本文通過對（duì）製約齒輪性（xìng）能（néng）因素的分析，筆者提（tí）出自己的獨到見解：齒輪的工作性能、承載能力、使（shǐ）用壽命及工作精度，都（dōu）與齒輪本身的質量有著（zhe）密切（qiē）關係，而齒輪加工刀具是（shì）製約齒輪質量的主要（yào）原因。

      1.齒輪加工刀（dāo）具結構設計

      齒輪（lún）加工過程是一個仿形過程，刀具（jù）齒形（xíng）設計是齒輪齒形加工的重要基礎。指形齒輪銑刀的齒形由兩部分（fèn）組成：工作部分和非工作部分。由於齒輪齒形部分直接由銑刀決定，刀具的齒根部分圓角、具設計的關鍵。

      目前我公司模數m ≤ 20的小齒輪加工多采用（yòng）滾刀加工齒輪齒形，對（duì）於模數m ＞ 20的大齒輪加工采用的刀（dāo）具（jù）為（wéi）指形齒輪銑刀，本（běn）文重點闡述大型混（hún）合設備中大齒（chǐ）輪加工用指（zhǐ）形齒輪銑刀的齒形設計。

      直（zhí）齒圓柱齒輪加工刀具的齒形確定銑（xǐ）刀齒（chǐ）形的漸開線部分，可通過計算得出，優化（huà）設計前齒輪銑刀齒形（xíng）曲（qǔ）線（xiàn）由三部分組成：漸（jiàn）開線、圓弧和直線（圓（yuán）弧和直線組成（chéng）過渡曲線），如圖1所示。

      A為漸開線齒形上任意點，設齒（chǐ）輪中心為（wéi）坐標原點O，Oy為齒槽的對稱軸線，直齒圓柱齒輪銑刀（dāo）齒形上任意點坐標計算如下

xg=R xsinω x

y g=R xcosω x

      式中，ω x為A點的齒間中心半角，按下式公式計算

ω x=ω o + invα x

      式中，α x為A點壓力角（jiǎo），按下式公式計算

α x =cos-1 Ro/Rx

      ω o為基圓齒間中心（xīn）半角，按下式公式計算

ω o=ω f－ invα f

ω f =(π－4ξ tanα f)/2z +ΔS /mz

      式中，ξ 為變形係數，標準齒輪ξ =0；ΔS 為分圓齒厚減薄量，一般取製（zhì）造齒輪分（fèn）圓弦齒厚公差中上偏差的1/3。

於是，ω x=(π－4ξ tanα f)/2z +ΔS /mz+（ω finvαf）給出一係列的R x，便可求出齒形漸開線部分各點的坐標。下麵是以模數m =45、齒數z =140、齒寬B =250mm、材質為鍛件42CrMo、齒麵熱處理硬度要求為290!320H B W的通過給出不同點數（shù）值求出的（de）漸（jiàn）開線齒形各點坐標值。由圖 2可以看出，齒輪銑刀在B 點（diǎn）處由於不能圓滑過渡，形成了拐點，拐點處應力集中，產生尖角效應；由（yóu）於有（yǒu）明顯的拐點，使得銑刀在熱處理淬火（huǒ）時，在此處形成裂紋源，易出現裂紋和開裂；由於拐點的存在，使齒輪（lún）表麵出（chū）現（xiàn）不圓滑凸棱曲麵，磨損嚴重，齧合性能差，傳動不平穩。齒輪銑刀齒根（gēn）圓角R =6m m較（jiào）小，銑（xǐ）刀頭部切削強度差，極易斷裂，打刀現象嚴重，造成齒輪加工高（gāo）成本，低效率。

      優化（huà）改進設計（jì）後，將齒輪銑刀齒形曲線改由四部分組成：漸開（kāi）線、斜線（斜線的傾角為（wéi）β =3°9′6″）和（hé）圓弧、直線（斜線、圓弧、直線組成過渡曲線），如圖3所示。根據漸（jiàn）開線形成原理，通過改變齒（chǐ）輪齒（chǐ）形坐標點，利用斜線將漸開（kāi）線與齒根圓弧形成圓滑過渡聯接，避免了拐點的形成；同（tóng）時由於增大了齒輪銑刀齒根圓角R =8.6mm，提高了刀具強度和使用壽命，減少了由於刀具斷裂、打刀造成的經（jīng）濟損失。斜線的傾角β 的（de）取值範圍（wéi）由齒數決定，一般取值為：3°≤β ≤8°。

