滚刀设计、选型与故障对策
滚刀是在蜗杆上开出切削刃的铣刀，随着滚刀旋转带动被加工齿轮转动，并沿齿向进给，从而展成齿形。除进给外全是旋转运动，因此生产率高于其他齿轮加工刀具。从平直齿轮、斜齿轮的预加工到精加工都能使用，另有齿条、链轮、花键、蜗杆专用滚刀，以及热处理后使用的硬质合金滚刀。
✎设计与选型方法
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滚刀的切削原理与安装角
3
基准齿条（模数、压力角、齿高）的确定
7
- 齿轮的基准齿条一定，刀具的基准齿条也就确定了。刀具的齿形用齿顶高 hkc、齿根高 hfc、齿厚 Sc、全齿高 hc 表示。[1]单一资料·仅供参考
- JIS（压力角 20°）：刀具 hkc 1.25m、hfc 1.25m、Sc 0.5πm、hc 2.25m（齿轮侧 hkg 1m、hfg 1.25m、Sg 0.5πm）。[1]单一资料·仅供参考
- DIN（20°）：刀具 hkc 1.1m〜1.3m、hfc 1.1m〜1.3m、Sc 0.5πm、hc 2.1m〜2.3m。[1]单一资料·仅供参考
- 预剃（20°）：刀具 hkc 1.35m、hfc 1.25m、Sc 0.5πm−Ss、hc 2.35m（齿轮侧 Sg 0.5πm+Ss）。[1]单一资料·仅供参考
- Fellows 低齿（20°）：刀具 hkc 1.25m₂、hfc 1.25m₂、Sc 0.5πm、hc 2.25m₂。模数以 m₁/m₂ 表示，m₂ 是计算齿高所用的模数。AGMA STUB：hkc 1m、hfc 1m、hc 1.8m。SYKES（人字齿）：hkc 1.15m、hfc 1m、hc 1.95m。[1]单一资料·仅供参考
- 剃齿余量推荐值（按齿厚）：mn≦2.25 为 0.05〜0.08，2.25<mn≦3.5 为 0.06〜0.10，3.5<mn≦5 为 0.08〜0.12，5<mn≦12 为 0.10〜0.15。[1]单一资料·仅供参考
- 滚刀的压力角可以与基准压力角不同来设计（变位设计：改变切齿节圆直径（PCD），以不同于基准压力角的压力角设计滚刀的齿条齿形）。在不二越的案例中，压力角 20° 的滚刀产生的后随侧（trailing）齿根齿面伤痕，改用变位设计为压力角 15° 的滚刀后消除了（干式、顺铣）。[2]单一资料·仅供参考
齿形修形（凸角、半修顶）的选择
5
- 刀具齿形代号（依据 JIS B4350）：P＝预剃齿形（齿厚按剃齿余量相应减薄，齿顶高度增高。一般用于被加工齿轮齿数较少的情形）。PP＝齿顶带凸角（protuberance，凸起）。PS＝带半修顶（倒角）。PSP＝同时带凸角和半修顶。S-TOP＝精加工用的半修顶齿形。预磨用为 (PG)(PGP)(PGS)(PGSP)。[1]单一资料·仅供参考
- 代号顺序：第 1 位 P（Pre-shaving）或 PG（Pre-grinding），第 2 位 S（Semi-topping），第 3 位 P（Protuberance）。精加工用仅有 S-TOP。[1]单一资料·仅供参考
- 带凸角的滚刀（凸起滚刀）用于经剃齿或磨削精加工的齿轮的预加工。使剃齿（磨削）时，剃齿刀（砂轮）的齿顶部不与被加工齿轮齿根的圆角发生干涉。[1]单一资料·仅供参考
- 凸角的大小通常由剃齿余量（磨削余量）和配对齿轮的啮合有效齿高决定。[1]单一资料·仅供参考
- 工件“啮合长度不足”的原因，资料列出了滚刀齿高不足、滚刀刀尖 R 过大、滚刀刀尖凸起形状不良、设计错误。[3]单一资料·仅供参考
带倒角滚刀的倒角量与共用
4
被加工齿轮的齿数与变位系数带来的限制
2
头数的确定
7
- n 头滚刀每转一圈分度 n 个齿距，所以能以单头滚刀 n 倍的速度加工。但每个刀齿的切削负荷增大，进给需要略微降低，不可能简单地按头数倍提高效率。[1]单一资料·仅供参考
- 多头化后，被加工齿轮每个齿的精加工切削刃数减少，齿形多边形误差增大（齿形多边形误差与头数的平方成正比）。切削负荷也增大，滚齿机刚性低时容易出现齿向弯曲。尼得科的资料也指出，头数增加后滚齿精度容易降低一级，更容易崩刃。[1][5]
- 多头滚刀的切屑变厚变短，切屑与前刀面的接触位置远离切削刃口，可抑制刃口后退和崩坏，寿命得以提高。若以相同效率加工，可降低切削速度和进给量，有望获得更长寿命（但若不是刚性高的滚齿机，有时得不到足够效果）。[1][5]
- 三菱综合材料的标准：一般多头化的极限为“工件齿数÷6 以下”（例：齿数 12 时最多 2 头），且滚刀导程角 10° 以下。生产线上的实绩为最多 6 头。[1]单一资料·仅供参考
- 尼得科的参考值：取“（工件齿数÷头数）≧ 9”，极限值也因滚齿机而异。多头滚刀原则上“工件齿数÷头数”不能整除。增加头数时，注意“头数×轴向进给速度（mm/t.rev.）”不要超过 8。[5]单一资料·仅供参考
- 尼得科的头数、容屑槽数设定标准：工件齿数 NT20 以下 → 1 头 10〜12 槽（精加工、PS），2 头 12〜14 槽（PS）。NT20 以上 → 1 头 10 槽（精加工、PS），2〜3 头 12〜14 槽（PS），4〜5 头 14〜17 槽（PS）。[5]单一资料·仅供参考
- 减少头数时：滚齿精度（齿形、齿距）变好，滚刀自身精度也容易保证，滚刀价格降低。反面是难以提高加工效率，只能采用高速切削，对刀具磨损不利。增加头数则滚刀价格上升。[5]单一资料·仅供参考
容屑槽数的确定
4
外径、全长的确定
5
