《圆柱齿轮刀具关键难题系列—设计篇》圆柱齿轮刀具关键难题系列—设计篇（暂缺前言）/viewthrea ...p;page=1&extra=圆柱齿轮刀具关键难题系列—生产制造篇/viewthrea ...&extra=page%3D1圆柱齿轮刀具关键难题系列——应用篇（写ing）/viewthread.php?tid=766&extra=page%3D1圆柱齿轮刀具前辈论文小集（传ing）/viewthread.php?tid=767&extra=page%3D10，前言1，整体方案设计。

业界有一句话说得非常狠：做齿轮刀具的，必须要比做齿轮的和做齿轮机床的都更懂齿轮！这是很有道理的。

也正因为如此，对齿轮制造系统进行整体方案设计和整体优化的，往往由齿轮刀具供应商完成。

在整体方案的设计中，以自上而下的设计思想为指导，以整体优化为目标，达到和超过齿轮加工精度，效率，成本的客户要求。

基本的设计思路：1.1 理清客户要求。

被加工工件，加工节拍，整体方案的层次（有的要求高的甚至需要刀具供应商为其设计设备工装投入方案）1.2 清楚客户现有条件。

包括设备能力，技术能力，操作能力，热处理水平，批量大小，预算等1.3 确定工序。

滚+剃，滚+磨，插+剃，粗滚+精滚，怎么剃，怎么磨等1.4 将加工要求分解至每部工序，并确定前后工序的配合要求。

1.5 确定单个刀具的几个重要指标，包括（单次修磨寿命级别，单件加工时间，切削速度级别，修磨寿命等）如果发现有指标过高，应返回1.3重新确定工序1.6 确定刀具定购数量，周期和交货期。

1.7 确定刀具基本参数，包括（结构形式，材料，涂层，孔径，外圆，长度，头数，槽数等）1.8 报价（附技术方案）。

如果不能通过，返回1.5或者1.31.9 进行刀具结构设计。

1.10 给出加工工艺，包括（切削速度，走刀量，进给速度，切削深度，窜刀策略，单次修磨量，修磨间隔等）。

并验算1.5 中的的指标。

如果怎么都达不到，返回1.7 重新确定；若仍然达不到，返回 1.5甚至1.31.11 客户确认其中几个要点：** 客户与供应商相互信任，密切合作。

** 双方合作的具体操作人员，必须在技术上有相当好的可交流性。

** 刀具的成本在整个加工系统中的比例约6%，但是刀具所影响到成本的比例约75%。

所以采用高性能刀具以降低整体加工成本，是整体方案的基本方法之一。

** 考虑到前后工序的配合关系和刀具管理及修磨的重要性，最好所有的刀具和服务（管理和修磨）由一个供应商提供。

** 方案至少需要制作2个。

** 保险系数须根据经验初定，也可根据试验结果修正。

难点：** 整体把握2，刀具寿命的评估在整体设计方案里，这个问题是一个中间环节。

目前多根据经验评估，在整体设计中再加上一个保险系数。

进一步的发展，应该牵?2.1 寿命评估的指标体系以增进评估的可计算性怎样可以，用一个或多个指标，来衡量刀具的基本切削能力，再通过计算得到某个具体刀具设计的切削能力。

