01  引言

　　齒輪端面棱邊倒棱加工是針對(duì)齒輪的齒形在初加工后形成的尖角進(jìn)行的小倒角加工，具有降低齒輪嚙合噪聲、提高嚙合精度、減少熱處理應(yīng)力集中、美化齒輪外形和避免劃傷等作用。

　　對(duì)于盤類齒輪，可使用銼滾刀、片狀砂輪對(duì)其端面的棱邊進(jìn)行倒棱加工。對(duì)于雙聯(lián)齒輪由于沒(méi)有足夠的回轉(zhuǎn)空間，可以使用盤狀擠棱刀進(jìn)行加工。盤狀擠棱刀的缺點(diǎn)是制造難度大、價(jià)格高、調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)，且機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜購(gòu)置價(jià)格高。本文所述盤狀銼齒齒輪倒棱刀由于刀具本身制造比較容易、對(duì)設(shè)備沒(méi)有特殊要求、倒棱效果好、棱邊均勻、沒(méi)有毛刺，因此是齒輪端面棱邊倒棱的理想刀具。

　　02  盤狀銼齒齒輪倒棱刀加工原理

　　盤狀銼齒齒輪倒棱刀的加工原理與珩齒加工相似，切削過(guò)程類似于銼刀的銼削加工。加工過(guò)程中，倒棱刀的軸線與被加工零件齒輪的軸線平行。在刀具與齒輪嚙合過(guò)程中，利用其齒面間的相對(duì)滑動(dòng)和軸向進(jìn)給壓力對(duì)棱邊進(jìn)行切削加工。整個(gè)加工過(guò)程對(duì)機(jī)床無(wú)特殊要求，操作方便，只需在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中施以軸向微量進(jìn)給，旋轉(zhuǎn)數(shù)周即可完成倒棱加工。切削加工過(guò)程不需液體冷卻，如有條件可使用壓縮空氣進(jìn)行風(fēng)冷的同時(shí)去除銼齒面上和零件表面的鐵屑，效果更好。

　　03  盤狀銼齒齒輪倒棱刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　盤狀銼齒齒輪倒棱刀結(jié)構(gòu)如圖1所示，被加工齒輪同一輪齒的兩個(gè)棱邊是兩個(gè)呈 V 形的切削面。切削面的每個(gè)斷面是由同一基圓形成的漸開(kāi)線齒面，兩個(gè)齒面分別形似左旋和右旋圓柱斜齒輪的齒面。

圖1 盤狀銼齒齒輪倒棱刀結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于直齒輪或是斜齒輪齒廓倒棱，倒棱刀的齒形模數(shù)與被倒棱齒輪的齒形模數(shù)是相同的，即：m_刀 =m_齒 。

　　對(duì)直齒或斜齒圓柱齒輪倒棱，倒棱刀的 V 形切削面角度有所不同。加工直齒圓柱齒輪的齒廓棱邊時(shí)，倒棱刀的任意兩個(gè)切削面是對(duì)稱的;加工斜齒圓柱齒輪的齒廓棱邊時(shí)，倒棱刀兩切削面應(yīng)根據(jù)斜齒輪的螺旋角而定。

　　直齒圓柱齒輪的齒廓棱邊倒棱刀設(shè)計(jì)：對(duì)直齒圓柱齒輪的齒廓棱邊倒棱時(shí)，齒廓棱邊倒角為45°，盤狀銼齒齒輪倒棱刀 V 形切削面由兩個(gè)螺旋角45°、旋向相反的斜齒輪齒面相交而成，相交后的兩個(gè)切削面夾角為90°，與直齒圓柱齒輪的兩個(gè)輪齒的齒廓棱邊接觸倒角后的角度是45°，如圖1所示。

　　斜齒圓柱齒輪的齒廓棱邊倒棱刀設(shè)計(jì)：

　　斜齒圓柱齒輪的齒廓銳角棱邊倒棱刀設(shè)計(jì)

　　對(duì)左旋或右旋斜齒圓柱齒輪倒棱，如果只對(duì)銳角棱邊倒角，則盤狀銼齒齒輪倒棱刀只需將一個(gè)方向的齒面加工成切削面。如被倒角斜齒圓柱齒輪的螺旋角為β，則盤狀銼齒斜齒輪倒棱刀切削面與軸線的角度為(45°-β/2)，旋向與斜齒輪螺旋角相反;另一個(gè)方向的齒面為非切削面，非切削面與軸線的角度為β，旋向與斜齒輪螺旋角相同。倒棱刀模數(shù)與被倒角斜齒輪模數(shù)相同。右旋斜齒輪進(jìn)行倒棱的倒棱刀切削面角度如圖2所示，左旋與此相反。圖2中的γ為斜齒圓柱齒輪的齒面與端面夾角的平分角。

