齿轮滚刀变模数设计

前言
** 看到论坛上有人问起，再想想自己好久没有总结经验了。于是发帖。
** 这些东西可是在书上找不到的。
** 因为该经验为个人经验，不涉及公司机密，且无专利限制，可以拿来和同仁共享。
** 版权所有。转载注明出处。

1, 原理
1.1 变模数设计在原理上的可行性上非常简单。齿轮配对啮合和齿轮齿条啮合的基本条件之一，就是基节相等，即m1*cos(a1)=m2*cos(a2)，所以从理论上来说，对于被加工齿轮参数(m1, a1)，有无数个滚刀参数(m2, a2)与之配合。
1.2 滚刀在滚切过程中可近似看作齿条。齿轮齿形为滚刀刀刃包络线。
1.3 TIF为滚齿工序所要求有效渐开线起始点。如果后续工序有剃齿或磨齿需要留余量，则TIF指去除余量后有效渐开线的起始点。滚刀的设计基本要求之一，就是能够得到TIF。

2, 设计的好处
2.1 TIF
得到所要求的TIF是变模数设计的主要目的。很多情况下，客户图纸要求的TIF非常低，而滚刀干涉所得到的过渡曲线部分非常大，你已经采取了所有其他的办法，都不行。于是，减小压力角吧。
小压力角的齿条，在啮合中啮合系数更大，得到的起始点能够大幅下移。形象地说，能够往齿底方向更伸得下去。如果你有齿轮齿条模拟软件，能够看得很清楚，对比很鲜明。汉江以前没有模拟软件，现在可能已经有了。
如果通过变模数，已经把压力角压到不能接受的地步，还是离TIF很远，OK, 联系客户吧。
有时候客户希望能用一把刀切削几个规格的齿轮。往往同时满足所有的TIF要求是很困难的。这种情况下变模数无疑是你最好的帮手。
2.2 优化齿形参数
既然减小压力角能够将TIF的压力大幅降低，那么齿形参数的设计就不用捉襟见肘，那就尽情发挥你的设计才能吧。
2.3 使用原有设计
汽车变速器齿轮和所用齿轮刀具，绝大部分是非标。但是接到一份齿轮图纸，请不要急着设计新刀。你可以找你以前模数相近的设计，然后通过变模数设计，来校核是否能够使用原有设计。
2.4 部分标准化
甚至，对大客户或者系统解决方案，你可以进行一些部份的标准化。将能够滚刀规格的数量大幅下降。
2.5 优化侧后角和顶后角的组合
设计时可以通过改变压力角，变大或者变小，来调节侧后角，从而达到优化其与顶刃后角的组合。

3, 应用的好处
3.1 成本
减少滚刀规格，意味着滚刀制造成本降低。滚刀供应商会报给你更低的价格。
减少滚刀规格，也意味着降低了在滚刀采购上的资金运转量，降低了库存，降低了管理成本。
齿轮经常有试验项目或者不正常中断项目。这时会有一批滚刀成为闲置。2.3中所述能够帮上一部分忙。如果是客户愿意，还可以将旧滚刀重新磨齿形，投入使用。这时候变模数设计就能够提供更多的可能性。
3.2 切削性能
优化的参数，如2.2和2.5中所述，能够改善切削条件，提高滚刀的切削性能。
还有一个容易被忽略的好处是，模数变小（虽然幅度很小），能够增加每排牙齿的数量，从而增加窜刀次数，提高滚刀寿命。这个好处不是很明显。

4, 生产的好处
4.1 成本
滚刀的生产成本对批量非常敏感，特别是3件以内（含）。而汽车齿轮滚刀的批量，大部分是这个范围。所以降低滚刀规格数对生产成本有着非常重要的意义。
4.2 工装系列化（须压力角系列化）
主要作用体现在铲磨砂轮的系列化。高性能滚刀的铲磨，所使用的砂轮无论是陶瓷还是CBN都很昂贵。而砂轮的消耗，有很大一部分是在变换齿形的时候，被打砂轮打掉的。将砂轮的压力角系列化，从而让设计者选择压力角，能够大幅降低砂轮成本和库存压力。
另外，部分螺纹车刀和铲刀的准备也可以能够从中受益。
这和容屑槽角度与槽底圆弧组合的系列化是一个道理。

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楼主是专业搞滚刀设计的吧？理论和实际经验感觉很非常丰富，而且有很好的管理意识。如果能再加点实例，这篇文章可以是一篇很好的论文。
另外文中“TIF”不知何意，能否说明一下。

