CN116275930A - 一种外齿拉刀的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种外齿拉刀的制造工艺，所述外齿拉刀中包含有两种条形拉刀，两种条形拉刀包括用于粗拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角和精拉外齿底径部分的长条形拉刀，以及用于精拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角的短条形拉刀，外齿拉刀的制造工艺包括如下步骤：条形拉刀的坯料制备、各平面加工、底面安装孔的加工、二侧面和顶面齿形加工、齿部容屑槽加工，以及条形拉刀的热处理、稳定性处理、条形拉刀二侧面和底面的精磨加工，以及条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工，以及长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工、条形拉刀的铲磨、条形拉刀的检测和条形拉刀的涂层处理。本发明提高了外齿拉刀的制造精度，保证了外齿拉刀的拉削质量。

Description

一种外齿拉刀的制造工艺
技术领域
本发明涉及拉刀制造和使用技术领域，具体涉及一种外齿拉刀的制造工艺。
背景技术
目前对于外齿轮的加工，普遍采用传统的滚齿工艺和插齿工艺，精度可以达到，但效率不高。以模数3.5m m、直径150m m左右的外齿为例，滚齿加工需三十多分钟，插齿加工需五十多分钟，远远适应不了大批量生产的需求。因此，出现了用于对外齿轮进行整体拉削的外齿轮拉刀。
但是，现有技术中的外齿轮拉刀也存在一些问题，体现在：现有典型的一种外齿轮拉刀是采用四种拉刀刀体进行外齿轮的拉削，其中包括一把长拉刀粗拉齿槽，一把短拉刀精拉外齿底径部分，一把短拉刀精拉外圆上的倒角部分，一把短拉刀精拉外齿二侧面齿形。这种结构的外齿轮拉刀其缺点是拉刀刀体的数量多、拉刀装配精度低，拉削质量不高。
为此，我司开发了一种新结构的外齿轮拉刀，其结构如图2所示，其包括安装在拉刀安装座内沿周向分布的若干组条形拉刀，每一组条形拉刀包括上下对接的短条形拉刀和长条形拉刀。该新型外齿轮拉刀的拉刀刀体只有两种，包括一把长条形拉刀用于粗拉外齿二侧面齿形、外圆部分倒角和精拉底径部分，一把短条形拉刀用于精拉外齿二侧面齿形。其中，长拉刀的二侧面和倒角是渐成法磨削，底径部分是铲磨磨削，根据拉刀齿形结构，二种磨削方法应用在一把刀上，使得刀具数量种类减少一半，其拉刀装配精度得到提高，拉削质量同时提升。
但是，上述新结构的外齿轮拉刀采用两种刀体后，其拉刀刀体的长度变长、拉刀刀体上的齿形布置结构也与原来不同，会给拉刀本身加工制造精度特别是拉刀齿形的加工制造精度的保证带来一定的难度。为此，有必要针对该新型外齿轮拉刀的刀体结构，开发出一种能够外齿拉刀的制造工艺，以保证新结构外齿轮拉刀的制造精度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种外齿拉刀的制造工艺，旨在提高外齿拉刀的制造精度，保证外齿拉刀的拉削质量。具体的技术方案如下：
一种外齿拉刀的制造工艺，所述外齿拉刀中包含有两种条形拉刀，所述两种条形拉刀包括用于粗拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角和精拉外齿底径部分的长条形拉刀，以及用于精拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角的短条形拉刀，所述外齿拉刀的制造工艺包括如下步骤：
(1)条形拉刀的坯料制备：采用粉末高速钢制造技术，根据刀具特点进行材料成分配制，雾化粉末，静压处理，制成条形拉刀坯料；其中，条形拉刀坯料所采用的粉末高速钢材料是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压的氩气或氮气进行钢液的喷射雾化，急冷至细小均匀的高速钢粉末，高速钢粉末经过高温高压制成刀坯，再经进一步锻造、轧制而形成条形拉刀坯料；
(2)条形拉刀的各平面加工：应用数控平面铣床和数控平面磨床加工条形拉刀，使用平口钳装夹条形拉刀，用可转位铣刀盘分别旋风铣条形拉刀四方及二端面；再使用平面磨床吸条形拉刀侧面分别磨条形拉刀二侧面；然后使用精密平口钳装夹条形拉刀，磨条形拉刀上下二平面，保证条形拉刀二侧面与上下平面的垂直度；
(3)条形拉刀底面安装孔的加工：应用精密数控加工中心，将条形拉刀置于工作台面上，压板固定条形拉刀，以条形拉刀端面和一侧面为基准，分别用定心钻在条形拉刀底面点孔找正，再用钻头钻孔，最后用机用丝锥攻丝；
(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工：应用数控卧式铣床，将条形拉刀用专用夹具进行装夹，用成型铣刀分别铣条形拉刀二侧面和顶面齿形；
(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工：应用精密数控立式铣床，数控编程铣容屑槽，根据容屑槽形选择合适的柄式成型刀，成型刀采用磨制并涂层，使其切削锋利以提高条形拉刀拉削外齿轮时的粗糙度；
(6)条形拉刀的热处理：将条形拉刀于盐浴炉中进行淬火和回火，严格按照工艺流程的各工序协调操作，在淬火冷却过程中校直，以获得良好的综合机械性能和小的工件变形；
