齒輪加工用高效帶柄滾刀的特點與應(yīng)用

競爭激烈的全球市場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)刀具的價格較高，因此有些生產(chǎn)車間不愿意使用高效滾刀，這是因為他們沒有全面分析生產(chǎn)流程的各個方面，以確定正確的成本計算方法--從計算總成本到計算每件加工成本。

為了實現(xiàn)更高的齒輪切削效率，滾刀的設(shè)計正趨向于開發(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一些。它們安裝在滾齒機(jī)上時，是通過兩端的柄頸定位，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)勢的結(jié)合，在規(guī)定的時間內(nèi)，可以在高切削速度下切除大量金屬，重磨和再涂層對于傳統(tǒng)滾刀是必需的，而在這里沒有必要。大大節(jié)省了修磨成本和換刀時間，這將減少機(jī)床的投入，從而減少廠房的建設(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)動機(jī)構(gòu)，即利用滾刀鍵銷的整個表面接觸來傳遞扭矩。一般來說，在大多數(shù)機(jī)床上采用的平面對平面驅(qū)動機(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)過優(yōu)化設(shè)計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（如卡車傳動箱或礦山機(jī)械用的齒輪）通常是用帶孔滾刀加工的。

對于帶柄滾刀和帶孔滾刀而言，可縮短切削時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)計者為了優(yōu)化滾刀性能，嘗試采用小直徑滾刀，因為在給定的表面速度（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孔，與類似直徑的帶孔滾刀相比具有更大的長度，因而可獲得更多的可移動切削區(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進(jìn)入切削區(qū)。

格里森公司的設(shè)計經(jīng)理Glenn Schlarb解釋說，“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，因為它可以消除環(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)下對其刃磨、安裝和測量精度進(jìn)行檢測。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，切削刃的制備對于涂層性能具有重要影響，而這通常是刀具性能一個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，會增大切削刃崩刃的危險，因此只適合小進(jìn)給率切削；經(jīng)過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涂層可對幾乎所有滾刀提供保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)的TiN涂層對于采用潤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。