倒角工具(倒角刀)设计、选型与故障对策

倒角刀是一种齿轮形刀具,与已切好的齿轮啮合,沿渐开线挤压齿轮端面的棱边,在短时间内完成倒角。挤压时在端面一侧隆起的毛刺,由一同装配的去毛刺刀同时去除。多用于经滚刀或插齿刀切齿之后的减速机齿轮等。

✎设计与选型方法

点开标题即可显示内容。打印时会全部展开。

加工原理与结构

5
  • 沿渐开线方向挤压已切齿齿轮的端面,在短时间内完成倒角的齿轮形刀具[1][2]
  • 由两个齿轮组装而成,各自的齿面挤压齿形部的端面。被挤压而隆起到端面一侧的部分,由设置在不同位置的两端面去毛刺刀同时去除[3]单一资料·仅供参考
  • 在滚刀或插齿刀加工之后,对齿轮两端的棱边进行滚压(塑性加工)倒角,同时完成前道工序产生的毛刺去除和倒角[2][4]
  • 成形(挤压)倒角是用与工件啮合的齿轮形刀具,在齿向的棱边上形成倒角。材料主要流向齿轮端面一侧,再用单刃刀、去毛刺盘、锉盘切削去除[4][5]单一资料·仅供参考
  • 也可集成在带倒角功能的滚齿机上。可集成到剃齿机、强力刮齿机、滚齿机中,与主加工并行或依次进行[3][5]

倒角部位(单侧、双侧)

2
  • 倒角部位有两种类型:仅倒齿面单侧的类型,以及倒左右齿面端面的类型。直齿轮为双侧,斜齿轮为单侧(锐角侧)或双侧[1]单一资料·仅供参考
  • 左右齿面可分别调整。可按修整过螺旋角的齿轮调整倒角尺寸(Gleason)[6]单一资料·仅供参考

倒角形状的选择

3
  • 倒角形状有三种类型:齿顶与齿根倒角量不同的锥形、齿顶与齿根倒角量相同的平行形(仅齿面)、连齿底一并倒角的平行形(齿面+齿底)[1]单一资料·仅供参考
  • 其他公司的资料也列出了三种:平行形、逗号形(comma-shaped)、连齿底倒角的平行形(Liebherr)。Gleason 列出了逗号形、平行形、齿底倒角、锐角/钝角倒角[7][4]
  • 挤压倒角的倒角角度大致为 20〜30°(视用途也有超出此范围的)[4]单一资料·仅供参考

端面倾斜的齿轮与倒角量的调整

3
  • 齿轮端面通常与轴线垂直,但倾斜的端面也能倒角。超过 15° 时需要通过计算确认[1][7]
  • 倒角量通过改变两片刀片的相位来调整。装入偏心销后,可用螺栓调整相位[1]单一资料·仅供参考
  • 刀具以预调好的状态交付,只要齿轮参数和齿宽相同、且与工件形状无碰撞之虞,也可用于其他工件。对于齿宽不同的工件,使用按齿宽配套的刀具,或带刀柄的柔性倒角盘(Liebherr)[7]单一资料·仅供参考

适用的工件与适用范围

4
  • 主要用于模数 5mm 以下的较小圆柱齿轮。速度非常快,也可用于节拍 10 秒以下的行星小齿轮。湿式加工时单件刀具成本最低[5][4]单一资料·仅供参考
  • 也适用于齿根圆径以下几乎没有退刀空间的带轴齿轮[5]单一资料·仅供参考
  • 模数超过 5mm 的齿轮,则采用切削方式倒角(倒角滚刀、飞刀、立铣刀)[4]单一资料·仅供参考
  • 用于汽车和摩托车减速机齿轮的端面倒角[2]单一资料·仅供参考

二次毛刺(齿面一侧的隆起)的处理

3
  • 被挤压的材料有一部分也会流向齿面一侧,形成二次毛刺(隆起)。如果后道是剃齿或蜗杆砂轮磨齿则不成问题,但后道若是珩磨,为保护刀具寿命就需要更好的状态[4][5]单一资料·仅供参考
  • 对策有两种:(1) 使用 180° 为倒角部、其余 180° 为挤光(压平)部的倒角刀,把二次毛刺压入齿面。(2) 把滚齿分成两次,中间插入倒角,由第二次滚齿去除二次毛刺(通常增加 4〜5 秒)[4]单一资料·仅供参考
  • 端面一侧的二次毛刺用去毛刺盘或锉盘去除[6][7]单一资料·仅供参考

其他倒角刀具

3
  • 切削倒角专用刀具:通过仿真针对每种工件专门设计,在工件端面做与滚刀相同的展成运动进行倒角。与普通齿轮刀具一样可以刃磨、重新涂层(尼得科)[2]单一资料·仅供参考
  • 有倒角滚刀(每个齿面一把,工件专用齿形)、用飞刀做轮廓倒角(标准刀片覆盖 m2.5〜8,齿根以下需要退刀空间)、用立铣刀倒角(Gleason)[5][4]单一资料·仅供参考
  • 挤光齿轮:对热处理后的齿轮,用修正过压力角和螺旋角的刀具边压紧边旋转,去除毛刺和磕碰痕的工具。通常以 3 个为一组加工[1]单一资料·仅供参考

