13中的B-B向剖视图；

图15是本发明具体实施方式三中实施例三的盲孔7的剖视图；

图16是本发明具体实施方式三中实施例三的销8的主视图；

图17是本发明中刀条3内部次水道的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施方式一：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀包括刀杆1和多个刀条3，多个刀条3首尾顺次连接成螺旋状，通过螺钉或压板固接在刀杆1的外圆周侧壁上，刀条3的外壁上均布嵌装有多组刀片4，每组刀片4包括多个刀片4，每个刀片4的前侧均设有排屑槽5，排屑槽5内连接有冷却液通道。

本实施方式中刀条3的两侧侧壁上均嵌装有刀片4，刀条3的顶端面上根据需要也可嵌装刀片4。

刀具刃部分为至少覆盖螺旋线一周的多段刀条3，刀条3内表面与刀杆1配合，通过螺钉或压板固定在刀杆1上。

进一步地，滚刀总直径为450mm，刀杆1直径为170mmm。

刀条3的弧长为90度至150度。

具体实施方式二：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述刀杆1的外圆周侧壁上沿长度方向设有螺旋槽6，刀条3的内侧壁上沿长度方向设有N个盲孔7，N为大于等于1的正整数，盲孔7内插装有销8，销8的外侧端插装在螺旋槽6内。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述销8在盲孔7内可沿刀杆1的径向方向进行位置调整。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二相同。以下公开了以下三个实施例作为具体三种调整方式。销8的圆锥台或半球体的顶部开有与装配工具相对应的槽、孔或其他工艺结构。

实施例一：本实施方式所述盲孔7的内侧端设有内螺纹段7-1，销8的内侧端设有外螺纹段8-1，外螺纹段8-1与内螺纹段7-1螺纹连接。

本实施方式中圆锥台或半球顶部开有一字槽8-3、六角形孔、十字、六角花型槽，或成外六角形用于驱动旋转销，用于销的安装、位置调整或拆卸。优选方式为一字槽或六角形孔。

本实施方式中优选实施方式参数为：

刀条3上的盲孔7轴线位于刀杆1半径方向，盲孔7为圆柱形，根据不同模数滚刀，盲孔7的直径为6～30mm，总深度为6～60mm，内螺纹段7-1长度为3～50mm。

销8一端为圆柱，另一端为锥台。

圆柱部分总长度为10～100mm，外螺纹段8-1长度为3～50mm。

实施例二：本实施方式所述盲孔7的外侧端设有限位槽7-2，销8的中部设有限位凸缘8-2，限位凸缘8-2与限位槽7-2的槽底相配合。

本实施方式中需要调整位置时，可在限位凸缘8-2与限位槽7-2底面之间加垫片。在圆锥台或半球顶部钻连接孔8-4，孔内有内螺纹，拆卸销时，可通过螺钉或螺栓与外部工具相连。

实施例三：本实施方式所述盲孔7内设有弹簧11，弹簧11设置在盲孔7的孔底与销8的内侧端面之间。

弹簧11在装配后，可将销8的圆锥台或半球体的顶部压紧到刀杆1的螺旋槽6内。在拆卸时候，弹簧11亦可起到将销8从刀条3的盲孔中推出的作用。

具体实施方式四：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述螺旋槽6的截面形状为梯形或半圆形，销8的外侧端设有与螺旋槽6内壁相配合的圆锥台或半球体。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式二或三相同。

刀杆1上有等腰梯形截面的螺旋槽6，梯形上底靠近刀杆1轴线，梯形的内角中，钝角的角度为91～120度。角度的选取应当保证加工时无过切，或过切造成的误差小于设计公差要求。

销8插入螺旋槽6的部分为圆锥台时，锥角的度数为2～60度。

进一步地，优选实施方式中，螺旋槽6形状符合ZK蜗杆标准。

具体实施方式五：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述刀条3的两侧沿长度方向均布设有多个半圆孔9，轴向方向上相邻两个刀条3之间的半圆孔9拼接成多个安装孔，安装孔内设有连接螺钉，连接螺钉的末端旋装在刀杆1外圆周侧壁上的螺钉孔10内，螺钉孔10的数量大于刀条3上安装孔的数量。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

每个连接螺钉同时压紧轴向相邻两个刀条3，每个刀条3使用4～8个连接螺钉固定，连接螺钉圆周回转方向间隔15～45度分布。

刀杆1上留有备用螺钉孔10。

刀杆1上螺钉孔10总数量，是实际固定所用螺钉孔10(用于固定两组相邻的刀条3)数量的2～4倍。

当某个螺丝孔10损坏后，可以将所有刀条3和端盖2同时移动一个螺丝位，重新固定。

所述最前端刀条3的外侧和最后端刀条3的外侧均固接有端盖2。

刀条组两端设有端盖2，端盖2上设有刀条3分布方式的相同的半圆孔9，用于保证两端的刀条3也能被妥善固定。端盖2的定位和固定方式与刀条3相同。

端盖2上可以设置吊装结构、测量基准、对刀基准等其他功能工艺功能结构。

具体实施方式六：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述刀条3上至少安装有三组刀片4，不同组刀片4的后角可以独立调整，每组刀片4内的多个刀片4的轴向投影位于同一半径上。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

