本（běn）文通過對製約齒輪性能因素的分析，筆者提出（chū）自己的獨到見解：齒輪的工作性能、承載能力（lì）、使（shǐ）用壽（shòu）命及（jí）工作（zuò）精（jīng）度，都與齒輪本身的（de）質量有著密切關係，而齒輪加工刀具是（shì）製（zhì）約（yuē）齒輪質量的主要原因。

      1.齒輪（lún）加工刀具結（jié）構設計

      齒輪加工過程是一個（gè）仿形過程（chéng），刀具齒形設計是齒輪齒形加（jiā）工的重要基礎。指形齒（chǐ）輪銑刀的齒形由兩部分組成：工作部分和非工作部分。由於齒輪齒形部分直（zhí）接（jiē）由銑刀決定，刀具的齒根部（bù）分圓角、具設計的關鍵。

      目前我公司模數m ≤ 20的小（xiǎo）齒輪加工（gōng）多采用滾刀（dāo）加工齒輪齒形，對（duì）於模數m ＞ 20的大齒輪加工采用的刀具為指形齒輪銑刀，本（běn）文重點闡（chǎn）述大型（xíng）混合設備中大齒輪加工用（yòng）指形齒輪銑刀的齒形設計。

      直齒圓柱（zhù）齒（chǐ）輪加工刀具（jù）的齒形（xíng）確定銑刀齒形的漸開線部分（fèn），可（kě）通過計算得出，優化設計前齒輪銑刀齒形曲線由三部分組成：漸開線、圓弧和直線（xiàn）（圓弧和直線組（zǔ）成過渡曲線），如圖1所示。

      A為漸開線齒形上任意點，設齒輪中心為坐標原點O，Oy為齒槽的對稱（chēng）軸線，直（zhí）齒圓柱齒輪銑刀齒形上任意點（diǎn）坐標計算如下

xg=R xsinω x

y g=R xcosω x

      式中，ω x為A點（diǎn）的（de）齒間中心半（bàn）角，按下式公式計算

ω x=ω o + invα x

      式中（zhōng），α x為A點（diǎn）壓力角，按下式公式計算

α x =cos-1 Ro/Rx

      ω o為基圓（yuán）齒間中心半角，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（wéi）變形係數，標準齒輪ξ =0；ΔS 為分圓齒厚減薄量，一般取製造齒輪分圓弦齒厚公差中上（shàng）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（bù）分各（gè）點（diǎn）的坐標。下麵是以模數m =45、齒數z =140、齒寬B =250mm、材質為（wéi）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值求出的漸（jiàn）開線齒形各點坐標值。由圖 2可以看出，齒輪（lún）銑刀在B 點處由於不能圓滑過渡，形成了拐點，拐點處應力集中（zhōng），產生尖角效應；由於有明顯的拐點（diǎn），使得銑刀在熱處理淬火時，在此處形成裂紋源，易出現裂紋和（hé）開裂；由於拐（guǎi）點（diǎn）的存在，使齒輪表麵出現不圓滑凸棱曲（qǔ）麵，磨損嚴重，齧合性能差（chà），傳動不平穩。齒輪銑刀齒根圓角R =6m m較小，銑刀頭（tóu）部切削強度差（chà），極易斷裂，打刀現象（xiàng）嚴重，造成齒輪加（jiā）工高成本，低效率。

      優化改進設計後，將齒輪銑刀齒形曲線改由四部分組成：漸（jiàn）開線、斜線（斜（xié）線的傾角為β =3°9′6″）和圓弧、直線（斜線、圓弧（hú）、直線組成（chéng）過渡曲線），如圖（tú）3所（suǒ）示。根據漸開線形成（chéng）原理，通過改（gǎi）變齒輪齒形坐標點（diǎn），利用斜線將漸開線與（yǔ）齒根圓弧形成圓滑（huá）過渡聯接，避免了拐點的形成；同時由於增大了（le）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（le）由於刀（dāo）具斷裂、打刀造成的經濟（jì）損失。斜線的傾角β 的取值範圍由齒數決定，一般（bān）取值為：3°≤β ≤8°。