(7)条形拉刀的稳定性处理：将条形拉刀垂直吊放入液氮冷却低温箱内进行低温时效处理以定型材料内部组织保证尺寸的稳定性；在生产过程中将条形拉刀垂直吊放入井式炉中时效处理去应力，精磨后将条形拉刀置于油炉中时效处理去除磨削过程中产生的表面应力减少磨削变形，以进一步提高条形拉刀的加工精度；
(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工：条形拉刀的二侧面和底面是条形拉刀的磨削与检测基准，精密数控平面磨床上安装有其磁吸力可调的可调磁力平台，配合大气孔陶瓷砂轮，多次翻面磨条形拉刀二侧面以得到较高的平面度和平行度；采用可调磁力平台，磨条形拉刀底平面以保证底面的平面度和底面相对于二侧面的垂直度；
(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工：应用高精度数控拉刀磨，磨条形拉刀容屑槽、前刃面及后刃面，调整条形拉刀侧母线，用金刚石滚轮修整的CBN砂轮在数控拉刀磨床上进行磨削从而获得正确的前刃面，使得前刃面与槽底圆滑过渡良好并具有良好的表面粗糙度，并得到精度良好的刀齿高度齿升量和校正齿刃带宽度；
(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工：使用专用夹具装夹长条形拉刀，应用高精度花键磨通磨长条形拉刀二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的大气孔大直径陶瓷砂轮，磨削行程中增加长条形拉刀齿形倒锥的通磨，生成微量侧后角，并保证齿形精度；
(11)条形拉刀的铲磨：使用专用夹具装夹条形拉刀，应用高精度拉刀磨床，铲磨长条形拉刀顶面齿形和短条形拉刀二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的CBN砂轮，逐齿铲磨切削齿和校正齿齿形；
(12)条形拉刀的检测：长条形拉刀由于长度较长，在精密卧式光学仪上检测，校准长条形拉刀侧母线，光学聚焦长条形拉刀后端面，检测长条形拉刀后端面的顶面及二侧面齿形；短条形拉刀则利用专用检测工装在精密光学检测中心测量，短条形拉刀侧母线与光学中心平行，光学聚焦短条形拉刀第一个校正齿，检测短条形拉刀齿形顶面及二侧面齿形；采用专用检测工装，测量条形拉刀的尺寸和左右齿形的对称度；
(13)条形拉刀的涂层处理：高速钢条形拉刀刃口锋利，极易崩刃，为了增加表面硬度硬度减少磨损系数增加刀具耐用度，将条形拉刀进行涂前喷砂、去毛刺、清洗处理后，放进涂层炉内按涂层操作工艺规程进行涂层，涂层厚度为2～3μm。
优选的，所述步骤(2)条形拉刀的各平面加工中，先用数控平面铣床粗加工条形拉刀四面，去除坯料余量，去除坯料锻打缺陷和退火黑皮，减小条形拉刀弯曲，条形拉刀四面平面度小于0.15mm，条形拉刀二端齐平；粗加工条形拉刀后，数控平面磨精磨条形拉刀，先磨条形拉刀侧面即宽平面，二侧面多次翻面磨，进一步减小条形拉刀弯曲，使得二侧面平面度小于0.05mm，使用精密平口钳夹住条形拉刀二侧面后，磨条形拉刀上下二面，使得条形拉刀上下二面与侧面的垂直度误差小于0.015mm；
优选的，所述步骤(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工中，在精密数控立式铣床上分别铣长条形拉刀和短条形拉刀的容屑槽；其中，长条形拉刀的一个容屑槽距长条形拉刀后端面的距离误差小于0.03mm，齿距累积误差小于0.05mm，且各个容屑槽槽深余量在0.3mm～0.4mm之间；短条形拉刀的二侧的最后一个容屑槽距短条形拉刀后端面的距离误差小于0.03mm，且齿距累积误差小于0.05mm，各个容屑槽槽深余量在0.2mm～0.3mm之间。
优选的，所述步骤(3)条形拉刀的安装孔加工中，在条形拉刀底面钻孔、攻丝，为保证孔位准确，在精密数控加工中心上，首先找正条形拉刀的侧母线至0.02mm内并装夹固定，以条形拉刀后端面和一侧面为加工基准，钻孔前先用定心钻点孔，再钻孔，最后攻丝；由于条形拉刀在制造过程中安排有热处理，受热处理影响，热处理后孔距要增大，根据预先进行的加工试验所得到的热处理后孔距要缩小千分之一点五至千分之二之间的数据，在确定钻孔位置时预先进行位置的补偿修正再钻孔，以保证后续热处理后的孔距尺寸；攻丝后用螺纹通止规复检，保证螺孔尺寸达标。
优选的，所述步骤(6)条形拉刀的热处理中，条形拉刀于盐浴炉中进行淬火和回火，淬火前二次预热，预热温度分别450℃和850℃，淬火后二次分级冷却，第一次620℃冷却时及时校直，回火后再进行热校直，以获得优异的拉刀直线度。
优选的，所述步骤(6)条形拉刀的热处理之后且在所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理之前，将条形拉刀置于240℃～260℃的井式炉中保温12小时的时效处理以减小热处理应力；所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理中，采用低温炉并使用液氮为冷却介质，将条形拉刀置于液氮冷却-185℃以下的低温炉内进行低温处理以使得条形拉刀能长期保持精度与良好的性能；所述步骤(6)～步骤(11)的每一精磨加工步骤之后，分别将条形拉刀置于150℃～170℃的油炉中进行低温时效处理，保温12小时以去除磨削过程中产生的表面应力，注意条形拉刀在井式炉和油炉中采用吊放以防止弯曲。