不同组刀片4的后角可以相同也可以不同，可进行自由调节。

具体实施方式七：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述刀片4通过紧固螺钉固接在刀条3上，刀片4的形状为正多边形或中心对称的多边形，刀片4切削刃的数量是多边形边数的2倍。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或六相同。

进一步地，刀片4为正方形，有8个切削刃，可以实现8转位。优选规格为：1206(切削刃长12.7mm，刀片厚度6.35mm)。

刀片4就是方形块，用楞作为刀刃进行削切，由于共有8条楞，所以是8转位，固定在刀片上。

刀片4为三角形，有6个切削刃，可实现6转位。

刀片4有4～15组，同组内刀片间的夹角为10～45度。

进一步地，优选实施例中，刀片4有12组，其中4组位于刀条顶部，8组位于刀条侧面。当不需要切削齿根圆角时，可以不设计或安装刀条顶部的刀片。

所有刀片切削刃的包络面，应当完整覆盖待加工齿形啮合的理论蜗杆螺旋面和齿顶。为保证此要求，刀片4位置应至少满足以下条件：

每组刀片4的切削刃绕刀杆轴线旋转，在空中形成一族回转面，将所有回转面向与刀杆1轴线垂直的平面投影，所有投影面应互相交叠覆盖一个近似环形区域，环形内外边缘之间的不应出现空隙。

滚刀旋转一周，所有切削刃与刀杆1任一轴切面的交线，与相邻交线之间，在齿高方向上不能留有空隙。

刀片4后角范围为0～25度。优选实施例中，自内而外，四组刀片4后角为1、2、3、3度。

具体实施方式八：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式所述冷却液通道包括主水道、次水道和末端水道，末端水道的出口位于排屑槽5内，刀条3内设有次水道，刀杆1内设有主水道，主水道、次水道和末端水道依次相连通。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

主水道包括主流到和多个分流道，主流道沿刀杆1的轴心方向设置，分流道垂直于主流道，分流道的一端与主流道连通，分流道的另一端设置在螺旋槽6内，刀条3内设有多条次水道，次水道的一端与与分流道的另一端连通，次水道的另一端分别与一组刀片4后侧的排屑槽5内的末端水道连通。

进一步地，每个刀条3上有6条次水道。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：它包括刀杆(1)和多个刀条(3)，多个刀条(3)首尾顺次连接成螺旋状，通过螺钉或压板固接在刀杆(1)的外圆周侧壁上，刀条(3)的外壁上均布嵌装有多组刀片(4)，每组刀片(4)包括多个刀片(4)，每个刀片(4)的前侧均设有排屑槽(5)，排屑槽(5)内连接有冷却液通道。

2.根据权利要求1所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述刀杆(1)的外圆周侧壁上沿长度方向设有螺旋槽(6)，刀条(3)的内侧壁上沿长度方向设有N个盲孔(7)，N为大于等于1的正整数，盲孔(7)内插装有销(8)，销(8)的外侧端插装在螺旋槽(6)内。

3.根据权利要求2所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述销(8)在盲孔(7)内可沿刀杆(1)的径向方向进行位置调整。

4.根据权利要求2或3所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述螺旋槽(6)的截面形状为梯形或半圆形，销(8)的外侧端设有与螺旋槽(6)内壁相配合的圆锥台或半球体。

5.根据权利要求1所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述刀条(3)的两侧沿长度方向均布设有多个半圆孔(9)，轴向方向上相邻两个刀条(3)之间的半圆孔(9)拼接成多个安装孔，安装孔内设有连接螺钉，连接螺钉的末端旋装在刀杆(1)外圆周侧壁上的螺钉孔(10)内，螺钉孔(10)的数量大于刀条(3)上安装孔的数量。

6.根据权利要求1所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述刀条(3)上至少安装有三组刀片(4)，不同组刀片(4)的后角可以独立调整，每组刀片(4)内的多个刀片(4)的轴向投影位于同一半径上。

7.根据权利要求1或6所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述刀片(4)通过紧固螺钉固接在刀条(3)上，刀片(4)的形状为正多边形或中心对称的多边形，刀片(4)切削刃的数量是多边形边数的2倍。

8.根据权利要求1所述一种镶嵌式高阶精度全转位内冷齿轮滚刀，其特征在于：所述冷却液通道包括主水道、次水道和末端水道，末端水道的出口位于排屑槽(5)内，刀条(3)内设有次水道，刀杆(1)内设有主水道，主水道、次水道和末端水道依次相连通。

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