面滚铣刀系统及用于该面滚铣刀系统的可转位铣削刀片

摘要

本发明提供面滚铣刀系统和可转位嵌入式铣削刀片，以面滚铣削螺旋锥齿轮。系统包括至少一组可拆卸刀夹组件，每组刀夹组件包括多个刀夹组件，各刀夹组件沿旋转方向间隔开，每个刀夹组件通过夹紧装置在刀槽内固定到位，每个刀夹组件包括刀夹和可转位嵌入式铣削刀片，各铣削刀片通过保持装置而保持在相应的一个刀夹上。每组刀夹组件的一部分刀片为斜方形切向安装刀片，以铣削螺旋锥齿轮齿的齿侧部，而每组刀夹组件的其它刀片为切槽刀片，其横向于切向安装刀片布置，以铣削螺旋锥齿轮齿的齿根部，且每组刀夹组件的切向安装刀片成对设置，一个面向中心轴线设置，另一个背对中心轴线设置，以分别铣削齿轮齿的凹入弯曲齿侧面和凸起弯曲齿侧面。

说明书

技术领域

在第一方面，本发明涉及齿轮面滚铣刀系统，特别是安装有刀夹、可调节的螺旋锥齿轮面滚铣刀系统，用于在CNC面滚铣床上面滚铣削螺旋锥齿轮。

在第二方面，因此本发明还涉及用于螺旋锥齿轮面滚铣刀系统的可转位嵌入式铣削刀片。

背景技术

锥齿轮被广泛用于卡车、建筑工程车辆、采矿业。目前的趋势是需求仍在增长。目前市场上主要有两大类型的锥齿轮，第一类型是德国格里森公司(Gleason)制造的锥齿轮，大约占90％，第二类型是德国克林贝格公司(Klingelnberg)制造的锥齿轮，大约占10％。市场上存在数千种用于面滚铣削格里森型锥齿轮的刀具。

在传统的面滚铣锥齿轮工艺中，铣刀和工件以一定的定时关系彼此独立旋转，从而允许工件连续转位并且连续形成齿轮齿。这样，在大多数面滚铣工艺中，刀具的单次加工就可以使齿轮的所有的齿形成。

目前的产业中普遍使用高速钢(HSS)刀头(tool bit)来面滚铣螺旋锥齿轮。或者，采用高速钢一体式刀片或具有涂层的硬质合金一体式刀片(blade)来面滚铣削螺旋锥齿轮，一体式刀片可以进行再磨尖和再涂层，但是这既耗时间，而且成本高昂。现有的刀具还可以在径向平面和角平面上进行调节。格里森型刀具有多种型号，用以满足低量生产和大量生产、粗加工到精加工的需要。

美国专利US6715968、US6086291公开了切槽刀片，可以用于铣削齿根部。德国专利DE20016673公开了一种铣刀组件，可以用于加工齿侧部，其中采用了矩形基本形状的刀片。美国专利US6632050B2公开了一种面滚铣刀系统，其中采用了一体式刀片。中国发明专利CN00807087.3公开了一种面滚铣刀系统，用于平面滚齿生产齿轮。美国专利US6609858、US7736099公开了安装有刀夹的面滚铣刀系统。例如，图1显示了US7736099所述的面滚铣刀系统的分解透视图，其中1为齿轮铣刀系统，2为刀盘，3为刀盘的顶面，4为刀夹组件，5为刀盘侧面，6为刀槽。在图1所示的面滚铣刀系统中，刀夹组件设置4成两排，即：内侧排和外侧排，用于分别加工齿轮齿的内侧和外侧，刀夹组件包括刀夹和可转位嵌入式刀片，所有的刀夹和刀片是相同的。

但是，目前的面滚铣刀系统普遍存在的缺点是，由于采用高速钢刀头或硬质合金一体式刀片来加工螺旋锥齿轮，因此生产率较低，需要湿式加工(即需要冷却液)，较长的安装设置时间，而且更换刀头或对一体式刀片重新研磨的成本和时间较高。在现有的采用具有嵌入式可转位刀片的刀夹组件的铣刀系统中，所有的刀夹和刀片都是相同的，加工效果仍然不能令人满意。因此，存在对高生产率，干式切削和较少的安装设置时间的锥齿轮面滚铣刀系统的需要。此外，期望提高刀具的使用寿命。