- 外径通常使用样本中的标准尺寸。若与工件（带台肩齿轮）或滚齿机等有干涉，则选择不干涉的直径。[1]单一资料·仅供参考
- 小径化后可在不改变切削速度的前提下提高转速，有望提高效率。注意事项是有效刃宽变小、导程角变大。有时需要更改孔径（滚刀心轴径）。[1]单一资料·仅供参考
- 全长通常使用样本中的标准尺寸。批量生产时加长，可窜刀范围变宽，每次重磨的加工数量增多。可加工数量按窜刀范围的比例而不是全长的比例增加，因此加工数量增加得比全长比例还多。窜刀范围小的大齿数、大模数工件效果更大。[1]单一资料·仅供参考
- 更改全长时，要事先确认滚齿机规格和窜刀时的干涉等。窜刀开始位置和完成位置都必须在机床的可窜刀范围内。[1][6]
- 滚刀外周切削刃的作用长度，随被加工齿轮的直径、螺旋角、滚刀外径、滚刀导程角、滚齿方式而变（例：β=30°、2 头滚刀、顺滚，按齿轮外径与滚刀外径 d0 60〜115 给出的作用长度图表）。[7]单一资料·仅供参考
前角与容屑槽导程的确定
5
- 前角通常取 0°。滚刀的前刀面沿径向刃磨，理论上就能出现正确的齿形，因此给前角或刃磨成中凸，会造成压力角或齿形的偏差（被加工齿轮的齿形误差）。[1][8]
- 有时为提高切削性能而给前角，但效果因情况而异。给了前角，月牙洼磨损会变浅，但最深处有靠近刃口的倾向。[1]单一资料·仅供参考
- TiN 涂层滚刀的试验中，切削速度 100m/min 时前角的效果显著，但在 130、160m/min 的高速下未见效果。前角越大的滚刀，月牙洼深度（KT）越浅，但月牙洼最深处到齿顶切削刃的长度（KM）变短，造成齿顶切削刃后退。[1]单一资料·仅供参考
- 尼得科在图纸和刻印上明确标注前角（前角为 0° 时不标注）。[9]单一资料·仅供参考
- 容屑槽导程：导程角变大时，从刀具形状上讲理想的是按齿的法向给容屑槽导程，但重磨难度会升高。对齿条滚刀这类沿全长方向切削时机相同的刀具，则是有效（必要）的。[1]单一资料·仅供参考
材质与涂层的选择（滚刀）
8
- 三菱综合材料的标准：材质方面，一般加工用 KMC3，高速湿式加工用 KVC5，高速干式加工用 DH01B。涂层方面，中低速湿式加工用 Violet（紫色）或 Ti 涂层，高速干式加工用 DP 涂层，超高速干式加工用带前刀面涂层的 GV40 或 DP 涂层。[1]单一资料·仅供参考
- 三菱综合材料的切削速度参考（图）：湿式、无前刀面涂层用 TiN／Violet（约 50〜120m/min），湿式、有前刀面涂层用 GV40（约 100〜150m/min），干式、无前刀面涂层用 DP（GV50）（约 100〜180m/min），干式、有前刀面涂层用 GV40（约 100〜200m/min）、DP（GV50）（约 200〜300m/min）。[1]单一资料·仅供参考
- 尼得科的选择图（滚刀，材质）：约 50m/min 以下、低硬度用 SKH55、SKH51、MAC B。〜150m/min 用 MACH11、MACH7、MACH5(wet)、MAC C(wet)，高硬度（HB220 以上的非调质钢等）用 MAC B(wet)、MACH13。150〜300m/min 时，渗碳钢（〜HB180）用 GRANMET SF、MACH11，硬度更高用 MACH11，硬度再高用 MACH13。[10]单一资料·仅供参考
- 尼得科的选择图（滚刀，表面处理）：〜100m/min、低硬度用黑色 Dynamic，〜150m/min 用 Super Dry Ⅰ、Ⅱ，〜200m/min 用 Super Dry Ⅲ（全涂层），〜300m/min、HB300 以内用 MightyShield Σ（全涂层）。[10]单一资料·仅供参考
- 尼得科的 GRANMET SF：耐热性（高温硬度）和耐磨性优异，用于应对月牙洼磨损。宣称可适应与硬质合金滚刀相当的 300m/min 以上切削速度。案例（m2.25、齿数 46、PA17.5°、螺旋角 23°、SCM415、3 头 16 槽、Super Dry Ⅲ、400m/min、轴向进给 1.7mm/rev、干式、不窜刀 40 件。滚刀材质记载为 GRANMET SF 和 MACH11）称“切削长度 4 倍”“磨损减少 40%”。[11]单一资料·仅供参考
- 尼得科的 MACH13：提高了抗崩刃性、用于应对崩刃的钢种，湿式、干式两用。该公司的定位是 SKH55＝通用材料（Wet），MACH5＝标准材料（Wet），MACH7＝标准材料（Dry）。[12]单一资料·仅供参考
- 干式滚齿时，切削油的润滑、冷却和排屑作用没有了，因此干式用滚刀需要高润滑性能、高耐热性，以及不会夹屑的高排屑性。据不二越的分析，渗碳材干式滚齿的切削温度，150m/min 时最高约 800℃，250m/min 时最高约 900℃，认为基体和涂层需要 900℃ 以上的耐热性。[2]单一资料·仅供参考
- 有前刀面涂层时，被高温切屑刮擦前刀面而挖出的月牙洼磨损出现得较晚。只要通过重磨、重新涂层使前刀面始终带有涂层，就能稳定地进行 V=200m/min 以上的高速干式滚齿（不二越的 Hyper DuAl 滚刀）。[2]单一资料·仅供参考
精度等级的选择
3
切削速度与进给量的确定
2
窜刀的确定（范围、量、方向、方法）
7
- 滚刀的磨损在切入侧（粗切区）的刀齿上最大，该磨损量决定重磨时机。因此每隔一定的切削长度，就把滚刀的设定位置沿滚刀轴向移动，把最大磨损分散到各个刀齿上，在重磨前尽量多加工齿轮（窜刀）。[1][7]
