01  引言

　　齿轮端面棱边倒棱加工是针对齿轮的齿形在初加工后形成的尖角进行的小倒角加工，具有降低齿轮啮合噪声、提高啮合精度、减少热处理应力集中、美化齿轮外形和避免划伤等作用。

　　对于盘类齿轮，可使用锉滚刀、片状砂轮对其端面的棱边进行倒棱加工。对于双联齿轮由于没有足够的回转空间，可以使用盘状挤棱刀进行加工。盘状挤棱刀的缺点是制造难度大、价格高、调整时间长，且机床结构复杂购置价格高。本文所述盘状锉齿齿轮倒棱刀由于刀具本身制造比较容易、对设备没有特殊要求、倒棱效果好、棱边均匀、没有毛刺，因此是齿轮端面棱边倒棱的理想刀具。

　　02  盘状锉齿齿轮倒棱刀加工原理

　　盘状锉齿齿轮倒棱刀的加工原理与珩齿加工相似，切削过程类似于锉刀的锉削加工。加工过程中，倒棱刀的轴线与被加工零件齿轮的轴线平行。在刀具与齿轮啮合过程中，利用其齿面间的相对滑动和轴向进给压力对棱边进行切削加工。整个加工过程对机床无特殊要求，操作方便，只需在旋转的过程中施以轴向微量进给，旋转数周即可完成倒棱加工。切削加工过程不需液体冷却，如有条件可使用压缩空气进行风冷的同时去除锉齿面上和零件表面的铁屑，效果更好。

　　03  盘状锉齿齿轮倒棱刀的结构设计

　　盘状锉齿齿轮倒棱刀结构如图1所示，被加工齿轮同一轮齿的两个棱边是两个呈 V 形的切削面。切削面的每个断面是由同一基圆形成的渐开线齿面，两个齿面分别形似左旋和右旋圆柱斜齿轮的齿面。

图1 盘状锉齿齿轮倒棱刀结构

　　对于直齿轮或是斜齿轮齿廓倒棱，倒棱刀的齿形模数与被倒棱齿轮的齿形模数是相同的，即：m_刀 =m_齿 。

　　对直齿或斜齿圆柱齿轮倒棱，倒棱刀的 V 形切削面角度有所不同。加工直齿圆柱齿轮的齿廓棱边时，倒棱刀的任意两个切削面是对称的;加工斜齿圆柱齿轮的齿廓棱边时，倒棱刀两切削面应根据斜齿轮的螺旋角而定。

　　直齿圆柱齿轮的齿廓棱边倒棱刀设计：对直齿圆柱齿轮的齿廓棱边倒棱时，齿廓棱边倒角为45°，盘状锉齿齿轮倒棱刀 V 形切削面由两个螺旋角45°、旋向相反的斜齿轮齿面相交而成，相交后的两个切削面夹角为90°，与直齿圆柱齿轮的两个轮齿的齿廓棱边接触倒角后的角度是45°，如图1所示。

　　斜齿圆柱齿轮的齿廓棱边倒棱刀设计：

　　斜齿圆柱齿轮的齿廓锐角棱边倒棱刀设计

　　对左旋或右旋斜齿圆柱齿轮倒棱，如果只对锐角棱边倒角，则盘状锉齿齿轮倒棱刀只需将一个方向的齿面加工成切削面。如被倒角斜齿圆柱齿轮的螺旋角为β，则盘状锉齿斜齿轮倒棱刀切削面与轴线的角度为(45°-β/2)，旋向与斜齿轮螺旋角相反;另一个方向的齿面为非切削面，非切削面与轴线的角度为β，旋向与斜齿轮螺旋角相同。倒棱刀模数与被倒角斜齿轮模数相同。右旋斜齿轮进行倒棱的倒棱刀切削面角度如图2所示，左旋与此相反。图2中的γ为斜齿圆柱齿轮的齿面与端面夹角的平分角。