优选的，所述步骤(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，在精密数控平面磨床磨条形拉刀基准，磨条形拉刀时分粗磨、半精磨和精磨，粗磨余量0.25mm，半精磨余量0.1mm，精磨余量0.05mm，每磨一次去一次应力，以消除磨削应力，砂轮选用大气孔磨削力较佳的陶瓷砂轮，多次翻面磨平面，并控制磨削用量，减少磨削变形，采用可调磁力平台，平台侧面吸条形拉刀侧面，磨条形拉刀底面，条形拉刀底面相对于侧面的垂直度误差小于0.01mm。
优选的，所述步骤(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工中，在高精度数控拉刀磨上磨条形拉刀容屑槽、前刃面及后刃面，前刃面与槽底圆滑过渡，前刃面表面粗糙度Ra0.8μm，后刃面表面粗糙度Ra0.4μm，长条形拉刀的最后一个容屑槽距条形拉刀后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，短条形拉刀的二侧最后一个容屑槽距条形拉刀后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，条形拉刀切削齿刃带小于0.05mm，校正齿刃带0.2～0.3mm，刃带宽度一致，不允许有宽窄。
优选的，所述步骤(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工中，使用数控卧式铣床在热处理前粗铣长条形拉刀和短条形拉刀的齿形；铣齿前先铣条形拉刀的试样，试样合格后再铣条形拉刀；铣加工时长条形拉刀置于专用夹具中，分别铣二侧面齿形，其二侧齿形有倒锥；短长条形拉刀置于平口钳中，同时铣顶面和二侧面齿形，其齿形没有倒锥，控制齿形余量在0.5～0.6mm之间。
本发明中，所述专用夹具包括夹具体和设置在所述夹具体上用于定位条形拉刀的直角缺口、用于压紧所述条形拉刀的压板、设置在所述压板上的压紧螺钉；其中，所述夹具体设置在可调角铁上从而使得所述夹具体的角度可调整，所述压板与所述直角缺口之间形成一平行槽口，所述平行槽口相对于水平方向倾斜一定的角度。
优选的，当平行槽口相对于水平方向倾斜30～40度时，相应的条形拉刀的底面在专用夹具中相对于水平方向倾斜了50～60度；通过计算发现，条形拉刀的底面在倾斜50～60度后，可大大减少条形拉刀在精磨加工时所使用的砂轮各点的修正量。
需要指出的是，如果不将条形拉刀的底面倾斜设置，而是按照常规将条形拉刀的底面与水平面平行的方法进行长条形拉刀齿形通磨加倒锥加工，根据倒锥量计算的砂轮图形上各点变化量较大，小的地方需要修整0.03mm，大的地方需要修整0.87mm，造成齿形上各点的实际微量后角差别巨大，影响拉刀切削性能，另一方面由于齿形较陡，砂轮修整困难，齿形较难磨加工。本发明通过条形拉刀的底面倾斜50～60度解决了常规加工所遇到的上述难题。
优选的，所述步骤(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工和步骤(11)条形拉刀的铲磨中，所述专用夹具上的平行槽口相对于水平方向倾斜30～40度，以使得条形拉刀齿形在精磨加工时所使用的砂轮各点的修正量控制在不大于0.25mm的范围内。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，在精磨加工之前采用磁吸力精密测试工装来预先精确调整可调磁力平台的磁吸力；所述磁吸力精密测试工装包括龙门式桥架和设置在所述龙门式桥架上且向下竖立设置的伺服电动推杆、连接在所述伺服电动推杆的伸缩杆下端的拉力传感器、连接在所述力传感器下端的模拟试件装夹器、可拆卸地安装在所述模拟试件装夹器下端的工字形模拟试条；所述模拟试条装夹器上设置有倒置的T型槽，所述工字形模拟试条的上部活动插装在所述模拟试条装夹器的所述T型槽上，所述工字形模拟试条与待精磨的条形拉刀材质相同，且所述工字形模拟试条的底面面积与待精磨的条形拉刀的装夹底面的面积相等；所述龙门式桥架的两个立柱底脚上设置有铁磁性吸附盘；在所述模拟试条装夹器上还设置有用于测量所述模拟试条装夹器距离所述可调磁力平台之间距离的红外测距传感器；所述伺服电动推杆、拉力传感器和红外测距传感器分别连接MCU控制器，所述MCU控制器上连接有用于显示工字形模拟试条与可调磁力平台之间磁吸力大小的显示屏，所述MCU控制器上还连接有磁吸力测试启动按钮。
本发明中，所述工字形模拟试条的底面采用磨加工制成。
本发明中，所述磁吸力精密测试工装使用时，将龙门式桥架通过其立柱底脚上的铁磁性吸附盘磁性吸附在可调磁力平台上，然后将工字形模拟试条的上部活动插装在所述模拟试条装夹器的所述T型槽上，按下磁吸力测试启动按钮，MCU控制器控制伺服电动推杆的伸缩杆向下移动，MCU控制器根据红外测距传感器测得模拟试条装夹器距离可调磁力平台之间距离，判断模拟试条装夹器上的工字形模拟试条的装夹底面是否已经吸附在可调磁力平台上，到位后伺服电动推杆的伸缩杆向上移动一段距离，使得模拟试条装夹器上的工字形模拟试条与可调磁力平台完全脱离，MCU控制器通过拉力传感器测得工字形模拟试条与可调磁力平台之间的最大拉力，将该最大拉力作为工字形模拟试条与可调磁力平台之磁吸力，所述磁吸力通过所述显示屏进行显示。
操作人员根据所述磁吸力精密测试工装所测得的工字形模拟试条与可调磁力平台之磁吸力大小，判断磁吸力大小是否符合精磨加工的范围要求；如磁吸力过大或过小，则重新调整可调磁力平台的磁吸力，调整过程中使用磁吸力精密测试工装进行磁吸力的测量，直至磁吸力符合要求为止。
本发明的有益效果是：
第一，本发明的一种外齿拉刀的制造工艺，外齿拉刀的拉刀刀体被制造成长条形拉刀和短条形拉刀两种刀体，相比现有典型的四种刀体结构的外齿拉刀，其拉刀刀体的数量种类减少了一半，有利于拉刀装配精度得到提高，并提升外齿拉刀的拉削质量。