发明内容

本发明旨在避免先前已知的齿轮面滚铣刀的上述缺点并提供一种齿轮面滚铣刀系统，特别适合用于加工螺旋锥齿轮或弧形锥齿轮，尤其是模数在5-20之间的格里森型螺旋锥齿轮或弧形锥齿轮。因此，本发明的主要目的是提供一种用于粗加工和半精加工螺旋锥齿轮的齿轮面滚铣刀系统，其中代替目前普遍使用的HSS刀头和硬质合金一体式刀片或者设置成内侧排和外侧排的相同的刀夹和刀片来加工齿轮齿的内侧和外侧，而是采用不同的刀夹和嵌入式可转位刀片来加工螺旋锥齿轮齿的不同部位。在齿轮面滚铣刀系统中利用不同的刀夹和可转位嵌入式刀片来加工螺旋锥齿轮，获得以下优点：较高的金属移除速率，干式切削，较长的刀具寿命，而且安装设置时间较少。本发明的另一目的是提供用于上述齿轮面滚铣刀系统的切向安装的可转位嵌入式铣削刀片，其用于加工齿轮齿的齿侧部。

根据本发明的第一方面，提供面滚铣刀系统，用于面滚铣削螺旋锥齿轮，其一方面包括能围绕中心轴线旋转且具有旋转对称的基本形状的刀盘，所述刀盘包括顶面、底面和在顶面和底面之间延伸的侧面，和形成在刀盘内的多个刀槽，用于接纳刀夹组件，且所述刀槽从顶面向内延伸到刀盘中，另一方面，所述面滚铣刀系统包括至少一组可拆卸的刀夹组件，每组刀夹组件包括多个刀夹组件，各刀夹组件沿旋转方向间隔开，每个刀夹组件通过夹紧装置在相应的刀槽内固定到位，且每个刀夹组件包括刀夹和可转位嵌入式铣削刀片，各铣削刀片通过保持装置而保持在其相应的一个刀夹上，其特征在于，每组刀夹组件的所述铣削刀片中的一部分设置为切向安装刀片，用于铣削螺旋锥齿轮齿的齿侧部，而每组刀夹组件的所述铣削刀片中的其它刀片设置为切槽刀片，其横向于切向安装刀片布置，用于铣削螺旋锥齿轮齿的齿根部，且每组刀夹组件的所述切向安装刀片成对设置，其中一个面向中心轴线设置，另一个背对中心轴线设置，用于分别铣削螺旋锥齿轮齿的凹入弯曲齿侧面和凸起弯曲齿侧面，且所述切向安装刀片具有斜方形的基本形状。

在本发明的实施例中，所述切槽刀片和切向安装刀片布置成使得所述切槽刀片离所述中心轴线的径向最远点的径向距离大于所述切向安装刀片离所述中心轴线的径向最远点的径向距离。

在本发明的实施例中，每组刀夹组件中的所述铣削刀片布置成以如下顺序交替：切槽刀片，第一切向安装刀片，切槽刀片，第二切向安装刀片，其中第二切向安装刀片以与第一切向安装刀片相反的方向切向安装。由此，铣刀系统安装有同等数量的切槽刀片和切向安装刀片，其中切向安装刀片从两个相反的方向以同等数量安装。采用这一配置，较多的刀片被配置用来切削齿根部，而较少的刀片被配置用来切削每个齿侧部。

优选地，各所述刀夹组件沿旋转方向等距间隔开。

优选地，所述面滚铣刀系统包括2-7组刀夹组件，各组刀夹组件沿旋转方向均匀地间隔开。

优选地，每组刀夹组件包括3-6个不同的刀夹，以相应地保持不同的所述铣削刀片。

优选地，所述面滚系统包括7组刀夹组件，每组刀夹组件包括四个刀夹组件，所述四个刀夹组件的两个铣削刀片为切槽刀片，另外两个为切向安装刀片，用以形成一个完整的齿轮齿轮廓。

