大型弧齿轮铣刀片及刃磨工装

张金全 张振宇 郑惠玲

(①河南南阳二机石油装备集团有限公司，河南南阳 473006;②山东祥通橡塑集团有限公司，山东济宁 272000)

弧齿锥齿轮铣刀(盘)分粗切铣刀、全工序铣刀和精切铣刀3大类，其中精切铣刀一般分为双面切削铣刀、单面内切铣刀和单面外切铣刀3种基本形式。双面切削精铣刀盘分别有一个基准内切刀片和一个基准外切刀片。如果铣刀盘上只有一个基准内切刀片的是单面内切铣刀，只有一个外切刀片的是单面外切铣刀。铣刀还可以分为右旋铣刀和左旋铣刀两类，面对铣刀的正面看去，切齿时顺时针方向旋转为左旋，逆时针方向旋转的为右旋，图1所示的为右旋双面精切弧齿铣刀盘。一般情况下，公称直径为18英寸以下的弧齿铣刀刀片用钝后，以整体形式在专用的锥齿轮铣刀盘刃磨机上进行磨削，然后在专用的弧齿铣刀盘检查机上检查刀盘精度。但是，对于石油机械、大型矿山机械等大功率、重型机械传动中使用的、模数大于15 mm的弧齿轮，需要使用更大的铣刀盘切削加工，如目前常用的有21、24、28、32和40英寸等，刀片用钝后需要找到合适的方法磨削。使用专用的锥齿轮铣刀盘刃磨机磨削是一种方法，使用普通设备结合设计合适工装的方法，也很好地解决了大型弧齿轮铣刀片前面刃磨问题。

1 弧齿铣刀片

如图2，弧齿铣(内切削)刀片结构形状及名称，图中右上角为铣刀片二维平面简图。在生产中，刀片使用钝了需要磨削其前面，使其切削刃(前面与主后面相交形成的BC线)保持锋利，根据弧齿轮铣削加工的共轭原理，切削刃BC线是其被加工工件对滚圆锥的一部分，铣刀盘切削加工时的回转轴线即图中OO线，切削刃BC与轴线的夹角形成铣刀片的齿形角α(一般 α ＜20°，公称直径40 英寸的 α 取18°45'左右)，刀片的前面与其回转轴切面OBD(基面)形成一个倾角γ'即刀片的端面前角，K点为切削刃BC上任一点，KP线经过刀片的前面，KH平行于基面，HKP组成的平面垂直于刀刃BC线，则∠HKP=γ就是铣刀片在K点处的法面前角。刀刃BC线所在的主后面与圆锥面形成的夹角为主后角。铣刀片的刃磨只磨削前面，为了保证磨削前面后铣刀片的齿形角保持不变，铣刀片的主后面和副后面设计成阿基米德螺旋面。其顶刃所在的曲线2是在其阿基米德螺旋面(主后面)上的螺旋线，其螺旋升角即为顶刃(CF线)后角，磨削前面时前角γ值一般取10°～25°，其他角度使用过程中不磨削，保持制造时的角度值不变。

2 刃磨工装的设计

2.1 工装结构与工作原理

根据弧齿铣刀片结构原理设计刃磨工装，如图3所示。将工装放置在平面磨床的电磁工作台面上，斜块1的底面与工作台面接触，斜面倾角θ是将前面转换为平面的刀尖上翅角;定位装置5安装在工装体8上面，利用2个定位锥销准确确定其倾斜角γ，即刀片的法向前角，利用5个紧固螺栓4将其紧固;定位装置6利用2个紧固螺栓紧固在定位装置5上面;将刀片9放置到定位装置5和6之间，刀片的侧面和下面各用2个紧固螺栓紧固。第一次使用时需用百分表检查刀片的前刀面，检查通过斜面倾角θ和法向前角γ是否将刀片的前面转换为水平面。一般来说，法向前角γ可以是一个可变的区间值，新刀片刃磨时可以保持与原设计一致，如果在使用中发现前角切削不合适，可以根据情况将法向前角增大或减小。图4是在平面磨床上磨削时的实物照，图示显示的是一个刀片刃磨的情况，本工装“弧齿铣刀盘铣刀刃磨装置”获得了国家实用新型专利(专利号:ZL 2007 2 0075746.4)。

2.2 工装的适用范围

在实际工作中，根据需要可以设计成多个刀片进行磨削，根据刀片的大小，确定磨削的数量，分别有1片、2片和10片不等，多片磨削效率更高。定位装置5在工装体8上可以设计成可调的，满足不同法向前角γ值磨削的需要。

本装置适用于较大刀片的刃磨，刃磨时将刀片从铣刀盘拆下来装在夹具体里，磨削完成后再将刀片装到铣刀盘上。

切齿过程中，出现扎刀现象造成铣刀片刀尖断掉，如果刀片的切削部分还有再复回使用的价值时，可以利用平面磨大力切削的优势，快速磨去刀尖损坏部分，也可以利用线切割的方法割去打掉的刀尖前面部分，再利用本工装磨出需要的前面。

3 结语

大型弧齿锥齿轮传动在石油钻井装备的转盘传动装置上广泛应用。制造过程中弧齿铣刀片用钝后，可以磨削弧齿锥齿轮铣刀刀片的方法很多，有专用的锥齿轮铣刀盘(片)刃磨机床，也可以在万能工具磨削机床上结合合适的工装磨削［1］。使用本工装磨削弧齿铣刀片，不用专门投资大型专用弧齿锥齿轮铣刀盘(片)刃磨机床，工装设计制造简便易行，对于多属单件小批生产性质的大型弧齿锥齿轮制造，是一种经济实用的解决方案。

［1］聂建武，刘金乾.万能工县磨床上刃磨弧齿锥齿轮铣刀的研究与实践［J］.陕西工业职业技术学院学报，2007(6).

［2］齿轮手册编委会编.齿轮手册［M］.2版.北京:机械工业出版社，2008.

［3］曾韬.螺旋锥齿轮设计与加工［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1989.

［4］成大先.机械设计手册第3卷［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［5］刘文剑，曹天河，赵维缓.夹具工程师手册［M］.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社，1987.