如现在多采用的，滚刀单牙切削长度。

在一定切削速度和被加工工件材料条件下，单个牙齿切削的长度，由刀具材料+涂层确定。

然后滚刀的总牙数*这个数值，就可以得到总切削长度。

滚切的长度，则可以由工件参数和滚刀参数计算得来。

再比如，被加工材料的难易程度，可以用可加工性的某个系数来评估。

还需要考虑机床刚性，冷却条件，加工方式，某些关键参数等等。

建立起一整套的指标体系，才能更准确和方便地评估刀具寿命。

2.2 切削数据库将刀具使用的实践和经验，整理到一个统一的切削数据库中。

让齿轮加工，能够像普通加工，钻车铣那样，有一个整合的统一的切削数据库。

在这个数据库的基础上，可以统计，可以分析，可以进行切削试验的数据分析。

还可以为刀具结构设计提供反馈和验证。

这样一个公司的经验积累，速度将会是相当快。

而不是单纯依赖经验。

2.3 进行关键性的切削试验有计划有选择的进行关键性切削试验，并将数据记录。

其他的刀具寿命评估，就可以与这些关键案例进行对比和修正，从而获得一定的参考价值。

齿轮刀具设计自由度太大，是其基本特点之一。

案例式的切削试验，毫无疑问可以让寿命评估更准确更方便。

2.4 提出更高的要求2.4.1 对刀具的性能稳定性提出更高的要求我们常说这么一句话，一个公司的刀具好还是不好，不是看一次两次谁切的齿轮多，而是看百次千次是不是你都切得下这么多齿轮。

这就是性能的稳定性。

与热处理，材料，涂层，机加工都关系紧密。

是一个典型的木桶模型，即性能由最差的环节决定。

2.4.2 对被加工齿轮的材料稳定性提出更高的要求被加工齿轮的用材，热处理水平，如果稳定性不好，都会直接影响到刀具寿命2.4.3 对刀具结构设计提出更高要求如何进行结构优化设计，才能最大限度发挥出刀具的切削能力，依然是刀具结构设计不懈的追求。

2.4.4 对刀具的使用提出更高的要求合理的切削参数，高刚性的设备和装夹，合适的冷却，熟练的操作，合理和严格的刀具管理，都是发挥刀具性能的前提。

难点：** 本身就是高难度** 变量太多3，刀具结构参数设计的优化这里说的优化，指的是在已有基础上的改进。

优化基本的方法是：** 数学建模进行分析** 使用软件分析** 从使用中得到反馈和验证目前主要是靠经验但又很重要，需要进行优化的设计，有如下几个难题：3.1 滚刀铣刀槽型优化如何选取合适的参数组合来设计槽型，以达到强度刚性和容屑排屑性能的最佳平衡？这个优化，对于高速切削干切削，对于粉末钢硬质合金滚刀，尤为重要的。

3.2 滚刀插刀刃型优化刃型（已经包括了变压力角），关系到刀具切削角度，流屑，磨损的均匀性等重要因素3.3 滚刀铣刀插刀切削角度优化包括前角后角刃倾角（滚刀与螺纹升角相关）等在多个角度参数之间的平衡，在性能和精度之间的平衡，在单次修磨和修磨次数之间的平衡等3.4 插刀铣刀最佳变位这也是一个求解最佳平衡的问题。

3.5 剃刀最佳啮合角直接关系到啮合过程的质量和剃刀加工的难度。

3.6 滚剃之间，插剃之间，粗滚精滚之间的最佳配合我们经常碰到的是，多照顾后续工序，则前道工序约束加大；优化了前道工序，后道工序却很难照顾到。

3.7 被加工齿轮齿根部分的优化由于齿轮齿根部分直接由滚刀铣刀插刀决定，而齿轮的强度很大程度上决定于齿根部分的截型，所以，如何设计滚刀插刀，使其截型优化，达到强度和刀具寿命的最佳平衡，是一个很有价值的课题。

对于某些重载齿轮特别重要。

3.8 磨损均匀无论滚铣插剃，不均匀磨损都是很突出的问题。

如何通过结构设计提高磨损均匀性，对于提高刀具寿命有着直接的意义。

3.9 工艺参数的优化如何选取走刀量，进给策略，窜刀策略？如何在经验的基础上优化？理论基础？3.10 剃刀槽型优化对梳槽（环形槽），如何优化槽型？可以说，剃刀寿命起码50% 取决于梳槽（环形槽）。

