齒輪加工用高效帶柄滾刀的特點與應用

競爭激烈的全球市場要求齒輪制造商不斷突破提高生產效率和降低生產成本的極限，這就意味著必須采用由優質材料制造并用高性能涂層保護的先進滾刀進行高速滾削加工。由于先進刀具的價格較高，因此有些生產車間不愿意使用高效滾刀，這是因為他們沒有全面分析生產流程的各個方面，以確定正確的成本計算方法--從計算總成本到計算每件加工成本。

為了實現更高的齒輪切削效率，滾刀的設計正趨向于開發高效、多頭的帶柄滾刀。帶柄滾刀采用整體工具鋼材料制造，直徑較小，通常比帶孔滾刀更長一些。它們安裝在滾齒機上時，是通過兩端的柄頸定位，而不是像帶孔滾刀那樣安裝在心軸上。例如，藍幟Fette可轉位硬質合金重載切削滾刀設計構想是用經濟的可轉位硬質合金刀片與眾所周知的滾切優勢的結合，在規定的時間內，可以在高切削速度下切除大量金屬，重磨和再涂層對于傳統滾刀是必需的，而在這里沒有必要。大大節省了修磨成本和換刀時間，這將減少機床的投入，從而減少廠房的建設，真正為用戶節省大量的成本；格里森公司（Gleason Corp.）的Genesis帶柄滾刀采用了D驅動機構，即利用滾刀鍵銷的整個表面接觸來傳遞扭矩。一般來說，在大多數機床上采用的平面對平面驅動機構在高應力線接觸產生的扭矩作用下，容易在接觸面上出現微小錯位。

整體式帶柄滾刀通常用于加工蝸輪，要求滾刀直徑與被加工蝸輪直徑比較接近。經過優化設計的帶柄滾刀最適合用于大批量、高效率加工。而大直徑、大螺距齒輪（如卡車傳動箱或礦山機械用的齒輪）通常是用帶孔滾刀加工的。

對于帶柄滾刀和帶孔滾刀而言，可縮短切削時間的影響因素包括提高進給率、滾刀速度和增加滾刀頭數。滾刀設計者為了優化滾刀性能，嘗試采用小直徑滾刀，因為在給定的表面速度（sfm）下，滾刀的直徑越小，切削速度就越高。由于帶柄滾刀直徑較小且無孔，與類似直徑的帶孔滾刀相比具有更大的長度，因而可獲得更多的可移動切削區，并使滾刀每走刀一次可以切削更多工件。具有鋒利切削齒的滾刀沿著其軸向移動進入切削區。

格里森公司的設計經理Glenn Schlarb解釋說，“帶柄滾刀的高生產率是在每次走刀中沿著滾刀都有更多移動位置的結果，并且由于采用了具有高耐磨性的滾刀材料和刀具涂層，增加了滾刀的走刀次數，使每把滾刀可以加工更多的工件。”

滾削加工既可使用也可不用冷卻液。但是，許多用戶更愿意采用干式滾削，因為它可以消除環境污染，并節省與處理冷卻液相關的成本。為了在高速干滾削條件下保護切削刃，干式滾削要求滾刀采用具有高溫穩定性和低熱傳導率的優質涂層。

由于帶柄滾刀采用了整體結構，并且將其安裝在滾齒機上所用的零件也較少，因此其裝配剛性優于帶孔滾刀。滾刀可在安裝于頂尖之間的狀態下對其刃磨、安裝和測量精度進行檢測。與帶孔滾刀相比，帶柄滾刀消除了孔與心軸之間的累積徑跳誤差，以及由隔離件與安裝螺母引起的搖擺誤差。

用于制造帶柄滾刀的優質鋼材牌號具有高耐磨性以及高水平的室溫硬度和切削高溫下的紅硬性。雖然優質鋼材和涂層比性能較低的材料成本更高一些，但可以制造出切削速度更高的小直徑帶柄滾刀，從而可縮短加工循環時間和降低每件加工成本。在適當的加工條件下，這種每件加工成本效益通常要大于每件刀具成本的增加，從而可以降低每件工件的加工總成本。

在滾削加工中，采用合適的刀具涂層至關重要，它可以提高生產率和降低加工成本，在某些加工場合，可使刀具壽命提高一倍，不但能節省刀具成本，而且能減少換刀次數，縮短停機時間。

歐瑞康巴爾查斯涂層公司（Oerlikon Balzers Coating）的技術主管Dennis Quinto博士指出，切削刃的制備對于涂層性能具有重要影響，而這通常是刀具性能一個未受到很好控制的因素。鋒利的切削刃可以產生較小的切削力和較低的切削熱，但涂層較薄，會增大切削刃崩刃的危險，因此只適合小進給率切削；經過鈍化處理的切削刃上涂層較厚，具有更穩定的抗崩刃性，但產生的切削力也較大；經過倒棱和鈍化處理的切削刃具有最穩定的抗崩刃性，因此非常適合硬脆刀具材料（如硬質合金）和大進給率切削。

由于在滾削加工中，切削速度和切削深度應隨著工件材料抗拉強度的增加而降低，因此選用合適的涂層可提高切削速度（在某些情況下還能提高進給率）。PVD涂層可對幾乎所有滾刀提供保護。標準的TiN涂層對于采用潤滑劑的低速滾削有效；TiCN涂層可以增加滾刀的硬度和耐磨性，適合加工磨蝕性工件材料；TiAlN涂層是為干式切削開發的，具有極好的韌性和耐高溫性能。最近為干式切削開發的新型AlCrN涂層則具有更優異的耐磨性、耐熱性和抗氧化性。