專利名稱：一種滾刀的加工方法
技術領域：
本發明涉及一種滾刀的加工方法，特別是一種用于小模數圓弧齒輪加工的滾刀的加工方法。
背景技術：
現有技術中，圓弧齒輪傳動在國防、醫療器械、精密儀器(如手表)等方面有著廣泛的應用，這類圓弧齒輪的特點為多采用小模數，并且傳動比高、結構緊湊。通常，普通齒輪的加工多采用精密滾刀進行滾切或直接通過銑刀加工成型，而對于圓弧齒輪加工的滾刀，其一般具有以下特點一、滾刀為具有圓弧齒形，且同樣采用小模數，其直徑尺寸較小(約為0 6mm)，精度要求高(公差為0.003mm) ;二、這類圓弧齒形的滾刀多采用YG6X或YTlO的硬質合金材料制造，硬度高；三、滾刀的毛坯多是壓制燒結成型，毛坯 經過機加工后，留有一定的加工余量。根據上述特點，對于這類小模數圓弧齒形的滾刀，由于尺寸結構較小，造成直接加工難度大，精度難以保證；并且，這類滾刀的材料為硬質合金，滾刀齒形的加工不能采用普通的切削方法進行，只能采用金剛石磨輪來磨削，而鏟磨滾刀齒形的金剛石磨輪一般都是專制的，生產效率低，在滾刀的加工過程中，金剛石磨輪的成型精度會直接影響滾刀的齒形精度，對于金剛石磨輪本身的加工制造要求高，使得滾刀的加工成本增加。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種生產效率和加工精度高的滾刀的加工方法，通過該加工方法得到的滾刀能夠滿足小模數圓弧齒輪的制造要求。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種滾刀的加工方法，其特征在于，該滾刀加工方法包括有如下步驟(I)、根據滾刀的基本結構，在普通磨床上用磨輪對滾刀毛坯加工出所需滾刀的內孔、外圓、兩個端面及所有的前刀面，并使各前刀面的前角為零度，以得到半成品滾刀；(2)、將所述滾刀齒形按放大比例放大n倍，用線切割加工出與放大n倍后的滾刀齒形相匹配的樣板，并用加工好的標準樣板去檢驗該樣板，得到符合技術要求的合格樣板；(3)、將上述加工好的樣板安裝在樣板磨床上并縮小n倍，由所述樣板磨床加工出軋輥銑刀，然后用所述標準樣板檢驗該軋輥銑刀，得到符合技術要求的合格的軋輥銑刀；(4)、在銑床上，用上述合格的軋輥銑刀加工出退火后的軋輥，并用所述標準樣板檢驗該軋輥，得到符合技術要求的合格軋輥；(5)、在軋輥機床上，用上述合格的軋輥擠壓出金剛石磨輪的輪齒，并用所述標準樣板檢驗該金剛石磨輪的輪齒，得到符合技術要求的合格金剛石磨輪的輪齒；￠)、在鏟磨機床上，用上述加工好的金剛石磨輪的輪齒對所述的半成品滾刀進行鏟磨，加工獲得所述滾刀的齒形，并用滾刀樣板檢驗該滾刀的齒形，獲得符合加工要求的合格滾刀。為了能匹配樣板 磨床和光學投影儀的縮放比例，作為優選，所述步驟(2)中的滾刀齒形的放大比例包括有200:1，100:1,50:1,20:1和10:1。為了進一步提高軋輥的精度，作為優選，所述步驟(4)和步驟(5)之間還可以增加如下步驟(4-1)、對所述的軋輥進行淬火處理，并再次用所述標準樣板檢驗淬火后的軋輥。金剛石磨輪是加工滾刀的關鍵，為了保證滾刀加工的齒形精度，需要對金剛石磨輪的配料有一定的要求，作為優選，所述步驟(5)中的金剛石磨輪由重量百分比為80. 5%的銅粉、7. 3%的錫粉和12. 2%的金剛石粉組成，所述銅粉、錫粉和金剛石粉均勻混合后，裝入模具，在壓力為475 490MPa的容器內保壓4 5分鐘，然后在真空爐內燒結，燒結溫度為780 790° C，保溫30 35分鐘，冷卻即得所述的金剛石磨輪。為了減少鏟磨齒形時的鏟磨余量，延長金剛石磨輪的使用壽命，作為優選，所述步驟(5)和步驟(6)之間還可以增加如下步驟(5-1)、用柱形磨輪鏟磨所述半成品滾刀的齒
