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精密蜗轮剃齿刀制造新工艺

欧阳志喜

宁波双林汽车部件股份

摘要：本文介绍一个采取电火花成型加工蜗轮剃齿刀容屑槽新工艺，为在机械行业中推广采取剃齿工艺加工蜗轮发明了条件。

关键词：蜗轮、剃齿刀、电火花、容屑槽

高精度蜗轮传统精加工工艺是剃齿滚切加工，精度为国家标准GB/T10089-885～6级精密分度蜗轮，其轮齿在用蜗轮滚切加工后，要求经过采取高精度剃齿刀对蜗轮进行精剃加工。

蜗轮剃齿刀形状和关键尺寸（如模数、头数、齿形角、螺旋升角、旋向、导程、分圆直径等）全部同原配对蜗杆一样，和蜗杆所不一样处仅在其螺纹表面上开出很多小容屑槽，以形成切削刃，图1所表示[1]。当它和蜗轮啮合时，因为啮合副齿面间很大滑移，这些小容屑槽形成一个个刀刃便从蜗轮齿面上剃下很薄一层层切屑。

用蜗轮剃齿刀作为精切蜗轮刀具关键优点是，剃齿刀齿形和蜗杆齿形一致性轻易确保。因为磨削剃齿刀牙形时，是和蜗杆在同一台蜗杆（或螺纹）磨床上，在机床（和砂轮）同一次调整（和修整）情况下磨出。所以用此剃齿刀剃出蜗轮和蜗杆配合时，接触精度很高，接触面在齿长和齿高方向全部轻易达成85%以上。而用蜗轮滚刀则没有这么好条件，尽管在设计和制造滚刀时，全部努力争取使其切削刃在基础蜗杆螺旋面上，也就是努力争取使滚刀齿形和蜗杆齿形一致，但滚刀齿面是由铲齿形成，而不像剃齿刀那样是和蜗杆一起磨出来，故难以作到像剃齿刀那样愈加符合蜗杆齿形要求。

但以上所述做法，在组织生产中也是极难作到。因为这类蜗轮剃齿刀两侧螺纹面上开有很多小容屑槽，需要采取一个专用插槽机床将刀坯上容屑槽插削加工成型。所以，在中国只有少数几家刃具厂才能制造出这种精密蜗轮剃齿刀；所以蜗轮剃齿刀价格十分昂贵。另外，蜗轮配对蜗杆是由齿轮生产厂家自行组织加工，根本不可能实现蜗轮剃齿刀和蜗杆牙形在同一台磨床上，同一次调整条件下进行磨削加工。这种外协生产蜗轮剃齿刀牙形，和生产厂家加工蜗杆牙形是不可能作到完全一致。因为剃齿刀制造工艺复杂、价格昂贵、蜗轮铲磨剃削质量等极难达成预期效果，使得这种剃齿工艺无法取得广泛采取。

假如生产厂家能找到一个采取通用加工工艺来完成剃齿刀容屑槽加工，实现自行制造高精度剃齿刀，则就可能为这种蜗轮精密剃齿工艺实施大开其方便之门。参考文件[2]介绍了重庆前卫仪表厂利用自行研制晶体管铲磨机，采取“全电火花”工艺铲磨加工A级JB2497-78全切式整体硬质合金渐开线滚刀。这种滚刀对于塑料齿轮专业厂所需加工齿轮电极用滚刀制造提供了极大方便。

图1精密蜗轮剃齿刀

本文将介绍宁波双林汽车部件股份传动厂于自主科技创新，采取EDM电火花工艺完成剃齿刀容屑槽成型加工，并取得了完满成功，特将这一结果和齿轮界科技同行们共同分享。

一、蜗轮剃齿刀制造新工艺

EDM电火花机和线切割机已经成为现代模业最关键加工手段，这类电加工机床已经遍布到中国机械制造业中大小生产厂家。怎样利用这类电加工机床实施剃齿刀容屑槽成型加工，现简述以下：

(1)蜗轮剃齿刀采取W6Mo5Cr4V2煅打坯料，除剃齿刀容屑槽外，其它加工工序均和原一般剃齿刀相同。但要求剃齿刀基础蜗杆螺纹牙形，按剃齿刀设计要求和蜗杆同批、同机台一次磨削加工完成；

(2)依据图1所表示蜗轮剃齿刀小容屑槽几何形状和尺寸要求，设计电火花成型加工用紫铜齿条电极。图2所表示电极，是采取一般线切割机成型切割加工完成；

(3)在一般国产EDM电火花机上，采取一般分度头夹持剃齿刀芯杆，校正电极和剃齿刀相对位置。为了提升加工效率和降低容屑槽表面粗糙度，可实施粗-中-精电规准和水平摇动电加工。每加工完成一排容屑槽后，每加工完一排容屑槽后，可经过分度头分齿；

(4)由钳工采取夹持金刚石指形砂轮电动磨头，按剃齿刀容屑槽形状几何和尺寸要求开出后隙面。假如蜗轮剃齿刀模数较小，可采取金刚石锉刀进行手工修锉成型刀刃后隙面。也能够设计一个专用齿条电极，采取电火花成型工艺来完成剃齿刀后隙面加工。

图2电火花成型加工蜗轮剃齿刀容屑槽用电极

二、蜗轮剃齿刀设计关键点

(1)蜗轮剃齿刀外径

蜗轮剃齿刀外径应大于蜗杆，方便能切出蜗轮全部有效工作齿廓；但应小于蜗轮滚刀外径，以避免剃齿刀顶刃参与切削，值可用下式计算：

式中——蜗杆外径

(2)剃齿刀分度圆齿厚

剃齿刀分度圆齿厚按下式计算

式中——蜗轮齿厚下偏差

Δ——剃齿刀用钝后重磨量

当对蜗轮副啮合侧隙要求严格时，也可取蜗杆齿厚为剃齿刀实际齿厚减去要求侧隙，以确保蜗轮副在最好状态下工作。

(3)剃齿刀刀刃刃带宽度

依据参考文件[2]介绍：要求在齿全高上要求保持基础一致，在加工锡青铜蜗轮时可取为，加工球墨铸铁蜗轮时可取为。刃带表面粗糙度取，剃齿刀刃带宽度及