- 滚刀窜刀要正确设定三项：窜刀范围（为防止展成不足和滚刀损坏，要准确设定窜刀位置）、窜刀量（按工件、滚刀、加工条件确定）、窜刀方向（总是新的切削刃来到展成一侧的方向）。[6]单一资料·仅供参考
- 总窜刀量由齿轮加工所需的滚刀长度求得（滚齿机中心线两侧所需的滚刀长度，按齿数、螺旋角分别示于图 10。A：接近侧，B：远离侧）。[1]单一资料·仅供参考
- 窜刀方法比较：每次窜刀（每件一次）＝磨损位置得到分散，但窜刀时间影响节拍。间歇窜刀（每数件一次）＝可缩短节拍，但间歇件数过多有异常磨损之虞。1 齿距窜刀（每滚刀 1 个齿距一次）＝不受滚刀跳动影响，齿厚、齿形稳定，但间歇件数多会异常磨损，少则刀具寿命短。多次窜刀（错开起始位置重复进行）＝磨损位置得到分散，但齿厚、齿形可能因滚刀跳动而改变。[6]单一资料·仅供参考
- 窜刀方向：单向窜刀＝总是向新的切削刃成为展成侧的方向窜刀。到达窜刀端即为寿命终点，或返回起始位置。加工精度理想，但返回要花时间。往复窜刀＝在窜刀端折返使用。刀具寿命长时采用，不需要返回时间，节拍较短。[6]单一资料·仅供参考
- NC 滚齿机上，窜刀范围由自动编程功能自动计算。滚刀外周切削刃的作用长度，严格来说由刀具厂家按各滚刀、各齿轮数据计算。[7]单一资料·仅供参考
- 尼得科的单次窜刀量公式，是把作为展成中心的切削刃依次移到 ①→②→③… 位置的计算式，并不是求能使磨损量最优、加工精度稳定的最佳窜刀量的公式。[6]单一资料·仅供参考
逆滚（conventional）切削与顺滚（climb）切削
2
专用滚刀（齿条、链轮、硬质合金、蜗轮）
6
- 齿条滚刀：加工汽车转向装置（齿轮齿条）中齿条的滚刀。齿条精度影响转向性能，因此需要高精度。特点：齿厚、压力角等齿形精度在数 μm 以内。有 20〜50 个齿，齿距累积误差在 20μm 以内。变齿厚齿条滚刀使各齿的齿厚和齿距每个变化数 μm。[1]单一资料·仅供参考
- 像齿条滚刀这样沿全长方向切削时机相同的情况，给容屑槽导程是有效（必要）的。[1]单一资料·仅供参考
- 链轮滚刀：有链节距（CP）6.35〜38.1 的尺寸表，以及 ASA I 型标准齿形（滚子链公称编号 40〜120）。ASA II 型中 Cl＝0。[1]单一资料·仅供参考
- 硬质合金滚刀：可小径化、多槽化、多头化的整体式。采用高温特性优异、最适合干式加工的 (Al,Ti)N 涂层（Miracle 涂层），可进行 300m/min 以上的超高速加工（三菱综合材料）。通过烧结收缩行为的控制和磨削加工技术，可制造高精度整体硬质合金滚刀。[1]单一资料·仅供参考
- 从工序上看，硬质合金滚齿安排在热处理后的精加工工序（齿轮制造工序图）。作为外齿轮的精加工手段，列出了“硬质合金滚刀：高硬度材料、大齿轮”。[1]单一资料·仅供参考
- 蜗轮滚刀：SAACKE 可制造模数 0.5〜约 20mm、外径 φ32〜200mm、导程角至 45° 的产品，并称在技术设计阶段进行齿面接触（接触斑点）的仿真。[13]单一资料·仅供参考
÷计算公式
滚刀计算器（导程角、窜刀量、进给痕）
导程角 = sin⁻¹（m × Zw ／（外径 − 齿顶高 × 2））。窜刀量是把展成中心的切削刃移到下一个刀齿位置的量，并不是使磨损最优的量（尼得科）。进给痕：齿底 fR = R − √(R² − S²/4)（R＝滚刀半径），齿面 fS = fR × sin α。齿顶高的初始值为 1.25m。
滚刀的安装角（斜齿轮）
滚刀与齿轮螺旋方向相同：φ = β₀ − γ ／ 不同：φ = β₀ + γ[1]单一资料·仅供参考
- φ
- 滚刀的安装角
- β₀
- 齿轮的螺旋角
- γ
- 滚刀的导程角
计算示例 加工直齿轮时，安装角＝γ（图 3）
单次窜刀量（直槽滚刀）
l = Zw × m × π ／（cos γ × i） （尼得科写法：ℓ = Mn × π × z ／（cosγ × i））[1][6]
- l（ℓ）
- 窜刀量 mm
- Zw（z）
- 滚刀的头数
- m（Mn）
- 模数（尼得科为滚刀齿法向模数）
- γ
- 滚刀的导程角 deg
- i
- 滚刀的容屑槽数
计算示例 尼得科：Mn 1.5、γ 3°、z 3、i 16 → ℓ = 1.5×π×3÷cos3.0×16 = 0.88
滚刀的有效窜刀长度
S = l − ( K + 2a )、K = k + k0、a ≒ π / 2 m、k0 = Ca·cosβ / tanαn·cosτ[7]单一资料·仅供参考
- S
- 滚刀窜刀范围 mm
- l
- 滚刀刃长 mm
- K
- 滚刀切削刃作用范围
- k
- 滚刀外周切削刃自展成中心起的作用长度（从图表读取）
- k0
- 自滚刀展成中心起的齿形展成范围（单侧）
- a
- 滚刀余量长度
- Ca
- 滚刀齿顶高
- αn
- 刀具压力角（法向）
- β
- 齿轮的螺旋角
- τ
- 滚刀安装角
计算示例 齿轮 m2.25 PA14.5° NT25 β30° D0 70，滚刀 d0 90 2 头 刃长 l 130 → k=23、k0=13、K=36、a=3.5、S = 130 − (36 + 7) = 87 (mm)
进给痕高度
齿底：fR = R − √(R² − S²/4)，齿面：fS = fR × sinα[1]单一资料·仅供参考
- fR
- 齿轮齿底的进给痕高度
- fS
- 齿轮齿面的进给痕高度
- R
- 滚刀半径 mm
- S
- 进给量 mm/rev
- α
- 压力角 deg
滚齿加工时间
T = Z·l·N ／（F·n·Zw）= Z·N（l₁ + b + l₂）／（F·n·Zw）[1]单一资料·仅供参考