背，并留有鏟磨余量。為了實現滾刀毛坯和金剛石磨輪的安裝定位，作為優選，所述步驟(6)中，所述的半成品滾刀的內孔、其中一個端面定位在鏟磨機床的工作心軸上，所述的金剛石磨輪安裝在該鏟磨機床的磨軸上。為了保證滾刀齒形加工的精度，避免加工過程中工作心軸的跳動而導致滾刀齒形表面不平整，造成齒形變瘦，作為優選，所述工作心軸的支撐表面的徑跳不大于0. 004毫米，該工作心軸的支撐表面的端跳不大于0. 002毫米。在滾刀加工過程中，鏟磨機床的磨軸做高速運轉，磨軸的運動精度直接影響滾刀的齒形精度，作為優選，所述磨軸的軸向竄動不大于0. 002毫米，該磨軸的徑向跳動不大于0. 004暈米。為了避免滾刀齒形變瘦，作為進一步優選，所述磨軸相對于所述半成品滾刀的軸線具有15’ 30’的螺旋角。與現有技術相比，本發明的優點在于在滾刀加工過程中，對滾刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例縮小的加工方法，不僅提高了滾刀的加工精度，還使得滾刀加工的生產效率提高，滾刀加工過程中的機床調整更加方便，而且，采用本發明加工方法得到的滾刀各前刀面的前角為零度，使得滾刀前刀面的修磨不會影響滾刀齒形，刀具可以不斷重復修磨，有效地延長了滾刀的使用壽命。
圖I (a)為本發明加工方法的滾刀結構示意圖(鏟齒前)。圖I (b)為圖I所示滾刀的剖視圖。圖2為本發明加工方法的銅樣板結構示意圖(放大100倍)。圖3為用于軋輥銑刀和銅樣板檢驗的標準樣板結構示意圖(放大100倍)。圖4為用于滾刀檢驗的滾刀樣板結構示意圖(放大100倍)。圖5(a)為本發明加工方法的軋輥銑刀結構示意圖。圖5 (b)為圖5 (a)所示軋輥銑刀的側視圖。
圖6(a)為本發明加工方法的軋輥結構示意圖。圖6 (b)為圖6 (a)所示軋輥的側視圖。圖7(a)為本發明加工方法的金剛石磨輪結構示意圖。圖7(b)為圖7(a)所示金剛石磨輪的側視圖。圖8為本發明加工方法的滾刀剖視圖(鏟齒后)。圖9為可由本發明的加工方法獲得的滾刀進行加工的圓弧齒輪結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
如圖I 圖8所示，本實施例提供了一種用于圓弧齒輪加工的、采用高精度硬質合金的小模數滾刀的加工方法，屬于精密極限加工范疇。采用本實施例的滾刀可以基本參數如下的圓弧齒輪其模數為0. 05mm,齒高為0. Imm,齒形誤差為0. 003mm,節距誤差為
