本文通過對製約齒輪性能因素的分（fèn）析，筆者提出自己的獨到見解：齒輪的工作性能、承載能力、使用壽命及工作精度，都與齒輪本身的質量有著密切關係，而齒輪加工刀具是製約齒輪（lún）質量的主要原因。

      1.齒輪加工刀具結（jié）構設計

      齒輪加工過（guò）程是一個仿形過（guò）程，刀具齒形設計是齒輪齒形加工的重要基（jī）礎。指形齒輪銑刀的齒（chǐ）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（fèn）直接由銑刀決定，刀具的齒根部（bù）分圓角、具（jù）設計的關鍵（jiàn）。

      目前我公司模數m ≤ 20的小齒輪加工多采用滾刀加工（gōng）齒輪齒形，對於模數m ＞ 20的大齒輪加工采用的刀（dāo）具為指形齒輪銑刀，本文重點闡述大型混合設備中大齒輪加（jiā）工用指（zhǐ）形齒輪銑刀的齒形設計。

      直齒圓柱齒輪加工刀具的齒形確定銑刀（dāo）齒形的漸開線部分，可（kě）通過計算得出，優化（huà）設計前（qián）齒輪銑（xǐ）刀齒形曲線由三部分組成：漸開線、圓弧和直線（圓弧和直線組成過（guò）渡曲線），如（rú）圖（tú）1所示。

      A為（wéi）漸開線齒形上（shàng）任意點，設齒輪中心為坐標原點O，Oy為齒槽的對稱（chēng）軸線，直齒圓柱（zhù）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）的齒間中心半角，按（àn）下式公式計算

ω x=ω o + invα x

      式中，α x為A點壓力角，按下式公式計算

α x =cos-1 Ro/Rx

      ω o為基圓齒間中心半（bàn）角，按下（xià）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（chǐ）輪（lún）ξ =0；ΔS 為分圓齒厚減薄量，一（yī）般取製造齒輪分圓弦齒厚（hòu）公差中上偏差的1/3。

於（yú）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（kāi）線部分各點的坐標（biāo）。下麵是以模數m =45、齒（chǐ）數z =140、齒寬B =250mm、材質為鍛件42CrMo、齒麵熱處理硬（yìng）度（dù）要求為290!320H B W的通過給出不同點數值求出的（de）漸開線齒（chǐ）形各點坐標值。由圖 2可（kě）以看（kàn）出，齒輪銑刀在B 點（diǎn）處由於不能圓滑過渡，形（xíng）成了拐點，拐點處應（yīng）力集中，產生尖角效應；由於有明顯的（de）拐點（diǎn），使得銑刀在熱處理淬（cuì）火時，在此處形成裂紋源，易出現裂紋和開裂；由於拐點的存（cún）在（zài），使齒輪表麵出現不圓滑凸棱曲麵，磨損嚴重，齧合（hé）性能差，傳動不平穩。齒輪銑刀齒根圓角R =6m m較小，銑刀頭部（bù）切削強（qiáng）度差，極易斷裂，打刀現象嚴重，造成齒輪加工（gōng）高成本，低效率。

      優化改（gǎi）進設計後，將齒輪銑刀齒形曲線（xiàn）改由四部分組成：漸開線（xiàn）、斜線（斜線的（de）傾角為β =3°9′6″）和圓弧、直線（斜線、圓弧、直線組成過渡曲（qǔ）線），如圖3所示。根（gēn）據漸開線形成原理，通過改變齒輪齒形坐標點，利（lì）用（yòng）斜線將漸開線與齒根圓弧形成（chéng）圓滑過渡聯接，避免了拐點的形成；同時由於增大了齒輪銑刀（dāo）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（dāo）具斷裂、打刀造成的經濟損失。斜線的傾角β 的取值（zhí）範圍由齒數決定，一般取值為（wéi）：3°≤β ≤8°。