- T
- 滚齿机的切齿时间 分
- Z
- 齿轮的齿数
- l
- 滚刀移动的距离 mm
- N
- 切削次数（切入次数）
- F
- 齿轮每转一圈滚刀的进给 mm/rev
- n
- 滚刀的每分钟转速 min⁻¹
- Zw
- 滚刀的头数
- b
- 齿轮的齿宽 mm
- l₁
- 切入时滚刀移动的距离 mm
- l₂
- 切出时滚刀移动的距离 mm
切入、切出时的滚刀移动距离
直齿轮：l₁ > √(he(dc − he))、l₂ > 0 ／ 斜齿轮：l₁ > √(he((dc + dK − he)/cos²φ − dK))、l₂ > dc·cosβ₀·tanφ / tanαc[1]单一资料·仅供参考
- he
- 滚刀的切入深度（D＋F）mm
- dc
- 滚刀的直径 mm
- dK
- 齿轮的齿顶圆直径（外径）mm
- φ
- 滚刀的安装角
- β₀
- 齿轮的螺旋角
- αc
- 滚刀的压力角
滚刀安装角误差造成的齿厚减小
△W = mn * { sin²γ * (⊿ε)² / (2*tanαn) } * ( g / sin³γ + Z ) （直齿轮的公式。斜齿轮代入虚拟齿数 = Z / cos³β）[4][14]单一资料·仅供参考
- △W
- 齿厚减小量
- mn
- 滚刀的法向模数
- αn
- 滚刀压力角
- Z
- 被加工齿轮的齿数
- γ
- 滚刀导程角
- ⊿ε
- 滚刀安装角误差
- g
- 滚刀头数
- β
- 齿轮螺旋角
计算示例 m2、α20°、滚刀外径 φ80 时：安装误差 15′→齿厚减小 2μm，30′→8μm，45′→18μm，1°→32μm（干式滚齿齿面伤痕对策表）
前角误差造成的压力角偏差
sin⊿α = tanδ·cos2α·tan⊿γδ、tan⊿γδ = tanε·tanαn·cosγ[8][1]
- δ
- 切削刃面未朝向径向的偏差（前角误差）deg
- ⊿α
- 被加工齿轮的压力角偏差
- ⊿γδ
- 滚刀侧面后角
- ε
- 外周后角
- αn
- 法向压力角
- γ
- 滚刀导程角
计算示例 δ = 3° 时 ⊿α = 10′ 的偏差（三菱综合材料的表中，前角误差 1° 时压力角误差约 3′）
径向性（前刀面的中凸、中凹）造成的齿形偏差
⊿tq = (rp / R)·⊿q·tan⊿γδ[8][1]
- ⊿tq
- 被加工齿轮的齿形偏差
- rp
- 滚刀节圆半径
- R
- 任意半径
- ⊿q
- 切削刃面的中凸或中凹量
- ⊿γδ
- 滚刀侧面后角
计算示例 ⊿q = 0.1mm 时齿形偏差 6μm（三菱综合材料的表中，前刀面凸量 0.1mm 时齿形误差也约 6μm）
容屑槽分度误差的计算（JIS B4355 试验编号 5-6 的简易测量）
Avg = (No.1 + No.2 + … + No.n)/n、S1 = Avg − No.1、S2 = Avg − No.2 …。单一分度误差 = S 绝对值的最大值。累积分度误差 = S1、S1+S2、S1+S2+S3 … 的最大值−最小值[15]单一资料·仅供参考
- No.k
- 第 k 个槽上测头 A 的读数
- n
- 容屑槽数
- S
- 平均差值
计算示例 16 槽滚刀的测量例：单一分度误差 4.7μm，累积分度误差 9.8μm
径向性测量用量块高度
量块高度 = 顶尖中心高度(H) − 前角偏移量，中心高度(H) = hm −（D/2）[9]单一资料·仅供参考
- H
- 顶尖中心高度
- hm
- 直棒顶点的高度（与量块比较测量）
- D
- 直棒的外径
计算示例 前角不为 0° 时要改变量块高度
链轮滚刀的标准齿形（ASA I 型）
Pn = 1.011P、Cl = 0.07(P − Dr) + 0.05、Ds = 1.005Dr + 0.08、C = 0.287Ds、H = 0.27P、E = 0.03P[1]单一资料·仅供参考
- P（CP）
- 链节距
- Dr
- 滚子直径
- Pn
- 滚刀齿距
- Ds
- 齿底圆弧的直径
- Cl, C, H, E
- 齿形尺寸（见图）
计算示例 公称编号 40：CP 12.70、Dr 7.94 → Pn 12.84、Cl 0.38、Ds 8.06、C 2.31、H 3.43、E 0.38（ASA II 型中 Cl＝0）
⚠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。
齿形误差大、齿形波纹大[1][3]p.21
主要原因
- 滚刀的容屑槽分度误差（切削刃面齿距不良）
- 滚刀的齿向误差
- 滚刀安装不良（在滚刀心轴上的安装精度不良）、轮毂跳动
- 滚刀轴向窜动
- 孔径过大
- 滚刀齿形不良
对策
- 确认重磨时的分度误差
- 确认滚刀的齿向（旋转齿距）误差
- 在滚刀心轴上确认滚刀的偏心（跳动）
- 确认滚刀轴的轴向推力和前轴瓦的损伤
压力角误差大、齿形倾倒[1][3]p.21
主要原因
- 滚刀的前角误差
- 滚刀的压力角误差（滚刀齿形不良）
- 滚刀径向性不良
- 超出滚刀有效刃宽使用
- 轮毂跳动
- 齿轮安装不良
- 测量误差（测量工件时的工件跳动）
对策
- 确认重磨时砂轮的偏移量是否正确
- 确认滚刀的压力角
- 确认有效刃宽与剩余刃宽
- 确认齿轮的倾斜与齿轮端面的跳动
- 确认测量机的数据以及在测量机上的安装
啮合长度不足[3]
主要原因
- 滚刀齿高不足
- 滚刀刀尖 R 过大
- 滚刀刀尖凸起形状不良
- 设计错误