　　图2 对右旋斜齿轮进行单侧倒棱的倒棱刀切削面角度

　　斜齿圆柱齿轮齿廓双侧棱边倒棱刀设计

　　对斜齿圆柱齿轮齿廓的锐角棱边和钝角棱边都进行倒棱加工，则将盘状锉齿齿轮倒棱刀两个方向的齿面都加工成锉齿切削面。两个切削面的角度分别为：倒锐角棱的边切削面与轴线的角度为(45°-β/2)，旋向与斜齿轮螺旋角相反;倒钝角棱边的切削面与轴线的角度为 (45°+β/2)，旋向与斜齿轮螺旋角相同。倒棱刀模数与被倒角斜齿轮模数相同。对右旋斜齿轮进行倒棱的倒棱刀切削面角度如图3所示，左旋与此相反。

　　图3 对右旋斜齿轮进行双侧倒棱的倒棱刀切削面角度

　　盘状锉齿齿轮倒棱刀的刀体设计: 盘状锉齿齿轮倒棱刀的刀体结构如图4所示。盘状锉齿齿轮倒棱刀刀体主要尺寸与被倒棱齿轮相关联。设倒棱刀参数如下：刀齿模数为 m_刀 ，齿顶圆直径为D_a，齿根圆直径为D_f，分度圆直径为D，齿部切削部分高度为 H₁，齿部整体高度为 H₂。并设被倒棱齿轮参数如下：模数为m齿 ，齿数为Z齿 ，压力角α=20°， 齿顶高系数h_a=1，齿顶隙系数c_n=0.25。刀体主要尺寸与被倒棱齿轮尺寸的关联关系如下：

　　其中：n≥3，n为自然数。

　　上述关系式 D_a、D_f、D 计算公式中的“±”运算符号选取应一致，一般情况下倒棱刀直径 D_a ≤200mm 为宜，式中的“±”取正号;如需 D_a >200mm 时，D_a、D、D_f 关系式中的“±”取负号。

　　图4 盘状锉齿齿轮倒棱刀的刀体结构

　　以上主要介绍了直齿轮齿廓锉齿面倒棱刀的外形结构和刀具尺寸与被倒棱齿轮尺寸的关联关系。斜齿轮齿廓倒棱刀可照此按斜齿轮计算公式设计。

　　04  盘状锉齿齿轮倒棱刀制造

　　直齿轮锉齿面齿廓倒棱刀的锉齿面是由两个旋向相反、螺旋角为45°的渐开线螺旋面相交而成，如图5所示。对于渐开线螺旋面，可以用加工中心通过编程逐一对单个螺旋面进行加工;也可以通过用近似圆弧代替螺旋面，用特制的成型刀加工。斜齿轮锉齿面齿廓倒棱刀每个齿的两个螺旋面角度不同，只能逐一对每个齿的一侧螺旋面加工之后再加工另一侧。直齿轮锉齿面齿廓倒棱刀，两侧螺旋面角度皆为45°，可以找最接近的替代渐开线的近似圆弧，即可以同时加工相互对称的两个渐开线螺旋面，如图6所示，圆环线1为近似度较高的圆弧，可同时替代两个齿的渐开线，圆环线2、3为螺旋面的加工界限。

　　图5 倒棱刀的锉齿面螺旋角

　　图6 同时加工对称的两个渐开线螺旋面

　　图7为直齿轮齿廓锉齿面倒棱刀的加工示意图，依次按Z齿/360°的等分角度完成轮齿两侧螺旋面的加工。按图8所示的加工方法，用片状渐开线铣刀依次铣削两个螺旋面之间的多余部分。之后，在每一个螺旋面上加工锉齿网纹，最后按刀具选择的材料进行热处理(刀具材料可以选用 W18Cr4V 等材料)，得出倒棱刀主体外形(如图5所示)。

　　图7 直齿轮齿廓锉齿面倒棱刀的加工示意图

　　图8 成形砂轮倒棱刀