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[摘 要]随着工业技术水平的提高，滚齿技术得到了很大的发展，采用硬质合金滚刀对硬齿面进行加工，革新了传统的硬齿面精加工工艺。对于高精度的磨齿齿轮来说，硬齿面滚齿能用很高的效率代替粗磨工序，切除齿轮的热处理变形，留下小而均匀的余量进行精磨，提高了磨齿效率。对于衍齿齿轮来说，在衍齿前安排硬齿面滚齿，可以切除热处理变形，达到必要的精度，再进行衍齿加工，以充分发挥衍齿工艺光整加工的特长，弥补滚齿加工的不足。對于普通精度的淬硬齿轮来说，可以用硬质合金滚刀直接进行精滚加工，以保证齿轮加工精度，是一种不可取代的齿轮加工技术。
[关键词]硬质合金滚道；设计；工艺
中图分类号：TF704.2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0031-01
一、硬质合金滚刀设计
（1）滚刀材料
硬齿面滚齿加工的特点是：工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄，在切削过程中，刀具承受着较大冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦，因此，对刀具切削部分材料的冲击韧性的要求就很高。通过试验，推荐采用我国国产牌号YT14，该材料具有较高的耐磨性，再添加碳化锂等高温碳化物来提高刀片的冲击性和耐磨性，以获得良好的切削性能。
（2）滚刀的热处理及镀层
滚刀的热处理采用盐浴炉等温淬火，盐浴炉分级等温及真空淬火等方式。淬火范式的改进使刀具的硬度稳定的控制在一个合理的范围内。滚到表面采用镀TiN、TiALN和镀碳复合纳米材料，是滚刀的耐用度大幅度提高。
（3）滚刀的结构形式
目前，世界各国所设计的硬质合金滚刀，其结构主要有3种：整体式、机夹式、焊接式。
整体式硬质合金滚刀
其特点是刚性强机械加工省时，可做到较高精度。但受整体压型工艺限制，目前只能做到外径85㎜的滚刀，且损耗昂贵的硬质合金较多，成本高，只宜做模数m=3mm以下的滚刀。
机夹式硬质合金滚刀
机夹式结构比较复杂，夹紧可靠性也较差，特别是在加工大模数淬硬齿轮时，齿面的挤压力较大，且交变作用显著，因此对刀片的夹紧要求较高。我国韶关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角g=0°～ -30°（此处需要对照原文）的各类中模数（m1—6）硬质合金滚刀，切削效果很好。
焊接式硬质合金滚刀
其特点是结构简单，联接强度高，而且硬质合金刀片烧结容易，材料节省，应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素，因此需要较高的焊接技术，近年来日本对此问题解决较好，并已在生产中应用。我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。
（4）滚刀前角
由于硬质合金的冲击韧性较差，因此，在硬质面滚齿时，极易产生崩刃，崩刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。为此，设计滚刀时，采用大负前角的特殊形式。
确定前角时要考虑两点：
·刀具刃磨后齿形精度的保持性；
·提高刀齿抗崩刃的能力，降低刀刃磨损。
负前角的大小将直接影响刀具刃 磨后齿形精度的保持性以及抗崩刃的能力。负前角越大，精度保持性越差，但负前角过小，则刀具的抗崩刃能力越小。
从理论上分析，随着硬质合金滚刀负前角的增大，滚刀侧刀刃倾角增大，使滚刀刀齿平稳地切入金属层，从而减小了冲击，保护硬质合金刀齿不致崩刃，耐用度明显提高。国内外的试验和使用情况也得到同样的结论。但是，负前角值越大，要保证滚刀的齿形精度就越困难。根据被加工齿轮的齿面硬度，前角推荐值如上表所示。
（5）滚刀前面偏位值的修正
直槽滚刀重磨后，习惯上规定前面偏位值不变，认为这样能保证其齿形精度。但从理论上来讲是不符合的。近年来使用的直槽前角硬质合金滚刀也证明了这一点。随着滚刀重磨量的增加，被滚切轮齿的渐开线误差，在齿顶处逐渐朝
负向偏差，通过理论分析和试验，发现在重磨时改变前面偏位值能保证直槽滚刀刃磨后的齿形精度，从而提高滚刀的使用寿命。总之，使刃磨后的前角增大，才能保证刃磨后的齿形精度。