优选地，所述切向安装刀片具有至少两个切削刃，优选具有四个切削刃。

优选地，所述刀夹组件还包括垫板，用以提供对所述刀夹组件的精确的径向设置。

在第二方面，本发明还涉及上述的可转位的切向安装刀片。刀片可由硬质合金制成，并可涂有涂层。

在第三方面，根据本发明的面滚铣刀系统可用于粗加工和半精加工螺旋锥齿轮。优选的加工参数如下：切削的线速度Vc小于350米/分钟，每齿进给量fz最大为0.25mm。

根据本发明，采用不同的刀片来加工螺旋锥齿轮的不同部位，且用于加工齿侧部的刀片特别地切向安装，基本形状为斜方形。通过本发明的齿轮面滚铣刀系统，实现了加工螺旋锥齿轮时的高生产率，干式切削和较低的安装设置时间。而且，加工螺旋锥齿轮时机床的功率负载率较低，且所加工出来的齿轮齿的表面质量较好。根据本发明的采用指定刀片用于齿根部和齿侧部的另一个优点是可以最优化各个刀片。例如，可以采用较耐磨等级的刀片来用于齿侧部，而采用较韧性等级的刀片用于齿根部。

此外，根据本发明，由于可转位的切向安装刀片具有至少两个切削刃、优选四个切削刃且为斜方形基本形状的嵌入式刀片(insert)的事实，产生正的轴向倾角，有助于加工期间更好的排屑，而且刀具的使用寿命较长。

附图说明

在附图中：

图1是根据现有技术的安装有刀夹的齿轮面滚铣刀系统的透视图，

图2是显示了根据本发明实施例的齿轮面滚铣刀系统的透视图，

图3是本发明实施例的齿轮面滚铣刀系统的截面图，

图4是本发明实施例的一组刀夹组件的放大透视图，

图5A-C分别是根据图4的切槽刀片和切向安装刀片的刀夹组件的透视图，

图6是根据本发明的切向安装的刀片的透视图，

图6A-6B是根据图6的切向安装刀片的平面图和截面图。

具体实施方式

下面参照图2-7描述本发明的面滚铣刀系统和切向安装刀片。

在本发明的描述中，使用了术语“切向安装”，其参照的是面滚铣刀系统的旋转加工方向。

如图2-5所示，本发明的面滚铣刀系统用于面滚铣削螺旋锥齿轮，其一方面包括围绕中心轴线C旋转且具有旋转对称的基本形状的刀盘10，所述刀盘10包括顶面20、底面30和在顶面和底面之间延伸的侧面40，和形成在刀盘内的多个刀槽50，用于接纳刀夹组件，且所述刀槽从顶面向内延伸到刀盘中，另一方面，所述面滚铣刀系统包括7组可拆卸的刀夹组件，各组刀夹组件沿旋转方向均匀地间隔开，每组刀夹组件包括4个刀夹组件100，200，300，400，各刀夹组件沿旋转方向等距间隔开，每个刀夹组件通过夹紧装置(未标出)在相应的刀槽内固定到位，且每个刀夹组件包括刀夹110，210，310，410和可转位嵌入式铣削刀片120，220，320，420，各铣削刀片通过保持装置(未标出)而保持在相应的一个刀夹上。每组刀夹组件的所述铣削刀片中的2个设置为切向安装刀片220，420，用于铣削螺旋锥齿轮齿的齿侧部，而每组刀夹组件的所述铣削刀片中的其它2个刀片设置为切槽刀片120，320，其横向于切向安装刀片布置，用于铣削螺旋锥齿轮齿的齿根部，且每组刀夹组件的所述切向安装刀片220，420中一个(本例中为220)面向中心轴线设置，另一个(本例中为420)背对中心轴线设置，用于分别铣削螺旋锥齿轮齿的凹入弯曲齿侧面和凸起弯曲齿侧面。