0.004mm,滾刀前面和齒形表面粗糙度為RaO. 025-0. I u m,齒頂圓為0. 4-0. 5mm,齒數最少為6顆齒。本實施例的滾刀的加工方法包括有如下步驟(I)、根據滾刀的基本結構，在普通磨床上加工滾刀毛坯，得到半成品滾刀；其中，本實施例的滾刀為一種齒背3是阿基米德螺旋線的圓弧齒形滾刀，其具體技術參數為I)、材料采用硬度為HRc81_84°的硬質合金；。2)、非基準面對基準面平行度不大于0. 002mm ；3)、基準面與滾刀內孔垂直度不大于0. 002mm ；4)、滾刀內孔公差不大于0.004mm;5)、工作表面粗糙度為0. I ii m，非工作表面粗糙度為0. 2 ii m ;6)、以滾刀內孔和基準端面定位,滾刀刀齒等分不均勻度不大于0. 01mm。在型號為MUS100的內外圓磨床上，用磨輪加工上述滾刀的內孔、外圓、兩個端面及所有前刀面2，請參見圖1(a)和圖1(b)，并且保證滾刀的同心度和垂直度。(2)、因為本實施例的滾刀齒形太小，為了提高滾刀的齒形精度，將滾刀齒形按放大比例放大100倍，然后用線切割加工出與放大100倍后的滾刀齒形相匹配的樣板，在此采用銅質樣板(當然也可以采用其它材質的樣板)，即銅樣板，請參見圖2，并用加工好的同樣齒形放大100倍的標準樣板(請參見圖3)去檢驗該銅樣板，得到符合技術要求的合格銅樣板；(3)、將上述合格的銅樣板安裝在樣板磨床上并縮小100倍，由樣板磨床加工出軋輥銑刀，請參見圖5(a)和圖5(b)，然后用上述標準樣板檢驗放在光學投影儀下放大100倍的軋輥銑刀，得到符合技術要求的合格的軋輥銑刀；(4)、在銑床上，用上述合格的軋輥銑刀加工出退火后且材料為CrWMn的軋棍，并用上述同樣的標準樣板檢驗放在光學投影儀下放大100倍的軋輥，得到符合技術要求的合格軋輥，請參見圖6(a)和圖6(b)；(4-1)、再對上述合格的軋輥進行淬火(HRc65° )處理，并再次用標準樣板檢驗淬火后的軋輥，得到符合技術要求的精度更高的軋輥；(5)、在專用的軋輥機床上，用上述加工好的軋輥擠壓出金剛石磨輪的輪齒，并用標準樣板檢驗放在光學投影儀下放大100倍的金剛石磨輪的輪齒，得到符合技術要求的合格金剛石磨輪的輪齒，請參見圖7(a)和圖7(b)；(5-1)、為了減少鏟磨齒形時的鏟磨余量，延長金剛石磨輪的使用壽命，在用金剛石磨輪鏟磨滾刀前，首先用柱形磨輪鏟磨半成品滾刀的齒背，并留有一定的鏟磨余量。￠)、在精密224鏟磨機床上，將上述半成品滾刀的內孔、其中一個端面定位在鏟磨機床的工作心軸上，金剛石磨輪安裝在該鏟磨機床的高速磨軸上，用金剛石磨輪的輪齒對半成品滾刀進行鏟磨，加工獲得滾刀的齒形，如圖I、圖8所示，滾刀的齒形包括有沿端面分布的刀齒I和每個刀齒I的十二等分齒4 ;然后，用齒形放大100倍的滾刀樣板檢驗在光學投影儀下放大100倍的滾刀的齒形，最終得到符合加工要求的合格滾刀。 在上述步驟中，本實施例的樣板磨床和光學投影儀的縮放比例一般有五檔，SP200:1，100:1，50:1，20:1和10:1，為了使得檢驗樣板能夠匹配樣板磨床和光學投影儀兩個設備的縮放檔位，在步驟(2)中，滾刀齒形的放大比例除100倍之外，還可以設定為200倍、50倍、20倍和10倍這四檔。在滾刀的加工過程中，金剛石磨輪是滾刀的直接成型工具，也是加工滾刀的關鍵。考慮到金剛石磨輪具有良好的磨削性能，有一定的延展性和強度及便于擠壓成型，粘結劑部分的硬度在HV90-100 ;為了保證滾刀加工的齒形精度，對金剛石磨輪的配料采用如下結構本實施例的金剛石磨輪由重量百分比為80. 5%的銅粉、7. 3%的錫粉和12. 2%的金剛石粉組成，然后將銅粉、錫粉和金剛石粉均勻混合，要保證金剛石粒度均勻，不能有污物，銅粉不能氧化，不然在燒制過程中會產生氧氣，從而會造成金剛石磨輪表面有氣孔，影響磨輪質量。