第二，本发明的一种外齿拉刀的制造工艺，在齿形磨加工方面，长条形拉刀采用渐成法磨加工拉刀二侧面齿形和同廓法磨加工拉刀齿顶齿形的复合加工工艺，短条形拉刀采用同廓法磨加工外齿二侧面齿形。在拉削过程中，渐成法加工的拉刀齿部主要负责去除大余量的粗拉加工，同廓法加工的拉刀齿部主要负责小余量的精拉加工，最终工件的齿形的尺寸和轮廓精度都由用同廓法加工的拉刀齿部精度保证。这种复合加工工艺进一步提高了新结构外齿拉刀的制造精度。
第三，本发明的一种外齿拉刀的制造工艺，采用合理的工艺制造流程，可有效减少拉刀刀体在加工制造、热处理等过程中产生的变形，从而保证新结构外齿拉刀的制造质量。
第四，本发明的一种外齿拉刀的制造工艺，在进行长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工，使用专用夹具进行装夹，使得条形拉刀的底面相对于水平方向成50～60倾斜角度，能够使得条形拉刀齿形在精磨加工时所使用的砂轮各点的修正量控制在不大于0.25mm的范围内，从而使得砂轮修整方便，磨削性能也好，条形拉刀齿形更容易磨准确，且条形拉刀上各点的微量后角区别不大，拉削性能也好，条形拉刀磨损均匀，提高了条形拉刀的整体寿命。
第五，本发明的一种外齿拉刀的制造工艺，在条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，预先精确调整可调磁力平台的磁吸力，既可避免条形拉刀在可调磁力平台上因吸附力不足所导致的只能以很小的磨削进给量进行磨削的低效率问题，又可避免条形拉刀在可调磁力平台上因吸附力过大使得条形拉刀可能出现磨削后的回弹微变形而导致反复磨削无法消除其变形的磨削低效率问题。由此提高了条形拉刀的磨削效率和磨削质量。
附图说明
图1是本发明的一种外齿拉刀的制造工艺的流程示意图；
图2是外齿拉刀的结构示意图；
图3是长条形拉刀的结构示意图；
图4是图3中长条形拉刀的横截面视图；
图5是短条形拉刀的结构示意图；
图6是图5中短条形拉刀的横截面视图；
图7是长条形拉刀齿顶同廓法铲磨加工示意图；
图8是长条形拉刀齿侧渐成法通磨加工示意图；
图9是图8的长条形拉刀齿侧渐成法通磨加工时所采用的专用夹具的装夹示意图；
图10是短条形拉刀齿侧同廓法铲磨二侧面齿形所采用的专用夹具装夹的装夹示意图；
图11是磁吸力精密测试工装的结构示意图；
图12是外齿轮的结构示意图。
图中：1、外齿拉刀，2、条形拉刀，3、长条形拉刀，4、短条形拉刀，5、可调磁力平台，6、专用夹具，7、砂轮，8、条形拉刀侧面，9、条形拉刀底面，10、直角缺口，11、压板，12、压紧螺钉，13、平行槽口，14、磁吸力精密测试工装，15、龙门式桥架，16、伺服电动推杆，17、拉力传感器，18、模拟试件装夹器，19、工字形模拟试条，20、T型槽，21、立柱，22、铁磁性吸附盘，23、红外测距传感器，24、拉刀安装座，25、调整垫板，26、夹具体，27、外齿轮，28、条形拉刀顶面齿形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至12所示为本发明的一种外齿拉刀的制造工艺的实施例，所述外齿拉刀1中包含有两种条形拉刀2，所述两种条形拉刀2包括用于粗拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角和精拉外齿底径部分的长条形拉刀3，以及用于精拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角的短条形拉刀4，所述外齿拉刀1的制造工艺包括如下步骤：
(1)条形拉刀的坯料制备：采用粉末高速钢制造技术，根据刀具特点进行材料成分配制，雾化粉末，静压处理，制成条形拉刀坯料；其中，条形拉刀坯料所采用的粉末高速钢材料是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压的氩气或氮气进行钢液的喷射雾化，急冷至细小均匀的高速钢粉末，高速钢粉末经过高温高压制成刀坯，再经进一步锻造、轧制而形成条形拉刀坯料；
(2)条形拉刀的各平面加工：应用数控平面铣床和数控平面磨床加工条形拉刀2，使用平口钳装夹条形拉刀2，用可转位铣刀盘分别旋风铣条形拉刀2四方及二端面；再使用平面磨床吸条形拉刀侧面8分别磨条形拉刀二侧面8；然后使用精密平口钳装夹条形拉刀2，磨条形拉刀上下二平面，保证条形拉刀二侧面8与上下平面的垂直度；
(3)条形拉刀底面安装孔的加工：应用精密数控加工中心，将条形拉刀2置于工作台面上，压板固定条形拉刀2，以条形拉刀2端面和一侧面为基准，分别用定心钻在条形拉刀2底面点孔找正，再用钻头钻孔，最后用机用丝锥攻丝；
(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工：应用数控卧式铣床，将条形拉刀2用专用夹具6进行装夹，用成型铣刀分别铣条形拉刀2二侧面和8顶面齿形28；
(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工：应用精密数控立式铣床，数控编程铣容屑槽，根据容屑槽形选择合适的柄式成型刀，成型刀采用磨制并涂层，使其切削锋利以提高条形拉刀2拉削外齿轮时的粗糙度；
(6)条形拉刀的热处理：将条形拉刀2于盐浴炉中进行淬火和回火，严格按照工艺流程的各工序协调操作，在淬火冷却过程中校直，以获得良好的综合机械性能和小的工件变形；