      （2）刀具齒根圓角的優化設計 齒輪齒根部分齒形直接（jiē）由銑刀決定，而齒輪的強度很（hěn）大程度上決定於齒根部分的截型，齒根（gēn）部分過小，導致齒輪應（yīng）力集中，在進行齒輪熱處理時（shí），齒根部分會因為應（yīng）力集中導致裂紋，同時刀具（jù）因刀頭直徑過小，切削強度不足（zú），刀具損失嚴重，采用合理增大刀具齒根圓角 R，是解決上述問題（tí）的（de）有效途徑。根據漸（jiàn）開線形成原理，反複（fù）實踐及修改設計，在（zài）原設計齒根圓角R =（0.2～0.3）m、R =0.38m的（de）前提下，將其提高到齒根圓角 R=（0.39～0.52）m，使齒輪達到強度和刀具壽命的最佳平衡，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。

      下麵是刀具齒根圓角改進前後，三種不同齒根（gēn）圓角齒形比較，如（rú）圖4所示。

      （3）硬齒麵齒輪加工刀具材料（liào）的確（què）定 金屬的切削過程中，刀具的切削部分直接完成切削工（gōng）

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

      2. 齒輪加（jiā）工刀具工（gōng）藝參數（shù）的確定

      在粗加工刀具的設計中，為避免（miǎn）刀具刀頭過小，刀具強度及鋼性不足導致刀具斷裂，對影響熱（rè）處理性能（néng）的齒形粗加（jiā）工留量及刀具參數的選擇（zé）進行了周密的分析比較，經過對刀具前刃部切削強度承載能力（lì）的切削試驗：①外徑留量20mm、齒底留量20mm、齒側均留量10mm時，粗加工刀具的刀頭直徑隻有φ 4mm過小，刃長（zhǎng）為32mm，此刀具根本無法實現切削功能，同時由於刀具頭部過小，是（shì）造成打刀的根本原因，刀具強度壽命極低。②外徑留量20mm、齒底留量15mm、齒（chǐ）側均留量8mm時，粗加工刀具的小頭（tóu）部分刀（dāo）頭直（zhí）徑為φ 10mm。③外（wài）徑留量12mm、齒底留（liú）量15mm、齒側均留量6mm時，粗加工刀（dāo）具的（de）小頭（tóu）部（bù）分刀頭直徑為φ 16mm，通過對（duì）三種粗加工刀具留量的現場試驗及不同（tóng）留量（liàng）對刀具切削性（xìng）能的比較（jiào）分析, 最（zuì）終確定了合理的粗加工刀具齒形設計方案，解（jiě）決（jué）了在（zài）切削過程（chéng）中由於設計不合理，刀具頭部（bù）過小齒輪（lún）清根困難及刀具易（yì）斷裂等係列（liè）問題的發生，圖5為（wéi）三種刀具齒形曲線比較。

      3. 結語（yǔ）

      通過上述對齒輪加工刀具結構設計分析及設計優化，采用本（běn）技術加工製造的齒輪銑（xǐ）刀，由於刀具（jù）齒根圓角的增大，提高（gāo）了（le）刀具的強度和使用壽命（mìng），僅此一項可降低刀具（jù）消（xiāo）耗（hào）30%以上；采用漸開線和過渡曲線（xiàn）之間的斜線聯接，由於消除了拐點，刀具應力集中的尖（jiān）角效應消失，解決了刀具在齒輪加工中斷裂和打刀（dāo）這一難題，從而節省（shěng）了刀具設計製造費用20%左右；采用新工藝留量後（hòu）的刀（dāo）具，由於增大了刀具的設計尺寸（cùn），提高了刀具強度（dù）同時增加了齒輪根部強度，有效防止了打（dǎ）刀現象及齒輪斷齒（chǐ）現（xiàn）象的發生，實現了齒輪加工高質量、高效率、低（dī）消耗，可提（tí）高生產效率30%以上，改進後的"一種指形齒輪銑（xǐ）刀"成功申報"實用新型"專利，並獲得第二（èr）十屆全國（guó）發明博覽會（huì）銀獎（jiǎng）。