刀具刃口缺陷對(duì)插齒加工的影響及判斷

　　插齒機(jī)按滾切法加工齒輪，它的工作原理相當(dāng)于一對(duì)圓柱齒輪嚙合傳動(dòng)的過程。其中一個(gè)是端面磨有前角、齒頂及刀齒兩側(cè)均開有后角的插齒刀，另一個(gè)則是被加工的齒輪。當(dāng)插齒刀與工件保持著緊密的無間隙嚙合狀態(tài)時(shí)，插齒刀每上下往復(fù)一次，被加工齒輪就會(huì)相對(duì)刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過一段弧長(zhǎng)。也正因?yàn)橛兄@樣一種獨(dú)特的工作原理，其刀具刃口在前次加工中，可能出現(xiàn)的某一刀齒崩刃、切削瘤及拉傷等缺陷，都將會(huì)在這一次及后續(xù)的加工中，在與其相嚙合的齒面上反復(fù)地、有規(guī)律地留下痕跡。這就是在無間隙嚙合加工中，不完整切削刃帶來的不可避免的刃口缺陷的復(fù)制。這一缺陷將一直保留至刀具在刃磨后，能完全去除刃口缺陷時(shí)為止。

　　1. 問題來源

　　在對(duì)插齒機(jī)用戶的服務(wù)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用戶在加工中或換刀后出現(xiàn)被加工工件齒距偏差(公法線變動(dòng)量)增大時(shí)，往往將解決問題的注意力集中在機(jī)床的傳動(dòng)鏈上?？偸窃O(shè)法去改變刀軸滑動(dòng)導(dǎo)軌與鑲條的運(yùn)動(dòng)間隙或兩套分度蝸輪副的嚙合間隙，以期消除加工誤差，卻不太關(guān)心刀具刃口質(zhì)量對(duì)工件的影響。殊不知，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者已有意識(shí)的采用耐磨材料，強(qiáng)化了這些關(guān)鍵部位的抗磨損設(shè)計(jì)。況且，這些部位的磨損是在一臺(tái)機(jī)床全壽命周期中的一個(gè)極為漫長(zhǎng)的漸變過程，不會(huì)突然發(fā)生。而盲目、武斷地解決問題，往往會(huì)適得其反，這不僅不能解決問題，還破壞了原機(jī)床合理的運(yùn)動(dòng)間隙，并可能因此而產(chǎn)生新的問題，或給機(jī)床幾何精度帶來無法彌補(bǔ)的損傷。

　　以合理的方法去推論刀具的刃口質(zhì)量是否是產(chǎn)生問題的根源則顯得更為簡(jiǎn)單，處理起來也更為快捷。其方法是：在加工抽檢中或換刀后發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，應(yīng)在下一個(gè)工件加工完畢后，在退刀時(shí)將參與退刀的刀齒和與之相嚙合的工件齒上分別劃上記號(hào)。

　　通過對(duì)被加工工件的測(cè)量，找出影響齒距偏差突然增大或減小的大小齒，并按工件的旋向標(biāo)出問題齒距退刀點(diǎn)的順位齒數(shù)。然后，按齒輪的嚙合原理，從插齒刀的退刀點(diǎn)就能很容易地找到可能影響齒距偏差突然增大或減小的刀齒。為確認(rèn)該刀齒是否有問題，這時(shí)可將有疑似問題的刀齒劃上記號(hào)，然后再切1——2個(gè)工件，同樣劃上退刀記號(hào)，重復(fù)上一次的查找過程。如果這一次查找的問題刀齒和上一次的問題刀齒為同一刀齒，則可以明確的判斷該刀具的刀齒的確有問題。如果不是同一刀齒，再?gòu)钠渌矫娌檎覟闀r(shí)不晚。這樣，從簡(jiǎn)單的方法入手，用排除法去查找問題則可避免誤判，非常簡(jiǎn)便、實(shí)用(見圖3)。

　　2. 結(jié)果分析

　　為什么新刃磨的刀具往往也會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢?這是因?yàn)閷?duì)插齒刀的認(rèn)識(shí)存有誤區(qū)，我們普遍認(rèn)為刀具是達(dá)到制造標(biāo)準(zhǔn)并通過檢測(cè)的，問題應(yīng)該是出在機(jī)床傳動(dòng)鏈上。其實(shí)，在對(duì)刀具的近10項(xiàng)通用幾何精度檢測(cè)中，沒有一項(xiàng)是針對(duì)刃口質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的。