3.11 径向剃刀槽排列优化径向剃刀槽的排列，也是表面质量，效率之间的一种平衡。

而梳槽在牙齿上的位置，对牙齿的强度和排屑，都有很重要的影响。

3.12 剃刀牙齿截面参数优化为什么有些公司能够对1模数的剃刀梳槽，而国内1.6模数，几乎全部采用环形槽！这里面是有技术含量的。

其中一部分就来源于设计。

在剃刀各种参数之间平衡，以求精度强度和性能的平衡。

这种高于经验之上的优化设计，相信会让剃刀设计更上层楼。

3.13 剃刀最佳螺旋角这个问题，牵涉面非常广。

主要以经验为主。

各家有各家的经验。

为什么不从理论出发，以切削试验为验证，来进行优化？！3.14 剃刀最佳齿数现行的设计，一般不会考虑这个问题。

就像很多设计者一般不会考虑滚刀插刀的外径也存在最佳值的问题。

而且，通过改变齿数，往往能够从某些约束中脱身。

3.15 滚刀铣刀键槽位置的优化当滚刀槽底距孔壁很近时，滚刀存在着在键槽处开裂破坏的风险。

通过分析确定键槽的周向位置，可以降低开裂破坏的风险。

3.16 整体方案设计中基本参数的优化如外径，长度，头数，槽数这些基本参数，平时订单里都规定了。

但是在整体方案设计中，这些参数由设计者来定。

那么，这个最优解，怎么来求？3.17 倒棱刀参数优化由于倒棱刀的寿命一般很高，所以其参数优化的研究并不多。

而实际上，对倒棱刀的参数优化，往往能够有效降低修磨次数，并实现一刀多用。

难点：** 解决一个不算难，解决所有的就不简单了4，特殊齿轮刀具的设计这里说的“特殊齿轮刀具”指的是，区别于普通的常见的滚铣插剃的齿轮刀具。

其设计具有特色，颇具创新，自成一体，需要进行特殊设计（包括优化）。

4.1 粗切滚铣刀追求大切除率的高效率加工。

一般模数较大。

有轮切式，后刀面分屑槽等结构设计粗切滚刀，不仅可以借鉴以上思路，还可以有其他思路。

另外，不论轮切结构，后刀面分屑槽还是其他的思路，各种参数的搭配平衡都会对刀具精度和性能造成很大的影响。

4.2 非圆柱形滚刀带锥度，鼓形凹形等。

新一代的CNC铲磨机和刃磨机，大多数支持非圆柱形滚刀的磨削。

这使得设计工程师，具有了在轴向截型上设计的发挥空间。

一般来说，主要着眼点是磨损均匀，防根切。

下图是一个大锥度滚刀，怀疑是用来加工锥蜗轮。

锥蜗轮介绍：/read.php?tid=443234.3 柄式/多联滚铣刀柄式滚铣刀与孔式滚铣刀相比的优势：** 大大提高了定位精度** 在制造上，也为刀具供应商和齿轮制造商降低了不少的工装成本（主要是芯轴）** 对硬质合金滚铣刀而言，柄式结构加工要容易得多基于以上原因，柄式滚刀取代孔式成为主导结构将是大势所趋。

其设计，有些是标准柄（成文发布的或者齿轮制造公司专用的），有些需要设计，沟通。

多联（一般双联）滚刀则可以一次装夹滚切多个不同规格的齿轮，故常用于齿轮轴。

这里的设计要点是制造方便和性能之间的平衡。

4.4 多头/多槽/大直径/超长度滚刀这是目前欧美比较流行的设计思想。

与传统滚刀设计相比的优势：** 降低被加工齿轮单件制造成本** 大大提高效率** 多槽数的滚齿精度更高** 降低修磨次数，减少了修磨后的齿形误差，并提高了全铲磨的比例对刀具制造和使用提出更高的要求。

4.5 一次性滚刀/插刀以下就是传说中的wafer hobs & wafer shaper cutters这两种设计，已被Gleason 申请专利（在国内不知道申请没有）。

将4.4的减少修磨次数的设计思想发挥到极致，不用修磨，用完就扔。

所以英文名为thrown hobs, thrown shaper cutters要点：** 解除了考虑修磨的约束，设计工程师的刀具结构参数优化就可以得到极大的解放，从而大大提高刀具性能** 降低被加工齿轮单件制造成本** 对于齿轮制造商而言，不用考虑刀具修磨问题，刀具的使用得到简化** 制造工艺不同** 优化设计方向和思路不同.6 双压力角滚刀剃刀主要应用在油泵齿轮。