齒輪加工用高效帶柄滾刀的特點(diǎn)與應(yīng)用

競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)要求齒輪制造商不斷突破提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本的極限，這就意味著必須采用由優(yōu)質(zhì)材料制造并用高性能涂層保護(hù)的先進(jìn)滾刀進(jìn)行高速滾削加工。由于先進(jìn)刀具的價(jià)格較高，因此有些生產(chǎn)車間不愿意使用高效滾刀，這是因?yàn)樗麄儧](méi)有全面分析生產(chǎn)流程的各個(gè)方面，以確定正確的成本計(jì)算方法--從計(jì)算總成本到計(jì)算每件加工成本。

為了實(shí)現(xiàn)更高的齒輪切削效率，滾刀的設(shè)計(jì)正趨向于開發(fā)高效、多頭的帶柄滾刀。帶柄滾刀采用整體工具鋼材料制造，直徑較小，通常比帶孔滾刀更長(zhǎng)一些。它們安裝在滾齒機(jī)上時(shí)，是通過(guò)兩端的柄頸定位，而不是像帶孔滾刀那樣安裝在心軸上。例如，藍(lán)幟Fette可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金重載切削滾刀設(shè)計(jì)構(gòu)想是用經(jīng)濟(jì)的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片與眾所周知的滾切優(yōu)勢(shì)的結(jié)合，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，可以在高切削速度下切除大量金屬，重磨和再涂層對(duì)于傳統(tǒng)滾刀是必需的，而在這里沒(méi)有必要。大大節(jié)省了修磨成本和換刀時(shí)間，這將減少機(jī)床的投入，從而減少?gòu)S房的建設(shè)，真正為用戶節(jié)省大量的成本；格里森公司（Gleason Corp.）的Genesis帶柄滾刀采用了D驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，即利用滾刀鍵銷的整個(gè)表面接觸來(lái)傳遞扭矩。一般來(lái)說(shuō)，在大多數(shù)機(jī)床上采用的平面對(duì)平面驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在高應(yīng)力線接觸產(chǎn)生的扭矩作用下，容易在接觸面上出現(xiàn)微小錯(cuò)位。

整體式帶柄滾刀通常用于加工蝸輪，要求滾刀直徑與被加工蝸輪直徑比較接近。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的帶柄滾刀最適合用于大批量、高效率加工。而大直徑、大螺距齒輪（如卡車傳動(dòng)箱或礦山機(jī)械用的齒輪）通常是用帶孔滾刀加工的。

對(duì)于帶柄滾刀和帶孔滾刀而言，可縮短切削時(shí)間的影響因素包括提高進(jìn)給率、滾刀速度和增加滾刀頭數(shù)。滾刀設(shè)計(jì)者為了優(yōu)化滾刀性能，嘗試采用小直徑滾刀，因?yàn)樵诮o定的表面速度（sfm）下，滾刀的直徑越小，切削速度就越高。由于帶柄滾刀直徑較小且無(wú)孔，與類似直徑的帶孔滾刀相比具有更大的長(zhǎng)度，因而可獲得更多的可移動(dòng)切削區(qū)，并使?jié)L刀每走刀一次可以切削更多工件。具有鋒利切削齒的滾刀沿著其軸向移動(dòng)進(jìn)入切削區(qū)。

格里森公司的設(shè)計(jì)經(jīng)理Glenn Schlarb解釋說(shuō)，“帶柄滾刀的高生產(chǎn)率是在每次走刀中沿著滾刀都有更多移動(dòng)位置的結(jié)果，并且由于采用了具有高耐磨性的滾刀材料和刀具涂層，增加了滾刀的走刀次數(shù)，使每把滾刀可以加工更多的工件。”

滾削加工既可使用也可不用冷卻液。但是，許多用戶更愿意采用干式滾削，因?yàn)樗梢韵h(huán)境污染，并節(jié)省與處理冷卻液相關(guān)的成本。為了在高速干滾削條件下保護(hù)切削刃，干式滾削要求滾刀采用具有高溫穩(wěn)定性和低熱傳導(dǎo)率的優(yōu)質(zhì)涂層。

由于帶柄滾刀采用了整體結(jié)構(gòu)，并且將其安裝在滾齒機(jī)上所用的零件也較少，因此其裝配剛性優(yōu)于帶孔滾刀。滾刀可在安裝于頂尖之間的狀態(tài)下對(duì)其刃磨、安裝和測(cè)量精度進(jìn)行檢測(cè)。與帶孔滾刀相比，帶柄滾刀消除了孔與心軸之間的累積徑跳誤差，以及由隔離件與安裝螺母引起的搖擺誤差。

用于制造帶柄滾刀的優(yōu)質(zhì)鋼材牌號(hào)具有高耐磨性以及高水平的室溫硬度和切削高溫下的紅硬性。雖然優(yōu)質(zhì)鋼材和涂層比性能較低的材料成本更高一些，但可以制造出切削速度更高的小直徑帶柄滾刀，從而可縮短加工循環(huán)時(shí)間和降低每件加工成本。在適當(dāng)?shù)募庸l件下，這種每件加工成本效益通常要大于每件刀具成本的增加，從而可以降低每件工件的加工總成本。

在滾削加工中，采用合適的刀具涂層至關(guān)重要，它可以提高生產(chǎn)率和降低加工成本，在某些加工場(chǎng)合，可使刀具壽命提高一倍，不但能節(jié)省刀具成本，而且能減少換刀次數(shù)，縮短停機(jī)時(shí)間。

歐瑞康巴爾查斯涂層公司（Oerlikon Balzers Coating）的技術(shù)主管Dennis Quinto博士指出，切削刃的制備對(duì)于涂層性能具有重要影響，而這通常是刀具性能一個(gè)未受到很好控制的因素。鋒利的切削刃可以產(chǎn)生較小的切削力和較低的切削熱，但涂層較薄，會(huì)增大切削刃崩刃的危險(xiǎn)，因此只適合小進(jìn)給率切削；經(jīng)過(guò)鈍化處理的切削刃上涂層較厚，具有更穩(wěn)定的抗崩刃性，但產(chǎn)生的切削力也較大；經(jīng)過(guò)倒棱和鈍化處理的切削刃具有最穩(wěn)定的抗崩刃性，因此非常適合硬脆刀具材料（如硬質(zhì)合金）和大進(jìn)給率切削。

由于在滾削加工中，切削速度和切削深度應(yīng)隨著工件材料抗拉強(qiáng)度的增加而降低，因此選用合適的涂層可提高切削速度（在某些情況下還能提高進(jìn)給率）。PVD涂層可對(duì)幾乎所有滾刀提供保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)的TiN涂層對(duì)于采用潤(rùn)滑劑的低速滾削有效；TiCN涂層可以增加滾刀的硬度和耐磨性，適合加工磨蝕性工件材料；TiAlN涂層是為干式切削開發(fā)的，具有極好的韌性和耐高溫性能。最近為干式切削開發(fā)的新型AlCrN涂層則具有更優(yōu)異的耐磨性、耐熱性和抗氧化性。