　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察統(tǒng)計(jì)，其實(shí)更多的時(shí)候問題出在用戶自行刃磨后的刀具刃口上。其表現(xiàn)形式有以下幾種：

　　(1)在對(duì)刀具前角的刃磨中，因無法用高倍投影儀對(duì)刃口的刃磨質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，只能憑目視感覺，并未能完全去除前次插齒加工時(shí)遺留下的刃口缺陷，這樣就使得刀具刃口帶著殘余缺陷參與了下一批次的加工，并留下了痕跡。

　　(2)沒有專用磨刀機(jī)，使用的是未改造的外圓磨床刃磨刀具前刃。由于采用未改造的外圓磨床刃磨刀具，就不能使用高精度的固定頂尖裝夾工藝來磨削前刃，只能利用頭架主軸錐孔來裝夾接刀桿、插齒刀。這樣，外磨頭架主軸在旋轉(zhuǎn)中自身固有的幾何精度誤差(軸向竄動(dòng)誤差、徑向跳動(dòng)誤差)，都將嚴(yán)重影響刀具修磨后前刃面的斜向圓跳動(dòng)誤差。而這一刃磨誤差將直接影響到加工質(zhì)量。

　　(3)修磨前刃時(shí)不進(jìn)行精磨加工。一塊粒度46的砂輪在一次修磨完成后，即送廠家進(jìn)行涂層處理。過粗的砂輪粒度造成前刃面上有明顯的加工痕跡，導(dǎo)致表面粗糙度值增大，用手觸摸，即可感知其刀齒一側(cè)的出刀刃口粗糙、毛刺集聚。加工中往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)齒面好、一個(gè)齒面差的現(xiàn)象。其修磨質(zhì)量難以恢復(fù)到刀具出廠時(shí)的制造標(biāo)準(zhǔn)，插齒時(shí)將造成被加工工件齒距偏差增大，單次刃磨后的刀具使用壽命、零件批量加工合格率也將會(huì)大大降低。

　　3. 結(jié)語

　　隨著新材料的不斷出現(xiàn)，齒輪加工的材料也在不斷的升級(jí)變化。用戶對(duì)齒輪加工的節(jié)拍、工序能力指數(shù)的要求也在不斷的提高。這從某種意義上講，對(duì)刀具壽命的考核勝過了對(duì)機(jī)床幾何精度的考核。

　　市場(chǎng)上對(duì)刀具材料細(xì)分為高速鋼、粉末冶金高速鋼兩大類十余個(gè)品種，國(guó)內(nèi)外刀具廠商的熱處理工藝也各不相同，刀具的涂層又分成了氮化鈦、鋁氮化鈦、氮碳化鈦、鋯硅納米晶體及鈦硅納米晶體等。因此，在不同因素條件下組合的刀具，對(duì)不同的加工材料、不同的加工參數(shù)往往會(huì)產(chǎn)生不同的加工效果，所以根據(jù)加工材料選擇合適廠商生產(chǎn)的合適刀具非常重要，而根據(jù)實(shí)際加工情況精心選擇合適的加工參數(shù)(節(jié)拍)，則又決定了刀具的使用成本和加工成本。

　　在換裝不同品牌、不同材質(zhì)、不同涂層的刀具或優(yōu)化加工參數(shù)后的首批零件加工中，則應(yīng)計(jì)件跟蹤測(cè)量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)零件加工到一定數(shù)量后，工序能力指數(shù)出現(xiàn)偏離時(shí)，則應(yīng)立即停機(jī)修磨刀具。避免因刀具用鈍后繼續(xù)切削造成刀齒刃口及刀齒兩側(cè)刃后角的拉傷，從而對(duì)刀具形成深度損傷。這必將導(dǎo)致刀齒前刃修磨量增大，刀具全壽命使用周期降低。

　　所以，科學(xué)選擇合適的加工參數(shù)，確定一次刃磨后的零件加工量，不僅有利于保證批量零件的加工質(zhì)量，還可保證以額定的刀齒前刃修磨量來獲得完整的切削刃。當(dāng)不具備精磨前刃的條件時(shí)，用戶最好在自己完成粗磨后，交刀具涂層廠家進(jìn)行精磨后涂層。這樣，一次修磨即可獲得一把完好如初的刀具。只要科學(xué)、合理地使用刀具及機(jī)床，就一定會(huì)獲得事半功倍的效果，取得最大收益。