      （2）刀具齒根圓角的優化設計 齒輪齒根部（bù）分齒形直接由銑刀決定，而（ér）齒（chǐ）輪的強度很大程度上決定於齒（chǐ）根部分（fèn）的截型，齒根部分過小，導致齒輪應力集中，在進行齒輪熱處理時，齒根（gēn）部（bù）分會因為應（yīng）力集中導致裂紋，同時刀具因刀頭直徑（jìng）過小，切削強度不足，刀具損失嚴重，采用合理（lǐ）增大刀具齒根圓角 R，是解決上述問（wèn）題的有（yǒu）效途徑。根據漸開（kāi）線形成原理，反複實踐及修改設計，在原設計齒（chǐ）根圓角R =（0.2～0.3）m、R =0.38m的前（qián）提下，將其提高到（dào）齒根圓角 R=（0.39～0.52）m，使齒輪達到強度和刀具壽命的最（zuì）佳平衡，現廣泛應用在車（chē）間齒輪加工中，使用中得到良好反饋和驗證。

      下麵（miàn）是刀具齒根圓角改進前後，三種不同（tóng）齒根圓角齒形比較，如圖（tú）4所示。

      （3）硬齒麵齒輪加工刀具（jù）材料的確定 金屬的切削過程中，刀具的切削部分直接完成切削工

作，刀具不但（dàn）承受很大的切削力和（hé）很高的溫度，還要經受衝擊載荷和機械摩擦，刀具（jù）材料性能的優劣直（zhí）接（jiē）影響刀具的質量、切削加工生產率、刀具耐程度、零件加工精（jīng）度和表麵質量等諸多因素（sù），因此（cǐ）刀具材料在選擇時必（bì）須考慮（lǜ）：工件的材料、形狀、刀具類型、加工方法和工藝係統剛度等；刀具材料的（de）高硬度、足夠的強度和韌性、耐熱性、高耐磨性、良好的工藝性能及使用（yòng）性能（néng）。一般情況下，根據刀具材（cái）料硬度（dù）選擇高於被加工零件材料硬度的選擇要求，通常刀具的硬（yìng）度為工件（jiàn）硬度的兩倍以上，所以刀具材料硬度為65.9～67.5HRC，必須（xū）具備（bèi）高硬度、高耐磨性、足夠的強度和韌性（xìng）及良好的高溫耐熱（rè）性（xìng）、化學穩定性和導熱性能。

      2. 齒輪加工刀具工藝參數的確定

      在粗加（jiā）工刀具的設計中，為避（bì）免刀具刀頭過小，刀（dāo）具強度及鋼（gāng）性不足導致刀具斷裂（liè），對影響熱處理性能的齒（chǐ）形粗（cū）加工留量及刀具參數（shù）的選擇進行了周密的分析比（bǐ）較，經過對刀具前刃部切削強度承載能力的切削（xuē）試驗：①外（wài）徑留（liú）量20mm、齒底留量20mm、齒（chǐ）側均（jun1）留量10mm時，粗加工刀具的刀頭直徑隻（zhī）有φ 4mm過小，刃長為32mm，此刀具根本（běn）無（wú）法實現切削功能，同（tóng）時由於刀具頭部過小，是造（zào）成打刀的根本原因，刀具強度（dù）壽命極低。②外徑（jìng）留量20mm、齒底留量15mm、齒側均留量8mm時，粗加工刀具的小頭（tóu）部分刀頭（tóu）直（zhí）徑為φ 10mm。③外徑留量12mm、齒底（dǐ）留量15mm、齒側均留量6mm時，粗加工刀具的小（xiǎo）頭（tóu）部分（fèn）刀頭直（zhí）徑為φ 16mm，通（tōng）過對三種粗加工刀具留量的現場試驗及（jí）不同留量對刀具切削性能的比較分析, 最終確定了合理的粗（cū）加工刀具齒形設計方案，解決了在（zài）切削過程中由於設計不合（hé）理，刀具頭部（bù）過小齒輪清根困難及刀具易斷裂等係列問題的發生，圖5為三種刀具齒（chǐ）形曲線比較。

      3. 結語

      通過上述對齒輪加（jiā）工刀具（jù）結構（gòu）設計分析及設計（jì）優（yōu）化，采用本技術加（jiā）工製造的齒輪銑刀，由於刀具（jù）齒根圓角的增大，提高了刀具的強度和（hé）使用壽（shòu）命，僅此一項可降（jiàng）低刀具消耗30%以上；采用漸開線和過渡曲線之間的斜（xié）線聯接，由於消除了拐點，刀具應力集中的（de）尖角效應消失，解決了刀具在齒輪（lún）加工中斷裂和打刀這一（yī）難題，從（cóng）而節省了刀具設計製造費用（yòng）20%左右；采用新工藝留（liú）量（liàng）後的刀具，由（yóu）於增大了刀具的（de）設計尺寸（cùn），提高了刀具強度同時增加了齒輪根（gēn）部強度，有效防止了（le）打刀（dāo）現象（xiàng）及齒輪斷齒現象的發生，實現了齒輪加工高質量、高效（xiào）率、低消耗，可提（tí）高生（shēng）產效率30%以上（shàng），改進後的"一種指形齒輪銑刀"成功（gōng）申報（bào）"實用新型"專利，並獲（huò）得第二（èr）十屆全國發明博覽會銀獎。