按照金剛石磨輪尺寸及技術要求，將混合后的銅粉、錫粉和金剛石粉裝入模具壓制，在壓力為475 490MPa的容器內保壓4 5分鐘，然后在真空爐內燒結，燒結溫度為780 790° C，保溫30 35分鐘，按照要求冷卻，用該方法制造的金剛石磨輪來加工硬質合金滾刀，能夠完全符合滾刀的技術要求。在滾刀的加工過程中，為了保證滾刀齒形精度，還應注意以下幾個問題I)對工作心軸和高速磨軸的要求在鏟磨前，滾刀以內孔和基準面定位在心軸上，這樣心軸支撐表面(圓周和端面)的運動精度就顯得十分重要，即對工作心軸支撐表面的徑跳和端跳有比較高的要求，一般工作心軸的支撐表面的徑跳不大于0. 004毫米，工作心軸的支撐表面的端跳不大于0. 002毫米。端跳會使滾刀齒形變瘦，徑跳和端跳這兩項誤差的綜合作用導致齒形表面不平整，高速磨軸的運動精度直接影響滾刀的齒形精度，一般要求軸向竄動不大于0. 002毫米，徑向跳動不大于0.004毫米。對滾刀齒形的影響效果同工作心軸。所以在工作前，對工作心軸和高速磨軸要認真檢查。2)高速磨軸的傾斜角度本實施例設計的滾刀齒形是法截面，與向截面差一個螺旋角，這樣在軸鏟齒形時，需要將高速磨軸相對滾刀軸線移動一個螺旋角，否則將使滾刀齒形變瘦，雖然螺旋角很小，一般為20’左右，但也不能忽略，通常，取磨軸相對于滾刀的軸線具有15’ 30’的螺旋角為宜。3)內聯系運動的精確要求
鏟磨齒形時的運動是復合運動，要有嚴格的內在聯系，在加工過程中，滾刀每轉過一個齒，高速旋轉的金剛石磨輪就橫向往復一次，同時，滾刀軸向位移二分之一個齒距，這個關系必須嚴格保證，通常用掛輪搭配來實現。如圖9所示，為采用本實施例加工方法獲得滾刀所加工成型的圓弧齒輪的結構示意圖，該圓弧齒輪為模數m ( Imm (通常為0. 05mm ^ m ^ 0. 25mm)的小模數齒輪,多用于鐘表、醫療設備等精密儀器。按照本實施例的加工滾刀的方法，完全可以加工滿足滾刀設計的精度要求，該加工方法獲得的滾刀，其齒背3為阿基米德螺旋線，滾刀前刀面2的前角為零度，滾刀齒形的齒廓設計簡便，只要修磨時滾刀每顆齒前角不變，故滾刀前面修磨不會影響滾刀的齒形(若滾刀的齒背為直線，則修磨后滾刀齒形會產生齒高變短，故不能重復修磨)，因此在齒輪加 工中，滾刀刀具可以不斷重復修磨，從而延長滾刀的使用壽命。
權利要求
1.一種滾刀的加工方法，其特征在于，該滾刀加工方法包括有如下步驟 (1)、根據滾刀的基本結構，在普通磨床上用磨輪對滾刀毛坯加工出所需滾刀的內孔、外圓、兩個端面及所有的前刀面，并使各前刀面的前角為零度，以得到半成品滾刀； (2)、將所述滾刀齒形按放大比例放大n倍，用線切割加工出與放大n倍后的滾刀齒形相匹配的樣板，并用加工好的標準樣板去檢驗該樣板，得到符合技術要求的合格樣板； (3)、將上述加工好的樣板安裝在樣板磨床上并縮小n倍，由所述樣板磨床加工出軋輥銑刀，然后用所述標準樣板檢驗該軋輥銑刀，得到符合技術要求的合格的軋輥銑刀； (4)、在銑床上，用上述合格的軋輥銑刀加工出退火后的軋輥，并用所述標準樣板檢驗該軋輥，得到符合技術要求的合格軋輥； (5)、在軋輥機床上，用上述合格的軋輥擠壓出金剛石磨輪的輪齒，并用所述標準樣板檢驗該金剛石磨輪的輪齒，得到符合技術要求的合格金剛石磨輪的輪齒； (6)、在鏟磨機床上，用上述加工好的金剛石磨輪的輪齒對所述的半成品滾刀進行鏟磨，加工獲得所述滾刀的齒形，并用滾刀樣板檢驗該滾刀的齒形，獲得符合加工要求的合格滾刀。