(7)条形拉刀的稳定性处理：将条形拉刀2垂直吊放入液氮冷却低温箱内进行低温时效处理以定型材料内部组织保证尺寸的稳定性；在生产过程中将条形拉刀2垂直吊放入井式炉中时效处理去应力，精磨后将条形拉刀2置于油炉中时效处理去除磨削过程中产生的表面应力减少磨削变形，以进一步提高条形拉刀2的加工精度；
(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工：条形拉刀2的二侧面8和底面9是条形拉刀2的磨削与检测基准，精密数控平面磨床上安装有其磁吸力可调的可调磁力平台5，配合大气孔陶瓷砂轮，多次翻面磨条形拉刀2二侧面8以得到较高的平面度和平行度；采用可调磁力平台5，磨条形拉刀底平面9以保证底面9的平面度和底面9相对于二侧面8的垂直度；
(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工：应用高精度数控拉刀磨，磨条形拉刀2容屑槽、前刃面及后刃面，调整条形拉刀侧母线，用金刚石滚轮修整的CBN砂轮在数控拉刀磨床上进行磨削从而获得正确的前刃面，使得前刃面与槽底圆滑过渡良好并具有良好的表面粗糙度，并得到精度良好的刀齿高度齿升量和校正齿刃带宽度；
(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工：使用专用夹具6装夹长条形拉刀3，应用高精度花键磨通磨长条形拉刀3二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的大气孔大直径陶瓷砂轮，磨削行程中增加长条形拉刀2齿形倒锥的通磨，生成微量侧后角，并保证齿形精度；
(11)条形拉刀的铲磨：使用专用夹具6装夹条形拉刀，应用高精度拉刀磨床，铲磨长条形拉刀顶面齿形28和短条形拉刀4二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的CBN砂轮，逐齿铲磨切削齿和校正齿齿形；
(12)条形拉刀的检测：长条形拉刀3由于长度较长，在精密卧式光学仪上检测，校准长条形拉刀3侧母线，光学聚焦长条形拉刀3后端面，检测长条形拉刀3后端面的顶面及二侧面齿形；短条形拉刀4则利用专用检测工装在精密光学检测中心测量，短条形拉刀4侧母线与光学中心平行，光学聚焦短条形拉刀4第一个校正齿，检测短条形拉刀4齿形顶面及二侧面齿形；采用专用检测工装，测量条形拉刀2的尺寸和左右齿形的对称度；
(13)条形拉刀的涂层处理：高速钢条形拉刀刃口锋利，极易崩刃，为了增加表面硬度硬度减少磨损系数增加刀具耐用度，将条形拉刀2进行涂前喷砂、去毛刺、清洗处理后，放进涂层炉内按涂层操作工艺规程进行涂层，涂层厚度为2～3μm。
优选的，所述步骤(2)条形拉刀的各平面加工中，先用数控平面铣床粗加工条形拉刀2四面，去除坯料余量，去除坯料锻打缺陷和退火黑皮，减小条形拉刀弯曲，条形拉刀2四面平面度小于0.15mm，条形拉刀2二端齐平；粗加工条形拉刀2后，数控平面磨精磨条形拉刀2，先磨条形拉刀侧面8即宽平面，二侧面8多次翻面磨，进一步减小条形拉刀2弯曲，使得二侧面8平面度小于0.05mm，使用精密平口钳夹住条形拉刀2二侧面8后，磨条形拉刀2上下二面，使得条形拉刀2上下二面与侧面的垂直度误差小于0.015mm；
优选的，所述步骤(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工中，在精密数控立式铣床上分别铣长条形拉刀3和短条形拉刀4的容屑槽；其中，长条形拉刀3的一个容屑槽距长条形拉刀3后端面的距离误差小于0.03mm，齿距累积误差小于0.05mm，且各个容屑槽槽深余量在0.3mm～0.4mm之间；短条形拉刀3的二侧的最后一个容屑槽距短条形拉刀3后端面的距离误差小于0.03mm，且齿距累积误差小于0.05mm，各个容屑槽槽深余量在0.2mm～0.3mm之间。
优选的，所述步骤(3)条形拉刀的安装孔加工中，在条形拉刀底面9钻孔、攻丝，为保证孔位准确，在精密数控加工中心上，首先找正条形拉刀2的侧母线至0.02mm内并装夹固定，以条形拉刀2后端面和一侧面为加工基准，钻孔前先用定心钻点孔，再钻孔，最后攻丝；由于条形拉刀2在制造过程中安排有热处理，受热处理影响，热处理后孔距要增大，根据预先进行的加工试验所得到的热处理后孔距要缩小千分之一点五至千分之二之间的数据，在确定钻孔位置时预先进行位置的补偿修正再钻孔，以保证后续热处理后的孔距尺寸；攻丝后用螺纹通止规复检，保证螺孔尺寸达标。
优选的，所述步骤(6)条形拉刀的热处理中，条形拉刀2于盐浴炉中进行淬火和回火，淬火前二次预热，预热温度分别450℃和850℃，淬火后二次分级冷却，第一次620℃冷却时及时校直，回火后再进行热校直，以获得优异的拉刀直线度。
优选的，所述步骤(6)条形拉刀的热处理之后且在所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理之前，将条形拉刀2置于240℃～260℃的井式炉中保温12小时的时效处理以减小热处理应力；所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理中，采用低温炉并使用液氮为冷却介质，将条形拉刀2置于液氮冷却-185℃以下的低温炉内进行低温处理以使得条形拉刀能长期保持精度与良好的性能；所述步骤(6)～步骤(11)的每一精磨加工步骤之后，分别将条形拉刀2置于150℃～170℃的油炉中进行低温时效处理，保温12小时以去除磨削过程中产生的表面应力，注意条形拉刀2在井式炉和油炉中采用吊放以防止弯曲。