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
工件齿距不良[3]
主要原因
- 轮毂有跳动
- 齿向精度不良
- 切削刃面齿距不良
- 滚刀在滚刀心轴上的安装精度不良
- 测量工件时的工件跳动
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
多头滚刀出现齿圈径向跳动（齿距误差）[1]p.20
主要原因
- 多头滚刀的切削刃面齿距误差，会直接变成齿距误差
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
工件导程不良[3]
主要原因
- 齿向精度不良
- 滚齿机精度不良
- 测量工件时的工件跳动
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
倒角量过大或过小（倒角形状误差大）[1][3]p.21
主要原因
- 滚刀的前角误差
- 滚刀的倒角起点尺寸误差（倒角高度不良）
- 齿轮的齿厚误差、切齿进刀尺寸不良
- 齿轮（工件）的外径误差
- 滚刀的安装角误差、安装角错误（倒角变小）
- 滚刀径向性不良
- 设计错误
对策
- 确认重磨时砂轮的偏移量是否正确
- 确认滚刀的倒角起点尺寸
- 确认齿轮的齿厚
- 确认齿轮的外径
- 确认齿轮的螺旋角与滚刀的导程角（变位设计滚刀时要注意）
左右倒角量不同／各齿倒角量不同[3]
主要原因
- 左右不同：滚刀的倒角高度不良、齿向精度不良
- 各齿不同：轮毂有跳动、齿向精度不良
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
工件外径、齿厚、底径的尺寸不良[3]
主要原因
- 滚刀齿厚、齿高尺寸不良
- 切齿进刀尺寸不良
- 滚刀径向性不良
- 设计错误
- 滚刀安装角错误
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
齿形面及外周部撕裂[3]
主要原因
- 滚刀刀齿后端切出部发生干涉
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
齿轮表面粗糙度差[1]p.21
主要原因
- 滚刀切削性能下降
- 切削油有问题
对策
- 重新审视加工数量
- 采取磨损对策（更换滚刀材质、涂层）
- 换成不易粘结的切削油
- 增加切削油的供给量
- 换成新的切削油（已劣化）
干式滚齿时所有齿面的相同位置出现伤痕（正在生成的切屑造成的伤痕）[14][2]
主要原因
- 正在生成的切屑划伤齿面
- 干式加工时切屑不易脱离，切屑几乎不卷曲而拉得很长
对策
- 把安装角向有伤痕的齿面一侧滚刀切削刃进入角变大的方向，在 15′〜1° 左右的范围内改变（改变安装角会使工件齿厚减小，视公差不同可能需要变更设计）
干式滚齿时有伤痕的齿与无伤痕的齿混杂（也可见到切屑再次咬入、粘结）[14]
主要原因
- 已经分离的切屑再次咬入加工点
对策
- 把安装角向有伤痕的齿面一侧滚刀切削刃进入角变小的方向，在 15′〜1° 左右的范围内改变
- 让空气喷嘴的方向尽量靠近切削点，不让切屑靠近加工点
干式滚齿时在后随侧（trailing）齿根附近的齿面出现伤痕[2]
主要原因
- 后随侧（假想切削齿条远离一侧的齿侧面）切屑咬入
对策
- 对滚刀做变位设计（压力角 20°→15°），改变后随侧的切屑形状（不二越的案例中齿面伤痕得以消除）
磨损大[1]p.21
主要原因
- 滚刀耐磨性不足
- 切削速度快
- 加工设备、夹具有问题
对策
- 采用耐磨性高的涂层膜
- 采用抗月牙洼性能优异的材质
- 可能的话降低切削速度。若效率下降成为问题，则考虑小径化或多头化
- 确认磨损量与以往相比有无变化，以及是否在特定加工设备上磨损大
发生崩刃[1]p.21
主要原因
- 滚刀韧性不足
- 进给量大
- 月牙洼磨损大（月牙洼磨损崩塌引起的崩刃）
- 加工设备、夹具有问题
对策
- 采用韧性高的材质
- 可能的话减小进给量。若效率下降成为问题，则考虑小径化，或采用耐磨性优异的涂层来提高切削速度
- 对于月牙洼磨损崩塌引起的崩刃，降低切削速度，或采用抗月牙洼性能优异的材料
- 确认崩刃发生情况与以往相比有无变化，以及是否在特定加工设备上发生
滚刀损坏（以裂纹为起点）[3]
主要原因
- 刃磨时的磨削裂纹
- 齿形磨削时的磨削裂纹
- 切削热造成的刃口月牙洼附近的裂纹
- 制造热处理工序中的裂纹
对策
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滚刀损坏（一下子断裂）[3]
主要原因
- 滚刀基体不良、硬度高、发脆
- 快速进给时扎刀
- 工件夹紧松动，加工中工件被带着转动
- 切削油吐出量不足、浇注状态不良，切屑堵塞容屑槽
- 切削了夹具等高硬度的东西
对策
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在切屑堵塞容屑槽的状态下磨损（切屑堵塞引起的异常磨损）[3][2]
主要原因
- 容屑槽容积小
- 因切削油吐出量不足、浇注状态不良等，切屑堵塞容屑槽
- 干式加工时切屑每转一圈都在容屑槽中积存→饱和→堵塞，又厚又长的切屑与前一刀齿的背面部干涉，卡在容屑槽里
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
PVD（涂层）剥落[3]
主要原因
- PVD 处理不良（前处理不良、处理工艺异常等）