2.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述步驟(2)中的滾刀齒形的放大比例包括有200:1，100:1，50:1，20:1和10:1。
3.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述步驟⑷和步驟(5)之間 還可以增加如下步驟(4-1)、對所述的軋輥進行淬火處理，并再次用所述標準樣板檢驗淬火后的軋棍。
4.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述步驟(5)中的金剛石磨輪 由重量百分比為80. 5%的銅粉、7. 3%的錫粉和12. 2%的金剛石粉組成，所述銅粉、錫粉和金剛石粉均勻混合后，裝入模具，在壓力為475 490MPa的容器內保壓4 5分鐘，然后在真空爐內燒結，燒結溫度為780 790° C，保溫30 35分鐘，冷卻即得所述的金剛石磨輪。
5.根據權利要求I所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述步驟(5)和步驟(6)之間還可以增加如下步驟(5-1)、用柱形磨輪鏟磨所述半成品滾刀的齒背，并留有鏟磨余量。
6.根據權利要求I至5任一權利要求所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述步驟(6)中，所述的半成品滾刀的內孔、其中一個端面定位在鏟磨機床的工作心軸上，所述的金剛石磨輪安裝在該鏟磨機床的磨軸上。
7.根據權利要求6所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述工作心軸的支撐表面的徑跳不大于0. 004毫米，該工作心軸的支撐表面的端跳不大于0. 002毫米。
8.根據權利要求6所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述磨軸的軸向竄動不大于0.002毫米，該磨軸的徑向跳動不大于0. 004毫米。
9.根據權利要求6所述的滾刀的加工方法，其特征在于所述磨軸相對于所述半成品滾刀的軸線具有15’ 30’的螺旋角。
全文摘要
一種滾刀的加工方法，步驟如下先對滾刀毛坯加工出所需的半成品滾刀；接著加工出與放大n倍后的滾刀齒形相匹配的樣板；然后用樣板加工出軋輥銑刀；再用軋輥銑刀加工出退火后的軋輥；接著用軋輥擠壓出金剛石磨輪的輪齒；最后用金剛石磨輪的輪齒對半成品滾刀進行鏟磨，加工獲得所述滾刀的齒形，獲得符合加工要求的合格滾刀。由于本發明在滾刀加工過程中，對滾刀刀具的成型采用先按比例放大，再按同比例縮小的加工方法，不僅提高了滾刀的加工精度，還使得滾刀加工的生產效率提高，滾刀加工過程中的機床調整更加方便，且得到的滾刀各前刀面的前角為零度，使得滾刀前刀面的修磨不會影響滾刀齒形，刀具可以不斷重復修磨，有效地延長了滾刀的使用壽命。
文檔編號B23P15/36GK102699651SQ201210208168
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者張翔 申請人:浙江工商職業技術學院