（6）滚刀基本尺寸的确定
滚刀的基本尺寸指的是滚刀的外径、孔径和长度等要根据滚刀的规格、用途、结构形式和机床条件等因素来确定。
A滚刀的外径和孔径
减小直径的利处：克服变载荷引起的振动，进而提高滚刀与齿轮的速度，缩短切入切出时间，增加滚刀两次刃磨的间隔等问题。
减小直径的弊处：将引起滚刀螺旋升角增大，会导致滚刀的造型误差变大，精度下降。
大直径的滚刀，因其具有较大的内孔，有较好的刚性，应在实际设计中优先考虑。
B滚刀的长度
滚刀的最小长度应满足以下要求：
·滚刀应有充分的“窜刀”长度
·滚刀能完整的包络出被加工齿轮的全部齿形
·滚刀端头的刀齿载荷不应过重。
二、硬齿面滚齿工艺
随着机械工业的不断发展，齿轮的应用越来越广泛，对传动系统和变速系统中齿轮精度和机械性能的要求越来越高，越来越多的齿轮传动采用承载能力大，抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮，经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来，开始推广硬齿面齿轮的应用。
硬齿面滚齿加工的工艺路线如下：
（1）普通精度齿轮（7-9级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚，
（2）衍齿齿轮（6-7级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→衍齿；
（3）磨齿齿轮（3-6级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿。
影响齿形精度的原因主要有两个方面：
一是滚齿机的稳定性和传动刚度差；
二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难，大负前角的滚刀在重磨后齿形变化很大。为此，需要对滚刀的结构和参数进行精心设计和计算，对重磨后的齿形精度进行分析，并提出改进措施。
滚齿作为齿形加工中最常用、生产率较高的一种加工方法。不仅应用于齿形加工，也可用于精加工。但是在滚齿的加工过程中，由于工艺系统在制造、安装和调整中会不可避免地存在误差，这些误差影响传递运动的准确性、传动平稳性和载荷分布的均匀性。
因此，在设计硬质合金滚刀时，为满足其使用要求，对设计时的材料、形状和规格要求也是非常严格的，滚齿齿面缺陷及齿面粗糙度达不到设计要求，也会引起齿轮传动时发生噪音，加剧齿面的磨损，从而降低使用寿命。合理的设计刀具，能有效的提高刀具的强度和使用寿命，合理的调整参数，具有重要的使用价值。随着科学不断进步，新型高效率的刀具将会取得新的研究成果。
参考文献
[1] 丁俊一，机械制造技术基础[M]北京：机械工业出版社，2004.
[2] 朱绍华，机械加工工艺[M]北京：机械工业出版社，1999.
[关键词]硬质合金滚道；设计；工艺
中图分类号：TF704.2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）21-0031-01
一、硬质合金滚刀设计
（1）滚刀材料
硬齿面滚齿加工的特点是：工件硬度高、切削过程断续和切削层很薄，在切削过程中，刀具承受着较大冲击载荷、较高的切削温度和强烈的摩擦，因此，对刀具切削部分材料的冲击韧性的要求就很高。通过试验，推荐采用我国国产牌号YT14，该材料具有较高的耐磨性，再添加碳化锂等高温碳化物来提高刀片的冲击性和耐磨性，以获得良好的切削性能。
（2）滚刀的热处理及镀层
滚刀的热处理采用盐浴炉等温淬火，盐浴炉分级等温及真空淬火等方式。淬火范式的改进使刀具的硬度稳定的控制在一个合理的范围内。滚到表面采用镀TiN、TiALN和镀碳复合纳米材料，是滚刀的耐用度大幅度提高。
（3）滚刀的结构形式
目前，世界各国所设计的硬质合金滚刀，其结构主要有3种：整体式、机夹式、焊接式。
整体式硬质合金滚刀
其特点是刚性强机械加工省时，可做到较高精度。但受整体压型工艺限制，目前只能做到外径85㎜的滚刀，且损耗昂贵的硬质合金较多，成本高，只宜做模数m=3mm以下的滚刀。
机夹式硬质合金滚刀
机夹式结构比较复杂，夹紧可靠性也较差，特别是在加工大模数淬硬齿轮时，齿面的挤压力较大，且交变作用显著，因此对刀片的夹紧要求较高。我国韶关工具厂生产的硬质合金滚刀就是此类结构。这种结构可用于前角g=0°～ -30°（此处需要对照原文）的各类中模数（m1—6）硬质合金滚刀，切削效果很好。