优选的，所述步骤(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，在精密数控平面磨床磨条形拉刀2基准，磨条形拉刀2时分粗磨、半精磨和精磨，粗磨余量0.25mm，半精磨余量0.1mm，精磨余量0.05mm，每磨一次去一次应力，以消除磨削应力，砂轮7选用大气孔磨削力较佳的陶瓷砂轮，多次翻面磨平面，并控制磨削用量，减少磨削变形，采用可调磁力平台5，平台侧面吸条形拉刀侧面，磨条形拉刀底面，条形拉刀底面相对于侧面的垂直度误差小于0.01mm。
优选的，所述步骤(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工中，在高精度数控拉刀磨上磨条形拉刀2容屑槽、前刃面及后刃面，前刃面与槽底圆滑过渡，前刃面表面粗糙度Ra0.8μm，后刃面表面粗糙度Ra0.4μm，长条形拉刀3的最后一个容屑槽距条形拉刀3后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，短条形拉刀4的二侧最后一个容屑槽距条形拉刀4后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，条形拉刀2切削齿刃带小于0.05mm，校正齿刃带0.2～0.3mm，刃带宽度一致，不允许有宽窄。
优选的，所述步骤(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工中，使用数控卧式铣床在热处理前粗铣长条形拉刀3和短条形拉刀4的齿形；铣齿前先铣条形拉刀2的试样，试样合格后再铣条形拉刀2；铣加工时长条形拉刀3置于专用夹具6中，分别铣二侧面齿形，其二侧齿形有倒锥；短长条形拉刀4置于平口钳中，同时铣顶面和二侧面齿形，其齿形没有倒锥，控制齿形余量在0.5～0.6mm之间。
本实施例中，所述专用夹具6包括夹具体26和设置在所述夹具体26上用于定位条形拉刀2的直角缺口10、用于压紧所述条形拉刀2的压板11、设置在所述压板11上的压紧螺钉12；其中，所述夹具体26设置在可调角铁上从而使得所述夹具体26的角度可调整，所述压板11与所述直角缺口10之间形成一平行槽口13，所述平行槽口13相对于水平方向倾斜一定的角度。
优选的，当平行槽口13相对于水平方向倾斜30～40度时，相应的条形拉刀2的底面在专用夹具6中相对于水平方向倾斜了50～60度；通过计算发现，条形拉刀2的底面在倾斜50～60度后，可大大减少条形拉刀2在精磨加工时所使用的砂轮各点的修正量。
需要指出的是，如果不将条形拉刀2的底面倾斜设置，而是按照常规将条形拉刀2的底面与水平面平行的方法进行长条形拉刀3齿形通磨加倒锥加工，根据倒锥量计算的砂轮图形上各点变化量较大，小的地方需要修整0.03mm，大的地方需要修整0.87mm，造成齿形上各点的实际微量后角差别巨大，影响拉刀切削性能，另一方面由于齿形较陡，砂轮7修整困难，齿形较难磨加工。本实施例通过条形拉刀2的底面9倾斜50～60度解决了常规加工所遇到的上述难题。
优选的，所述步骤(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工和步骤(11)条形拉刀的铲磨中，所述专用夹具6上的平行槽口13相对于水平方向倾斜30～40度，以控制条形拉刀2齿形在精磨加工时所使用的砂轮7各点的修正量控制在不大于0.25mm的范围内。
作为本实施例的进一步改进，所述步骤(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，在精磨加工之前采用磁吸力精密测试工装14来预先精确调整可调磁力平台5的磁吸力；所述磁吸力精密测试工装14包括龙门式桥架15和设置在所述龙门式桥架15上且向下竖立设置的伺服电动推杆16、连接在所述伺服电动推杆16的伸缩杆下端的拉力传感器17、连接在所述力传感器17下端的模拟试件装夹器18、可拆卸地安装在所述模拟试件装夹器18下端的工字形模拟试条19；所述模拟试条装夹器18上设置有倒置的T型槽20，所述工字形模拟试条19的上部活动插装载所述模拟试条装夹器18的所述T型槽20上，所述工字形模拟试条19与待精磨的条形拉刀2材质相同，且所述工字形模拟试条19的底面面积与待精磨的条形拉刀2的装夹底面9的面积相等；所述龙门式桥架15的两个立柱21底脚上设置有铁磁性吸附盘22；在所述模拟试条装夹器18上还设置有用于测量所述模拟试条装夹器18距离所述可调磁力平台5之间距离的红外测距传感器23；所述伺服电动推杆16、拉力传感器17和红外测距传感器23分别连接MCU控制器，所述MCU控制器上连接有用于显示工字形模拟试条19与可调磁力平台5之间磁吸力大小的显示屏，所述MCU控制器上还连接有磁吸力测试启动按钮。
本实施例中，所述工字形模拟试条19的底面采用磨加工制成。
本实施例中，所述磁吸力精密测试工装14使用时，将龙门式桥架15通过其立柱21底脚上的铁磁性吸附盘22磁性吸附在可调磁力平台5上，然后将工字形模拟试条19的上部活动插装在所述模拟试条装夹器18的所述T型槽20上，按下磁吸力测试启动按钮，MCU控制器控制伺服电动推杆16的伸缩杆向下移动，MCU控制器根据红外测距传感器23测得模拟试条装夹器18距离可调磁力平台5之间距离，判断模拟试条装夹器18上的工字形模拟试条18的装夹底面是否已经吸附在可调磁力平台5上，到位后伺服电动推杆16的伸缩杆向上移动一段距离，使得模拟试条装夹器18上的工字形模拟试条19与可调磁力平台5完全脱离，MCU控制器通过拉力传感器17测得工字形模拟试条19与可调磁力平台5之间的最大拉力，将该最大拉力作为工字形模拟试条19与可调磁力平台5之磁吸力，所述磁吸力通过所述显示屏进行显示。