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
月牙洼磨损不均[3]
主要原因
- 滚刀窜刀不均
对策
资料中没有记载对策。请逐一确认左侧的原因。
均匀磨损（异常磨损）[3]
主要原因
- 基体硬度
- 材料不良
- 热处理不良
对策
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刀尖 R 的连接部磨损[3]
主要原因
- 刀尖 R 的连接部有棱角
对策
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即使切削条件相同，刀具磨损也有差异[16]
主要原因
- 被加工材料因热处理不同而有组织（晶粒度）差异。据尼得科对 SCM420H 的调查，退火材（粒度号 6、HB168）比正火材（粒度号 8、HB155）硬，但晶粒较大，刀具磨损较少。组织、硬度差异小时（SCR420H1），磨损量也没有差异
对策
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↻重磨与寿命管理
- 刃磨时机一般根据切削刃刃尖部的后刀面磨损（外周、前导侧（leading）、后随侧（trailing））来定。涂层滚刀在后刀面磨损 0.1〜0.2mm 时重新刃磨最经济。滚刀磨损超过 0.3mm 前后会急剧增加。[8]单一资料·仅供参考
- 月牙洼磨损有时也会成为问题。月牙洼磨损的参考值：磨损位置靠近切削刃口时为 0.03〜0.04mm，较远时为 0.05〜0.08mm。时机把握错误的话，即使后刀面磨损很小，也可能因月牙洼磨损使切削刃口崩塌，导致异常磨损。[8][2]
- 最大磨损出现在切入侧（粗切区）的刀齿上，该磨损量决定重磨时机。通过窜刀把最大磨损分散到各刀齿，增加重磨前的加工数量。[1]单一资料·仅供参考
- 把滚刀装到刃磨机上时要正确安装，不得有跳动（10μm 以内）。[8]单一资料·仅供参考
- 前刀面沿径向刃磨。给前角或中凸的刃磨会造成压力角或齿形的偏差。重磨误差的影响（三菱综合材料）：槽分度误差 0.1mm 时齿形误差约 6μm，前角误差 1° 时压力角误差约 3′，前刀面凸量 0.1mm 时齿形误差约 6μm，槽导程误差 1° 时压力角误差约 10′，安装跳动 0.025mm 时波纹约 9μm。[1][8]
- 重磨条件（CBN 砂轮）：磨削速度 1,800〜2,000m/min，进给速度 150〜250mm/min，切入量 0.1〜0.15mm/PASS。[1]单一资料·仅供参考
- 刃磨时、齿形磨削时的磨削裂纹，是以裂纹为起点的损坏的原因。[3]单一资料·仅供参考
- 只要通过重磨、重新涂层使前刀面始终带有涂层，就能稳定地进行 V=200m/min 以上的高速干式滚齿。没有前刀面涂层时，要注意由月牙洼的边缘（切削刃口）崩塌引发的 VB 磨损（不二越）。[2]单一资料·仅供参考
- 有无重新涂层（三菱综合材料的表）：TiN、Violet 无重新涂层，GV40 有（重新涂层规格），DP（GV50）为无、有（DP 涂层滚刀为重磨规格）。[1]单一资料·仅供参考
- 减少容屑槽数，可刃磨刃宽增加，刃磨次数增多。增加容屑槽数，刃磨成本上升。[5]单一资料·仅供参考
- 加长全长，窜刀范围变宽，每次重磨的加工数量增加得比全长比例还多。[1]单一资料·仅供参考
- 径向性的结果以“齿顶上升（从齿根向齿顶为＋）”“齿顶下降”来表达和传达。若在齿顶处置 0、朝齿根方向测量，符号会反过来，追加工时就会弄错偏移方向。[9]单一资料·仅供参考
◎刀具检验
- 容屑槽分度精度（JIS B4355 试验编号 5-6）的简易测量：所需物品为双顶尖台、直心轴、带支架的杠杆式千分表测头 2 个（分度值 0.002mm）。把滚刀装在心轴上、置于双顶尖台，把测头 A、B 抵在相邻容屑槽前刀面的齿中央并置 0。让测头退开，沿轴向移动滚刀分度一个槽，把测头 A 对准下一个槽的齿中央，转动滚刀直到测头 B 指示 0，读取测头 A。全部容屑槽这样转一圈重复，最后确认回到 No.1 槽时为 0。[15]单一资料·仅供参考
- 径向性（JIS B4355 试验编号 7）的简易测量：所需物品为双顶尖台、杠杆式千分表测头 1 个（分度值 0.002mm）、一套量块、直棒、千分尺。把量块组合到与顶尖中心同样的高度，在其上把测头置 0。把测头触头移到齿根附近，转动滚刀直到测头指示 0（不用测头来调整）。把测头向齿顶方向移动并记录移动量。前角不为 0° 时，改变量块高度。[9]单一资料·仅供参考
- JIS B4355 的试验编号 5-7 记述了刃磨精度的测量方法（尼得科称其“有些抽象”，并介绍了不用专用测量机就能做的方法）。[15][9]单一资料·仅供参考
- 在滚刀心轴上确认滚刀的偏心（跳动）、滚刀的齿向（旋转齿距）误差、滚刀轴的轴向推力、前轴瓦的损伤（齿形误差大时）。安装跳动 0.025mm 时齿形波纹约 9μm。[1]单一资料·仅供参考
- 确认有效刃宽与剩余刃宽（超出有效刃宽使用是压力角误差的原因）。[1]单一资料·仅供参考
- 磨损的测量方法：最大 VB 磨损＝后刀面上产生的磨损在切削方向上的最大宽度。最大 KT 磨损＝前刀面磨损中出现凹坑的磨损，凹坑的最大深度。KM＝月牙洼最深处到齿顶切削刃的长度。[2][1]
- 工件侧的确认：确认齿轮的倾斜、齿轮端面的跳动，以及测量机的数据和在测量机上的安装。[1]单一资料·仅供参考