焊接式硬质合金滚刀
其特点是结构简单，联接强度高，而且硬质合金刀片烧结容易，材料节省，应用较广泛。但由于焊接应力引起的裂纹一直是产品质量不稳定的因素，因此需要较高的焊接技术，近年来日本对此问题解决较好，并已在生产中应用。我国重庆、汉江等工具厂采用这种结构。
（4）滚刀前角
由于硬质合金的冲击韧性较差，因此，在硬质面滚齿时，极易产生崩刃，崩刃是硬质合金滚刀要解决的主要问题。为此，设计滚刀时，采用大负前角的特殊形式。
确定前角时要考虑两点：
·刀具刃磨后齿形精度的保持性；
·提高刀齿抗崩刃的能力，降低刀刃磨损。
负前角的大小将直接影响刀具刃 磨后齿形精度的保持性以及抗崩刃的能力。负前角越大，精度保持性越差，但负前角过小，则刀具的抗崩刃能力越小。
从理论上分析，随着硬质合金滚刀负前角的增大，滚刀侧刀刃倾角增大，使滚刀刀齿平稳地切入金属层，从而减小了冲击，保护硬质合金刀齿不致崩刃，耐用度明显提高。国内外的试验和使用情况也得到同样的结论。但是，负前角值越大，要保证滚刀的齿形精度就越困难。根据被加工齿轮的齿面硬度，前角推荐值如上表所示。
（5）滚刀前面偏位值的修正
直槽滚刀重磨后，习惯上规定前面偏位值不变，认为这样能保证其齿形精度。但从理论上来讲是不符合的。近年来使用的直槽前角硬质合金滚刀也证明了这一点。随着滚刀重磨量的增加，被滚切轮齿的渐开线误差，在齿顶处逐渐朝
负向偏差，通过理论分析和试验，发现在重磨时改变前面偏位值能保证直槽滚刀刃磨后的齿形精度，从而提高滚刀的使用寿命。总之，使刃磨后的前角增大，才能保证刃磨后的齿形精度。
（6）滚刀基本尺寸的确定
滚刀的基本尺寸指的是滚刀的外径、孔径和长度等要根据滚刀的规格、用途、结构形式和机床条件等因素来确定。
A滚刀的外径和孔径
减小直径的利处：克服变载荷引起的振动，进而提高滚刀与齿轮的速度，缩短切入切出时间，增加滚刀两次刃磨的间隔等问题。
减小直径的弊处：将引起滚刀螺旋升角增大，会导致滚刀的造型误差变大，精度下降。
大直径的滚刀，因其具有较大的内孔，有较好的刚性，应在实际设计中优先考虑。
B滚刀的长度
滚刀的最小长度应满足以下要求：
·滚刀应有充分的“窜刀”长度
·滚刀能完整的包络出被加工齿轮的全部齿形
·滚刀端头的刀齿载荷不应过重。
二、硬齿面滚齿工艺
随着机械工业的不断发展，齿轮的应用越来越广泛，对传动系统和变速系统中齿轮精度和机械性能的要求越来越高，越来越多的齿轮传动采用承载能力大，抗点蚀性能好的硬齿面齿轮。国外发达国家的工业齿轮，经表面淬火和整体淬火硬度在350HBS以上的硬齿面几乎已完全取代硬度低于350HBS的软齿面。我国自80年代以来，开始推广硬齿面齿轮的应用。
硬齿面滚齿加工的工艺路线如下：
（1）普通精度齿轮（7-9级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚，
（2）衍齿齿轮（6-7级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→衍齿；
（3）磨齿齿轮（3-6级）：滚齿→淬火→硬齿面半精滚→磨齿。
影响齿形精度的原因主要有两个方面：
一是滚齿机的稳定性和传动刚度差；
二是制造高精度硬质合金滚刀存在一定的困难，大负前角的滚刀在重磨后齿形变化很大。为此，需要对滚刀的结构和参数进行精心设计和计算，对重磨后的齿形精度进行分析，并提出改进措施。
滚齿作为齿形加工中最常用、生产率较高的一种加工方法。不仅应用于齿形加工，也可用于精加工。但是在滚齿的加工过程中，由于工艺系统在制造、安装和调整中会不可避免地存在误差，这些误差影响传递运动的准确性、传动平稳性和载荷分布的均匀性。
因此，在设计硬质合金滚刀时，为满足其使用要求，对设计时的材料、形状和规格要求也是非常严格的，滚齿齿面缺陷及齿面粗糙度达不到设计要求，也会引起齿轮传动时发生噪音，加剧齿面的磨损，从而降低使用寿命。合理的设计刀具，能有效的提高刀具的强度和使用寿命，合理的调整参数，具有重要的使用价值。随着科学不断进步，新型高效率的刀具将会取得新的研究成果。
参考文献
[1] 丁俊一，机械制造技术基础[M]北京：机械工业出版社，2004.
[2] 朱绍华，机械加工工艺[M]北京：机械工业出版社，1999.