如图2所示，切槽刀片120和320离中心轴线C的径向最远点的径向距离大于切向安装刀片220和420离中心轴线C的径向最远点的径向距离。

如图4最佳所示，每组刀夹组件的4个铣削刀片以如下顺序交替布置：切槽刀片120，切向安装刀片220，切槽刀片320，切向安装刀片420，其中切向安装刀片420以与切向安装刀片220相反的方向在切向上安装。换句话说，每组刀夹组件安装有同等数量的切向安装刀片和切槽刀片，其中切向安装刀片从两个相反的方向以同等数量安装。由此，较多刀片用于切削齿根部，而较少刀片用于切削每个齿侧部。

所述刀夹组件还可以包括垫板，用以提供对所述刀夹组件的精确的径向设置。

下面参照图6、6A和6B描述本发明的可转位的嵌入式切向安装刀片。如图所示，切向安装刀片220、420具有斜方形的基本形状，且具有四个切削刃。

本发明的面滚铣刀系统尤其适合用于粗加工和半精加工螺旋锥齿轮。合适的加工参数如下：切削的线速度Vc小于350米/分钟，每齿进给量fz最大为0.25mm。

实例1

使用哈尔滨第一工具制造有限公司生产的带有28个刀槽的12英寸(约30厘米)的刀盘，在上面安装上28个刀夹组件(刀夹从瑞典山特维克可乐满公司获得)。刀夹组件共分成7组，每组4个刀夹组件，其中两个的铣削刀片设置为切向安装刀片，用于加工螺旋锥齿轮齿的齿侧部，另外两个的铣削刀片设置为切槽刀片(瑞典山特维克可乐满公司的CoroCut刀片)，用于加工齿轮齿的齿根部。切槽刀片横向于切向安装刀片设置。两个切向安装刀片一个面向中心轴线设置，另一个背对中心轴线设置，用于分别加工齿轮齿的凹入弯曲齿侧面和凸起弯曲齿侧面。切向安装刀片具有斜方形的基本形状。

另外，刀夹组件还采用了软垫板。刀夹被调节为具有5微米径向跳动(run out)，高度变化为30微米。

将装配好的面滚铣刀系统安装在JCB60型CNC机床上，以加工格里森型螺旋锥齿轮。工件材料为低合金钢，硬度为150HB。

实例2

采用以下参数进行加工：157RPM，150米/分钟，fzc＝0.056毫米/齿，fzf＝0.112毫米/齿，螺旋(侧面)为0.037毫米。加工环境为干式铣削。

结果，每个齿的切削时间为10秒，加工速度太慢。而且，加工出的齿轮上出现切屑焊接现象，且用于加工齿根部的切槽刀片出现崩刃。

实例3

采用以下参数进行加工：230RPM，220米/分钟，fzc＝0.08毫米/齿，fzf＝0.16毫米/齿，螺旋(侧面)为0.053毫米。加工环境为干式铣削。

结果，每个齿的切削时间为5秒，加工速度可以接受。而且，加工出的齿轮质量可以接受。机床功率负载率为26％。

实例4

采用以下参数进行加工：230RPM，220米/分钟，fzc＝0.114毫米/齿，fzf＝0.23毫米/齿，螺旋(侧面)为0.076毫米。刀具在加工齿根后停留0.15-0.3秒。加工环境为干式铣削。

结果，每个齿的切削时间为3.5秒，加工速度非常快。而且，加工中在齿根部表面上产生的振纹减少，加工出的齿轮质量优异。机床功率负载率为38％。

上述实例表明，采用根据本发明的面滚铣刀系统加工螺旋锥齿轮，加工速度快，生产率得以提高，且加工出来的齿轮具有良好的表面光洁度(测量显示出在齿廓公差上达到等级6的齿轮的水平)。而且，加工环境为干式切削，无需冷却液。刀具磨损小，刀具的使用寿命得以提高。而且，切削平稳，加工中在齿根部上产生的振纹得以减少。此外，根据本发明，刀夹组件还具有软垫板，由此能够提供精确的径向调节，以适应不同尺寸的齿轮。

本领域技术人员可以理解，以上描述只是示例性的。在不背离本发明的思想和范围的情况下，本领域技术人员仍可以对本发明作出多种修改和变化。