操作人员根据所述磁吸力精密测试工装14所测得的工字形模拟试条19与可调磁力平台5之磁吸力大小，判断磁吸力大小是否符合精磨加工的范围要求；如磁吸力过大或过小，则重新调整可调磁力平台5的磁吸力，调整过程中使用磁吸力精密测试工装14进行磁吸力的测量，直至磁吸力符合要求为止。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述外齿拉刀中包含有两种条形拉刀，所述两种条形拉刀包括用于粗拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角和精拉外齿底径部分的长条形拉刀，以及用于精拉外齿两侧面齿形、外齿靠外圆处倒角的短条形拉刀，所述外齿拉刀的制造工艺包括如下步骤：
(1)条形拉刀的坯料制备：采用粉末高速钢制造技术，根据刀具特点进行材料成分配制，雾化粉末，静压处理，制成条形拉刀坯料；其中，条形拉刀坯料所采用的粉末高速钢材料是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压的氩气或氮气进行钢液的喷射雾化，急冷至细小均匀的高速钢粉末，高速钢粉末经过高温高压制成刀坯，再经进一步锻造、轧制而形成条形拉刀坯料；
(2)条形拉刀的各平面加工：应用数控平面铣床和数控平面磨床加工条形拉刀，使用平口钳装夹条形拉刀，用可转位铣刀盘分别旋风铣条形拉刀四方及二端面；再使用平面磨床吸条形拉刀侧面分别磨条形拉刀二侧面；然后使用精密平口钳装夹条形拉刀，磨条形拉刀上下二平面，保证条形拉刀二侧面与上下平面的垂直度；
(3)条形拉刀底面安装孔的加工：应用精密数控加工中心，将条形拉刀置于工作台面上，压板固定条形拉刀，以条形拉刀端面和一侧面为基准，分别用定心钻在条形拉刀底面点孔找正，再用钻头钻孔，最后用机用丝锥攻丝；
(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工：应用数控卧式铣床，将条形拉刀用专用夹具进行装夹，用成型铣刀分别铣条形拉刀二侧面和顶面齿形；
(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工：应用精密数控立式铣床，数控编程铣容屑槽，根据容屑槽形选择合适的柄式成型刀，成型刀采用磨制并涂层，使其切削锋利以提高条形拉刀拉削外齿轮时的粗糙度；
(6)条形拉刀的热处理：将条形拉刀于盐浴炉中进行淬火和回火，严格按照工艺流程的各工序协调操作，在淬火冷却过程中校直，以获得良好的综合机械性能和小的工件变形；
(7)条形拉刀的稳定性处理：将条形拉刀垂直吊放入液氮冷却低温箱内进行低温时效处理以定型材料内部组织保证尺寸的稳定性；在生产过程中将条形拉刀垂直吊放入井式炉中时效处理去应力，精磨后将条形拉刀置于油炉中时效处理去除磨削过程中产生的表面应力减少磨削变形，以进一步提高条形拉刀的加工精度；
(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工：条形拉刀的二侧面和底面是条形拉刀的磨削与检测基准，精密数控平面磨床上安装有其磁吸力可调的可调磁力平台，配合大气孔陶瓷砂轮，多次翻面磨条形拉刀二侧面以得到较高的平面度和平行度；采用可调磁力平台，磨条形拉刀底平面以保证底面的平面度和底面相对于二侧面的垂直度；
(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工：应用高精度数控拉刀磨，磨条形拉刀容屑槽、前刃面及后刃面，调整条形拉刀侧母线，用金刚石滚轮修整的CBN砂轮在数控拉刀磨床上进行磨削从而获得正确的前刃面，使得前刃面与槽底圆滑过渡良好并具有良好的表面粗糙度，并得到精度良好的刀齿高度齿升量和校正齿刃带宽度；
(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工：使用专用夹具装夹长条形拉刀，应用高精度花键磨通磨长条形拉刀二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的大气孔大直径陶瓷砂轮，磨削行程中增加长条形拉刀齿形倒锥的通磨，生成微量侧后角，并保证齿形精度；
(11)条形拉刀的铲磨：使用专用夹具装夹条形拉刀，应用高精度拉刀磨床，铲磨长条形拉刀顶面齿形和短条形拉刀二侧面齿形，利用金刚石滚轮进行机内精修成形的CBN砂轮，逐齿铲磨切削齿和校正齿齿形；
(12)条形拉刀的检测：长条形拉刀由于长度较长，在精密卧式光学仪上检测，校准长条形拉刀侧母线，光学聚焦长条形拉刀后端面，检测长条形拉刀后端面的顶面及二侧面齿形；短条形拉刀则利用专用检测工装在精密光学检测中心测量，短条形拉刀侧母线与光学中心平行，光学聚焦短条形拉刀第一个校正齿，检测短条形拉刀齿形顶面及二侧面齿形；采用专用检测工装，测量条形拉刀的尺寸和左右齿形的对称度；
(13)条形拉刀的涂层处理：高速钢条形拉刀刃口锋利，极易崩刃，为了增加表面硬度硬度减少磨损系数增加刀具耐用度，将条形拉刀进行涂前喷砂、去毛刺、清洗处理后，放进涂层炉内按涂层操作工艺规程进行涂层，涂层厚度为2～3μm。
2.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(2)条形拉刀的各平面加工中，先用数控平面铣床粗加工条形拉刀四面，去除坯料余量，去除坯料锻打缺陷和退火黑皮，减小条形拉刀弯曲，条形拉刀四面平面度小于0.15mm，条形拉刀二端齐平；粗加工条形拉刀后，数控平面磨精磨条形拉刀，先磨条形拉刀侧面即宽平面，二侧面多次翻面磨，进一步减小条形拉刀弯曲，使得二侧面平面度小于0.05mm，使用精密平口钳夹住条形拉刀二侧面后，磨条形拉刀上下二面，使得条形拉刀上下二面与侧面的垂直度误差小于0.015mm；