楼主：你所谓的设计的好处，除了“2.1 TIF”，其他都是扯淡，生产实际中小压力角用的很少。

to 2楼：
看得出来，你也是懂一些滚刀的。但是不知道你是不是做技术的。
做技术很重要的一点就是，心态要平和。

工作要开始忙了，先不聊。

变压力角设计是一种“不得已而为之”的做法。要解决的问题是
1工件渐开线起始圆径的要求
2工件齿根圆弧的要求
3滚刀齿顶过尖的问题
这三个是技术问题。是一种解决方案，而不是优化方案。

如果手里滚刀不够多，那么滚刀能够代用的概率是很低的。如果手里的滚刀很多，楼主所说的减少滚刀规格的优点就比较明显。这是优化方案。
我这里有500多把滚刀，滚刀的代用和变压力角滚刀加工的计算是很常用的。在节省成本方面是有效的。

5楼的观点，是非常正确，是变压力角滚刀设计的源泉。

我以前也是把变模数作为倒数第2招用的（倒数第1是联系客户），后来用得多了发现，嘿嘿，好处多着呢。

这是一个观念上的问题。传统观念里，尽量使齿轮刀具模数=被加工齿轮模数。实际上，为什么？！

补充一下，变压力角滚刀的代用适合于对齿根径要求不严的场合。比如剃齿刀的生产。
（因为剃齿刀齿根部有孔或其他形状的排屑槽）对于一般齿轮来说，除非齿轮设计者配合，
否则变压力角滚刀能代用的概率也是比较低的。所以要体现楼主的变压力角滚刀的标准化系列化
的好处需要多方的配合，不一定具有普遍意义。
另外变压力角滚刀在安装上需要操作人员特别注意一下。
如果去除我上面说的三个原因以及与一刀多用相关的标准化，系列化的好处，楼主所说的好处还有
优化齿形参数和优化侧后角和顶后角的组合。
优化齿形参数是指的滚刀齿顶圆弧吗？如果决定了变压力角，滚刀齿形的其他参数差不多也就定了，并
没有太多可供设计者发挥的地方，只有齿顶圆弧（还有触角参数）可以调节。如果非要变压力角才能解决
齿轮齿根圆弧或强度问题的话，那就变成了我上面说的第二条原因了。变压力角之后侧后角和顶后角确实需要
变动，但对切削性有多大程度的改善，是否能构成变压力角设计的充分条件还需要详细探讨。
楼主能否再详细谈谈优化齿形参数和侧后角和顶后角的优化的思想。
齿轮刀具模数=被加工齿轮模数确实是一个习惯，当然这样的习惯也是有由来的，并不是没有理论基础的传统观念。
我相信如果在不必做变压力角设计时变压力角设计的真的有很多优点的话，大家的观念也会转变的。

先回复一下logxing提到的几个具体问题：
1，手头上的刀不够。
**  高性能滚刀都很贵，几千上万的，能够改一把都是好事情。
**  如本文3.1所述，“（汽车）齿轮经常有试验项目或者不正常中断项目。这时会有一批滚刀成为闲置。”如果你们公司在汽车齿轮滚刀上有一定市场的话，你会体会其中的意思。
**  汽车齿轮模数范围比较窄，一般是m1.3~3（卡车集中在3.5~6）。旧刀代新刀的概率比较高。
2，你说的三个问题都包含在2.1和2.2
3，根径的要求是完全另一回事，只与齿厚齿高相关，跟变压力角无关。在变模数设计的时候不用考虑。
4，操作人员在安装时，不用考虑其他，只需要看刻字上的螺纹升角和齿轮螺旋角，即可。当然，前提是不要拿错刀。
5，关于“优化齿形参数和侧顶后角组合的优化”，我不能说。这部分属于公司内部know-how，请理解。
6，传统观念
**  该观念的理论基础，就是m1*cos(a1)=m2*cos(a2)。在应用上，使m1=m2, a1=a2从而把刀具设计简化。工程应用么，能够简单当然追求简单。
**  齿轮在发展，齿轮刀具的设计也在发展。当有更高的要求时，刀具设计就不可避免地走向复杂。
**  设计本身也在发展。包括设计理论，设计工具，设计方法等。更好的设计不仅能够更好的满足使用要求，还能够优化设计本身，并对生产起到不同程度的优化作用。
**  从老板的角度来说，我在这里说得越多，他肯定是越不开心的。他恨不得整个中国的齿轮刀具设计，都被传统观念束缚，落后国外十几年。so, 关于齿轮刀具设计，请务必理解我的一点就是，我不能说得太多。

to logxing

和你讨论我非常开心。

下个礼拜北京CIMT你去么？2年一次，去凑凑热闹。