　　圖2 對(duì)右旋斜齒輪進(jìn)行單側(cè)倒棱的倒棱刀切削面角度

　　斜齒圓柱齒輪齒廓雙側(cè)棱邊倒棱刀設(shè)計(jì)

　　對(duì)斜齒圓柱齒輪齒廓的銳角棱邊和鈍角棱邊都進(jìn)行倒棱加工，則將盤狀銼齒齒輪倒棱刀兩個(gè)方向的齒面都加工成銼齒切削面。兩個(gè)切削面的角度分別為：倒銳角棱的邊切削面與軸線的角度為(45°-β/2)，旋向與斜齒輪螺旋角相反;倒鈍角棱邊的切削面與軸線的角度為 (45°+β/2)，旋向與斜齒輪螺旋角相同。倒棱刀模數(shù)與被倒角斜齒輪模數(shù)相同。對(duì)右旋斜齒輪進(jìn)行倒棱的倒棱刀切削面角度如圖3所示，左旋與此相反。

　　圖3 對(duì)右旋斜齒輪進(jìn)行雙側(cè)倒棱的倒棱刀切削面角度

　　盤狀銼齒齒輪倒棱刀的刀體設(shè)計(jì): 盤狀銼齒齒輪倒棱刀的刀體結(jié)構(gòu)如圖4所示。盤狀銼齒齒輪倒棱刀刀體主要尺寸與被倒棱齒輪相關(guān)聯(lián)。設(shè)倒棱刀參數(shù)如下：刀齒模數(shù)為 m_刀 ，齒頂圓直徑為D_a，齒根圓直徑為D_f，分度圓直徑為D，齒部切削部分高度為 H₁，齒部整體高度為 H₂。并設(shè)被倒棱齒輪參數(shù)如下：模數(shù)為m齒 ，齒數(shù)為Z齒 ，壓力角α=20°， 齒頂高系數(shù)h_a=1，齒頂隙系數(shù)c_n=0.25。刀體主要尺寸與被倒棱齒輪尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系如下：

　　其中：n≥3，n為自然數(shù)。

　　上述關(guān)系式 D_a、D_f、D 計(jì)算公式中的“±”運(yùn)算符號(hào)選取應(yīng)一致，一般情況下倒棱刀直徑 D_a ≤200mm 為宜，式中的“±”取正號(hào);如需 D_a >200mm 時(shí)，D_a、D、D_f 關(guān)系式中的“±”取負(fù)號(hào)。

　　圖4 盤狀銼齒齒輪倒棱刀的刀體結(jié)構(gòu)

　　以上主要介紹了直齒輪齒廓銼齒面倒棱刀的外形結(jié)構(gòu)和刀具尺寸與被倒棱齒輪尺寸的關(guān)聯(lián)關(guān)系。斜齒輪齒廓倒棱刀可照此按斜齒輪計(jì)算公式設(shè)計(jì)。

　　04  盤狀銼齒齒輪倒棱刀制造

　　直齒輪銼齒面齒廓倒棱刀的銼齒面是由兩個(gè)旋向相反、螺旋角為45°的漸開(kāi)線螺旋面相交而成，如圖5所示。對(duì)于漸開(kāi)線螺旋面，可以用加工中心通過(guò)編程逐一對(duì)單個(gè)螺旋面進(jìn)行加工;也可以通過(guò)用近似圓弧代替螺旋面，用特制的成型刀加工。斜齒輪銼齒面齒廓倒棱刀每個(gè)齒的兩個(gè)螺旋面角度不同，只能逐一對(duì)每個(gè)齒的一側(cè)螺旋面加工之后再加工另一側(cè)。直齒輪銼齒面齒廓倒棱刀，兩側(cè)螺旋面角度皆為45°，可以找最接近的替代漸開(kāi)線的近似圓弧，即可以同時(shí)加工相互對(duì)稱的兩個(gè)漸開(kāi)線螺旋面，如圖6所示，圓環(huán)線1為近似度較高的圓弧，可同時(shí)替代兩個(gè)齒的漸開(kāi)線，圓環(huán)線2、3為螺旋面的加工界限。

　　圖5 倒棱刀的銼齒面螺旋角

　　圖6 同時(shí)加工對(duì)稱的兩個(gè)漸開(kāi)線螺旋面

　　圖7為直齒輪齒廓銼齒面倒棱刀的加工示意圖，依次按Z齒/360°的等分角度完成輪齒兩側(cè)螺旋面的加工。按圖8所示的加工方法，用片狀漸開(kāi)線銑刀依次銑削兩個(gè)螺旋面之間的多余部分。之后，在每一個(gè)螺旋面上加工銼齒網(wǎng)紋，最后按刀具選擇的材料進(jìn)行熱處理(刀具材料可以選用 W18Cr4V 等材料)，得出倒棱刀主體外形(如圖5所示)。

　　圖7 直齒輪齒廓銼齒面倒棱刀的加工示意圖

　　圖8 成形砂輪倒棱刀