所述步骤(5)条形拉刀的齿部容屑槽加工中，在精密数控立式铣床上分别铣长条形拉刀和短条形拉刀的容屑槽；其中，长条形拉刀的一个容屑槽距长条形拉刀后端面的距离误差小于0.03mm，齿距累积误差小于0.05mm，且各个容屑槽槽深余量在0.3mm～0.4mm之间；短条形拉刀的二侧的最后一个容屑槽距短条形拉刀后端面的距离误差小于0.03mm，且齿距累积误差小于0.05mm，各个容屑槽槽深余量在0.2mm～0.3mm之间。
3.根据权利要求2所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(3)条形拉刀的安装孔加工中，在条形拉刀底面钻孔、攻丝，为保证孔位准确，在精密数控加工中心上，首先找正条形拉刀的侧母线至0.02mm内并装夹固定，以条形拉刀后端面和一侧面为加工基准，钻孔前先用定心钻点孔，再钻孔，最后攻丝；由于条形拉刀在制造过程中安排有热处理，受热处理影响，热处理后孔距要增大，根据预先进行的加工试验所得到的热处理后孔距要缩小千分之一点五至千分之二之间的数据，在确定钻孔位置时预先进行位置的补偿修正再钻孔，以保证后续热处理后的孔距尺寸；攻丝后用螺纹通止规复检，保证螺孔尺寸达标。
4.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(6)条形拉刀的热处理中，条形拉刀于盐浴炉中进行淬火和回火，淬火前二次预热，预热温度分别450℃和850℃，淬火后二次分级冷却，第一次620℃冷却时及时校直，回火后再进行热校直，以获得优异的拉刀直线度。
5.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(6)条形拉刀的热处理之后且在所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理之前，将条形拉刀置于240℃～260℃的井式炉中保温12小时的时效处理以减小热处理应力；所述步骤(7)条形拉刀的稳定性处理中，采用低温炉并使用液氮为冷却介质，将条形拉刀置于液氮冷却-185℃以下的低温炉内进行低温处理以使得条形拉刀能长期保持精度与良好的性能；所述步骤(6)～步骤(11)的每一精磨加工步骤之后，分别将条形拉刀置于150℃～170℃的油炉中进行低温时效处理，保温12小时以去除磨削过程中产生的表面应力，注意条形拉刀在井式炉和油炉中采用吊放以防止弯曲。
6.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(8)条形拉刀二侧面和底面的精磨加工中，在精密数控平面磨床磨条形拉刀基准，磨条形拉刀时分粗磨、半精磨和精磨，粗磨余量0.25mm，半精磨余量0.1mm，精磨余量0.05mm，每磨一次去一次应力，以消除磨削应力，砂轮选用大气孔磨削力较佳的陶瓷砂轮，多次翻面磨平面，并控制磨削用量，减少磨削变形，采用可调磁力平台，平台侧面吸条形拉刀侧面，磨条形拉刀底面，条形拉刀底面相对于侧面的垂直度误差小于0.01mm。
7.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(9)条形拉刀齿部容屑槽、前刃面及后刃面的精磨加工中，在高精度数控拉刀磨上磨条形拉刀容屑槽、前刃面及后刃面，前刃面与槽底圆滑过渡，前刃面表面粗糙度Ra0.8μm，后刃面表面粗糙度Ra0.4μm，长条形拉刀的最后一个容屑槽距条形拉刀后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，短条形拉刀的二侧最后一个容屑槽距条形拉刀后端面的距离误差小于0.02mm，齿距累积误差小于0.01mm，条形拉刀切削齿刃带小于0.05mm，校正齿刃带0.2～0.3mm，刃带宽度一致，不允许有宽窄。
8.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(4)条形拉刀二侧面和顶面齿形加工中，使用数控卧式铣床在热处理前粗铣长条形拉刀和短条形拉刀的齿形；铣齿前先铣条形拉刀的试样，试样合格后再铣条形拉刀；铣加工时长条形拉刀置于专用夹具中，分别铣二侧面齿形，其二侧齿形有倒锥；短长条形拉刀置于平口钳中，同时铣顶面和二侧面齿形，其齿形没有倒锥，控制齿形余量在0.5～0.6mm之间。
9.根据权利要求1所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述专用夹具包括夹具体和设置在所述夹具体上用于定位条形拉刀的直角缺口、用于压紧所述条形拉刀的压板、设置在所述压板上的压紧螺钉；其中，所述夹具体设置在可调角铁上从而使得所述夹具体的角度可调整，所述压板与所述直角缺口之间形成一平行槽口，所述平行槽口相对于水平方向倾斜一定的角度。
10.根据权利要求9所述的一种外齿拉刀的制造工艺，其特征在于，所述步骤(10)长条形拉刀二侧面齿形的通磨加工和步骤(11)条形拉刀的铲磨中，所述专用夹具上的平行槽口相对于水平方向倾斜30～40度，以使得条形拉刀齿形在精磨加工时所使用的砂轮各点的修正量控制在不大于0.25mm的范围内。
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