      （2）刀具齒根圓（yuán）角的優化設計 齒輪（lún）齒根部分齒（chǐ）形直（zhí）接由銑刀決定，而齒輪的強度很大程度上決定（dìng）於齒（chǐ）根部分的截型，齒根部分過小，導致齒輪應力集中，在進行齒輪熱處理時，齒根部分會因為應力集中導致裂紋，同時刀具（jù）因（yīn）刀頭直徑過小，切削強度不足，刀具損失（shī）嚴重，采用合（hé）理增大刀具齒根圓角 R，是解決上（shàng）述問題（tí）的有（yǒu）效（xiào）途徑。根據漸開線形成原理，反複實踐（jiàn）及修改設計，在原設計齒根圓角R =（0.2～0.3）m、R =0.38m的（de）前提下，將其提高到（dào）齒（chǐ）根圓角 R=（0.39～0.52）m，使齒輪達到強度和刀具壽命（mìng）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（sān）種不同齒根圓角齒形比較，如圖4所示。

      （3）硬齒麵（miàn）齒輪加工刀具材料的（de）確定 金（jīn）屬的切削過程中，刀（dāo）具的切削部分直接完成切削工

作，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（zǎi）荷和機械摩擦，刀具材料性能的優劣直接（jiē）影響刀具的質量（liàng）、切削加工（gōng）生產率、刀具（jù）耐程度、零件加工精（jīng）度和表麵質量等（děng）諸多因素，因此刀具材料在選擇時必須考慮：工件的材料、形狀、刀具類型、加工方法和工藝係統剛（gāng）度等；刀具材料的高硬（yìng）度、足夠的強度和韌性、耐熱性、高耐磨性、良好的工（gōng）藝性能及使用性能。一般（bān）情（qíng）況下，根據刀具材料硬度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的兩倍以上，所以（yǐ）刀具材料硬（yìng）度為65.9～67.5HRC，必須具備高硬（yìng）度、高（gāo）耐磨性、足夠的強度和韌性及良好的高（gāo）溫耐熱（rè）性、化學穩定性和導熱性能。

      2. 齒輪加工刀具工藝參數的確定（dìng）

      在粗加工刀具的設計中，為（wéi）避免刀具刀頭過小，刀具強度及鋼性不足導致刀具（jù）斷裂，對影響熱處理性能的齒形粗加工（gōng）留量及刀具參數的選（xuǎn）擇進行了（le）周密的分（fèn）析比較，經（jīng）過（guò）對刀（dāo）具前（qián）刃部切削強度承載能力的切削試驗：①外徑留量20mm、齒底留量20mm、齒側均留量10mm時，粗加工刀具（jù）的刀頭直徑隻有φ 4mm過小，刃長為（wéi）32mm，此刀具根本無（wú）法實現切削功能，同時由於刀具頭部過小，是造成打（dǎ）刀的根本原因，刀具強度壽命極低。②外徑留（liú）量20mm、齒底留（liú）量15mm、齒側均留量8mm時，粗加工刀具的小頭部分刀頭直徑為φ 10mm。③外徑留量12mm、齒底留量15mm、齒側均留量6mm時，粗加工刀具的小頭部分刀頭直徑為φ 16mm，通過對三（sān）種粗加工刀具留量的現場試驗及不同留量對刀具切削性能（néng）的比較分析, 最終確定了合理的粗加（jiā）工刀具齒形設計方案，解決了在切削過程中由於設計不合理，刀（dāo）具頭部過（guò）小齒輪清根困難及刀具易（yì）斷裂等係列問題（tí）的發生，圖5為三種刀（dāo）具齒形曲線比（bǐ）較。

      3. 結（jié）語

      通過上述對齒輪加工刀具結構設計分析及設計優化，采用本技術加工製造的齒輪銑刀，由於刀具齒根圓角的增大，提高了刀具（jù）的強度和使用壽命，僅此（cǐ）一項可降低刀具消耗（hào）30%以上；采用漸開線和（hé）過渡曲線之間（jiān）的（de）斜線聯接，由於消除了拐（guǎi）點（diǎn），刀具應力集中的尖角效應消失，解決了刀（dāo）具在齒輪加工中斷裂和打刀這一難（nán）題，從（cóng）而節省了刀具設計製造費用20%左（zuǒ）右；采用新工藝留量後的刀具，由於增大了刀（dāo）具的設計尺寸，提高了刀具強度同時（shí）增加了齒輪根部強度，有效防止了打刀現象及齒輪（lún）斷齒現象的發生（shēng），實現了（le）齒（chǐ）輪加工高質量、高效率、低（dī）消耗，可提高（gāo）生產效率30%以上，改進後的"一種指形齒輪銑刀"成功申報（bào）"實用新型"專（zhuān）利，並獲得第二十屆全國發明博覽會銀獎。