☑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（或径节）与压力角 | 刀具的基准齿条由齿轮的基准齿条决定。标准整体滚刀为 m1〜20（DP 24〜1¼）。[1] |
| 齿形的种类（基准齿条：JIS、DIN、Fellows 低齿、预剃、AGMA STUB、SYKES）与齿高 | 不同种类，刀具的 hkc、hfc、Sc、hc 各不相同。[1] |
| 齿形代号（P、PP、PS、PSP、S-TOP，磨削前为 PG、PGP、PGS、PGSP） | 剃齿前、磨削前、精加工用的齿形各不相同。代号依据 JIS B4350。[1] |
| 剃齿余量（磨削余量）与凸角的大小 | 凸角通常由剃齿余量（磨削余量）和配对齿轮的啮合有效齿高决定。[1] |
| 倒角（半修顶）的量、起点尺寸与共用的齿轮 | 共用时，要考虑齿数、变位系数、精加工余量来计算倒角量。起点尺寸误差是倒角形状误差的原因。[1] |
| 头数与螺旋方向（右、左） | 头数会改变效率、精度和寿命，其极限由齿数和机床决定。螺旋方向与齿轮相同还是相反，会改变安装角（β−γ／β+γ）。[1][5] |
| 容屑槽数 | 影响多边形误差、进给、有效刃宽、刃磨次数。通常使用样本中的标准尺寸。[1][5] |
| 外径、全长、孔径（A 式／B 式）、轮毂、键槽（带键槽／带端面键槽） | 外径由与工件（带台肩齿轮）或滚齿机的干涉决定，全长由窜刀范围和机床规格决定。孔径与滚刀心轴径匹配。标准尺寸以外的外径、全长、孔径也可制造。[1] |
| 前角与容屑槽导程 | 前角通常为 0°。给前角时会在图纸和刻印上明确标注，测量径向性（量块高度）时也需要用到。导程角大时或齿条滚刀，应考虑容屑槽导程。[1][9] |
| 精度等级（A 级、AA 级） | 粗切用通常选 A 级，滚刀精加工用推荐 AA 级。[1] |
| 材质与涂层（是否为重新涂层规格） | 按湿切/干切、切削速度和工件硬度选择。重磨后是否重新涂层，会改变刀具寿命和使用方式。[1][10][2] |
| 被加工齿轮参数（齿数、变位系数、螺旋角及方向、外径、齿宽、材质与硬度、热处理） | 齿数少、负变位时会受到根切和多头数的限制。外周切削刃的有效作用长度（窜刀范围）由刀具厂商根据各滚刀和齿轮数据计算。工件的金相组织也会影响刀具磨损。[1][7][16] |
| 加工条件与机床（滚齿机型号、可窜刀范围、湿切/干切、顺滚/逆滚） | 头数的上限因滚齿机而异，变更全长时需要确认机床规格和窜刀时的干涉。[1][5] |
| 链轮滚刀：链条节距与齿形（ASA I 型/II 型） | 外径、全长和孔径由链条节距决定，齿形尺寸根据滚子直径计算。[1] |
| 齿条滚刀：齿数（齿峰数）及有无不等齿厚 | 齿条滚刀有 20~50 个齿，不等齿厚齿条滚刀会把各齿的齿厚和齿距逐个改变数μm。[1] |
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＋相关延伸内容
各类工具通用：齿轮加工工具的高速钢材质与表面处理（三菱综合材料）
7
- 熔炼材：KMC3（相当于 SKH55 / M35，标准材、高 Co，滚刀、插齿刀）、KVC5（耐磨性提升，滚刀）、DH01B（耐热、韧性提升，干切用，滚刀）、SKH51（M2，标准材，插齿刀、剃齿刀）、KHV1（SKH53 / M3-2，耐磨性提升，剃齿刀）、KHVX（磨削性、抗粘结性提升，剃齿刀）、HSP（耐磨、磨削性提升，高硬度材料加工用，剃齿刀）。[1]单一资料·仅供参考
- 粉末材：KHA（标准材，滚刀、插齿刀、剃齿刀）、KHA30（滚刀、插齿刀）、KHA50（相当于 SKH10 / T15，耐磨性提升，滚刀、插齿刀）、KHAZ（耐磨性、韧性提升，插齿刀）。[1]单一资料·仅供参考
- 涂层：TiN、紫罗兰（Violet）（滚刀、插齿刀）、GV40（高速加工用、重新涂层规格，滚刀、插齿刀）、DP（高速干切用，滚刀）、Miracle（硬质合金基体，滚刀）。表面处理（剃齿刀）：氮氧化处理、STH（特殊表面处理，耐磨性提升）。[1]单一资料·仅供参考
- 涂层性能比较（表2）：硬度 HV 为 TiN 1,900、紫罗兰 2,800、GV40 3,500、DP（GV50）3,300。氧化起始温度分别为 620、840、1,100、1,250℃。加工用途方面，TiN 和紫罗兰用于湿切，GV40 和 DP 用于干切、湿切。[1]单一资料·仅供参考
- TiN 涂层的刀具寿命可达未处理滚刀的 4 倍以上。紫罗兰涂层（(Al,Ti)N 特殊单层膜）的膜硬度是 TiN 的 1.5 倍，耐磨性提升（刀具寿命为 TiN 的 2 倍以上），耐热性优异，可实现高效切削。[1]单一资料·仅供参考
- (Al,Ti)N 膜（Miracle 涂层）采用电弧离子镀法这一物理气相沉积法（PVD 法）制成。PVD 涂层附着力优异，不易损伤基体或剥落。[1]单一资料·仅供参考
- 不二越的多元系耐氧化膜（Hyper DuAl 涂层）在大气中 1000℃×1 小时加热后的氧化深度为 1.9μm（TiAlN 为 4.5μm，已损伤到基体），膜硬度约 2500~2800HV（传统 TiAlN 膜为 2400~2600HV）。[2]单一资料·仅供参考
各类工具通用：工具材质、表面处理选择图（尼得科）
3
- 针对加工条件（切削速度）和工件硬度（HB）给出适用参考，按拉刀、剃齿刀、插齿刀、滚刀分别标示工具材质和表面处理适用范围的图表。假定工件为渗碳钢（~HB180）、高强度渗碳钢（HB180~220）、非调质钢（HB220~300）、超耐热钢、碳钢、合金钢、铸件。[10]单一资料·仅供参考