为什么需要倒角

1
  • 尖锐的棱边和残留的毛刺经渗碳淬火后变脆,受载时会崩裂,损伤变速器。变硬的毛刺会缩短珩磨等后道工序的刀具寿命。端面用作基准或夹持时,也不允许有毛刺。同时也能防止手持时受伤[4][5]单一资料·仅供参考

⚠故障与对策

点开症状即可显示可能的原因和对策。原因不一定要按从上到下的顺序排查,会因工件、机床、刀具的组合而异。

倒角形状变形、齿顶侧倒角量偏小、外周部等处出现大毛刺[3]

主要原因

  • 刀具与工件接触部位损伤严重(用过头了)
  • 因形状小径化、干式加工等,与刀具寿命相关的使用环境变得严苛

对策

  • 强化刀具材料(现用材料 SUJ2(轴承钢)→ SKH51(高速钢,高硬度化))
  • SKH51+加工表面高硬度化
齿面上残留二次毛刺(隆起),使珩磨刀具寿命下降[4][5]

主要原因

  • 挤压倒角时材料流向齿面一侧

对策

  • 用带挤光部的倒角刀把二次毛刺压入齿面
  • 把滚齿分成两次,中间倒角,由第二次去除二次毛刺

↻重磨与寿命管理

◎刀具检验

☑订货时需确定的事项

向刀具制造商委托报价、制作时需要告知的项目。其中大部分可由齿轮参数表(图纸上的表)确定。

项目为什么需要、如何确定
模数(或 DP)、压力角(必须填写)、齿数、螺旋角(RH/LH)这是与工件啮合并挤压的齿轮形刀具,因此需要工件的齿轮参数[1]
齿顶圆径、齿根圆径(齿根径/齿高/刀具齿顶高)、齿厚(切齿后:弧齿厚/公法线长度 ZM/量棒跨距。双面倒角时为倒角时的齿厚)、变位系数量、齿宽、齿形控制长度(啮合长度/TIF 直径/转角)订货规格书中被加工工件参数的项目[1]
被加工材料与硬度订货规格书的项目。有因干式加工或小径化而使刀具损伤加大的例子[1][3]
倒角形状(平行型/锥型/平行型(齿底倒角))与倒角部位(斜齿轮单侧(锐角面)/斜齿轮双面/直齿轮双面/按工件图)订货规格书中选图指示的项目(对应 MMC 的 3 种倒角形状、2 种倒角部位)[1]
齿轮形状(开放式齿轮/带台肩齿轮(台肩外径、间隙)、端面平行/端面带锥度)倾斜端面超过 15° 时需要通过计算确认。与工件形状不发生碰撞,是刀具可用于其他工件的条件[1][7]
配对齿轮参数(齿数、外径、中心距)订货规格书的项目[1]
刀具齿数(指定,或按公称尺寸 175/200/225/250/300 型委托厂家决定,或以中心距、外径的上下限指定)订货规格书的项目。可指定齿数,也可给出公称尺寸、中心距、外径(以下/以上)后委托厂家决定[1]
刀具材质(SKH51 等)与精度(齿轮旧 JIS 4 级等)材质会改变寿命(有从 SUJ2 改为 SKH51、表面高硬度化来改善寿命的例子)[1][3]
啮合齿轮(需要/不需要)与轻量化(委托/指定)订货规格书的项目[1]
孔与键的形状(孔径 φ、键宽、R、C)与安装形式(TYPE-1〜3、其他)订货规格书的项目(安装形式从图中的 TYPE-1〜3 中选择,或指示其他形式)[1]

⚙其他齿轮加工刀具

📚参考资料

未标注的数值,是在 2 份以上不同发行方的资料中一致的数据。材种名、涂层名为制造商的商品名,未做制造商之间的比较。“p.”指三菱综合材料目录(C004J-H)的正文页码。

  1. 三菱综合材料《齿轮加工刀具/拉刀 综合样本 C004J-H(2015)》
  2. 尼得科机床《精密切削刀具 倒角工具(产品页面)》
  3. 尼得科机床《切削刀具专题:倒角刀的寿命》
  4. Gear Technology (AGMA Media) / Gleason《G. Klein “Chamfering and Deburring – the Underrated Process”(2016 年 8 月号)》
  5. Gear Technology (AGMA Media) / Gleason《G. Klein “The Evolution of Gear Chamfering”(2018 年 9/10 月号)》
  6. Gleason《Chamfer Rolling and Deburring(产品页面)》
  7. Liebherr-Verzahntechnik「Precise and productive. Gear tools (brochure PDF)」