- 材质示例：拉刀（~5m/min）加工渗碳钢用 MAC B、SKH51、SKH55，高硬度用 MAC D、MAC B、GRANMET BR。剃齿刀（刀具周速~100/150）用 MACH3、SKH51，高硬度用 MACH3、MAC B。插齿刀（50~100m/min）低速、渗碳钢用 MAC A、SKH55、SKH51，其他用 MX-1、MAC L、MAC B。[10]单一资料·仅供参考
- 表面处理示例：拉刀加工渗碳钢用蒸汽处理、Isonite，高硬度用 Nano Dynamic Ⅰ、Ⅱ。剃齿刀用 MightyShield ε、Super Coat、蒸汽处理。插齿刀低硬度用黑色 Dynamic，其他用 Super Dry Ⅲ、Super Dry Ⅰ。[10]单一资料·仅供参考
各类工具通用：齿轮的用途与所需精度、加工方法，按齿轮形状选择工具
3
- 用途与精度等级参考：精密量规、测量用标准齿轮 DIN 3，生产用标准齿轮、航空器 DIN 4（JIS 0），航空器变速器等 DIN 5~6（JIS 1~2），汽车、运输设备、机床 DIN 7（JIS 3），中低速运输设备、农用拖拉机等 DIN 8~9（JIS 4~5），农用拖拉机、工业机械变速器 DIN 10（JIS 6），一般农业机械 DIN 11~12（JIS 7~）。斜齿轮出于噪声方面考虑，可选比直齿轮低 1~2 级的等级。[1]单一资料·仅供参考
- 外齿直齿轮可用滚刀（精度○、效率◎）、插齿刀（○、○）、齿条刀（◎、△）、成形铣刀（△、△）加工，精加工使用剃齿刀（m1~m14）、齿轮滚压（m1~m3）、硬质合金滚刀（高硬度材料、大齿轮）。台阶齿轮、斜齿轮和内齿轮主要用插齿刀、齿条刀、拉刀等。[1]单一资料·仅供参考
- 齿轮制造工序：齿轮坯（车削加工、底孔加工）→ 滚齿／插齿机／拉削 → 倒角 → 剃齿 → 热处理 → 硬质合金滚齿、半精加工、珩齿、磨削 → 检验（标准齿轮）。[1]单一资料·仅供参考
各类工具通用：基本的齿轮检测图表读法（尼得科）
3
- 图表中央的水平线是计算得出的理论值（理想齿形、理想齿向），与理论值的差作为误差表示。[17]单一资料·仅供参考
- 齿形(Profile)：齿形斜率误差(压力角误差)fHα=近似齿形的直线在评价起点与终点之间的差(齿形角度的评价)。齿形总误差 Fα(DIN 中为 Ff)=无目标渐开线齿形在评价范围内最大点与最小点之差。齿形形状误差 ffα(DIN 中为 ff)=波纹度的评价。[17]单一资料·仅供参考
- 齿向(Lead)：齿向倾斜误差(螺旋角误差)fHβ=近似齿向的直线在评价起点与终点之间的差。齿向总误差 Fβ=评价范围内最大点与最小点之差。齿向形状误差 ffβ(DIN 中为 fβf)=齿向波纹度的评价。参照标准为 JIS 1702-1 1998、ISO 1328-1 1995、DIN 3961 1978。[17]单一资料·仅供参考
从滚齿加工的误差形状找原因（图表读法与组合）
5
- 齿形斜率误差（压力角误差 fHα）、齿形倾斜较大 → 滚刀前角误差（1° 对应压力角约 3′）、容屑槽导程误差（1° 对应约 10′）、滚刀压力角误差、向心度不良、超出有效刃宽使用、齿轮安装不良、测量误差。[1][3][8]
- 齿形形状误差（波纹度 ffα）较大 → 容屑槽分度误差（0.1mm 对应约 6μm）、前刀面鼓起（0.1mm 对应约 6μm）、滚刀安装跳动（0.025mm 对应约 9μm）、轮毂跳动、孔径过大、滚刀轴向窜动。[1][3][8]
- 齿形多边形误差明显 → 头数多（与头数的平方成正比）、容屑槽数少。[1][5]
- 齿距误差较大 → 轮毂跳动、齿向精度不良、切削刃面齿距不良、刀杆安装精度不良。多头滚刀的切削刃面齿距误差会直接成为齿距误差。[1][3]
- 齿向（导程）误差较大 → 滚刀齿向精度不良、滚齿机精度不良、工件测量时的跳动。多头化导致切削负荷增大，也可能使齿向弯曲。[3][1]
刀具磨损术语（不二越术语解说）
1
- 前导侧＝相对于齿轮，假想切削齿条接近一侧的齿面。后随侧＝远离一侧的齿面。磨损分为刃角磨损、后刀面磨损、前刀面磨损（月牙洼磨损）来观察。[2]单一资料·仅供参考
⚙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。
- 三菱综合材料「齿轮加工工具／拉刀 综合样本 C004J-H」
- 不二越「NACHI-BUSINESS news Vol.7B1 高效率、长寿命「Hyper DuAl 滚刀」」
- 尼得科机床「滚齿加工的故障与原因」
- 尼得科机床「滚刀安装角误差对齿厚及倒角量的影响」
- 尼得科机床「滚刀头数、容屑槽数的设定参考」
- 尼得科机床「滚刀窜刀方法」
- 尼得科机床「滚刀的有效窜刀长度」
- 尼得科机床「关于滚刀的刃磨」
- 尼得科机床「滚刀刃磨精度的测量方法 ～向心度篇～」
- 尼得科机床「工具材质、表面处理选择图」
- 尼得科机床「滚刀新材料 GRANMET SF（Granmet Speed Fine）」
- 尼得科机床「极致抗崩刃性的滚刀新钢种「MACH13」」
- SAACKE「Worm Milling Cutters and Worm Wheel Hobs」
- 尼得科机床「干式滚齿的齿面划伤对策」
- 尼得科机床「滚刀刃磨精度的测量方法 ～容屑槽分度篇～」
- 尼得科机床「干式滚齿加工中工件热处理对滚刀磨损的影响」
- 尼得科机床「基本的齿轮检测图表读法」