螺杆转子齿形可转位成形铣刀
结构设计
辽宁大连冷冻机股份有限公司 （１ １ ６０３３） 高智翔
转子是螺杆制冷压缩机的核心零件，转子齿形
则是转子的主要部位，它的加工尤为重要，而齿形
部分的加工，刀具的设计就成为这其中的关键环
节。螺杆转子齿形可转位成形铣刀由刀片、定位夹
紧元件和刀体三部分组成。其中，刀体和刀片槽的
设计是关键。刀体设计是可转位铣刀设计的首要步
骤，刀具轴截面廓形的确定尤为重要。刀体参数的
确定、刀体上刀片槽的设计以及容屑槽的确定也都
是刀体设计的重要部分，刀体是持续长期使用的，
刀体设计的合理与否对刀体的使用寿命具有很大的
意义，刀体参数影响刀体的强度，刀片槽的尺寸和
角度影响到刀片的装配，进而影响到刀片的切削角
度和参数，容屑槽的合理确定有利于切屑的冷却和
排出，对精度影响颇大。现以ＶＬＧＡ１６系列螺杆压
缩机阴转子为例介绍可转位成形铣刀的结构设计方
法。 ＶＬＧＡ１６系列螺杆压缩机阴转子齿形部分如图１
所示，单个齿形的端面截形如图２所示。转子的齿形
部分就是由端面截形绕轴线做螺旋运动而形成的。
１．刀体的设计
（１）刀体轴截面廓形的确定刀体轴截面廓 拦旦主持 煎垩宴
形的确定是整个刀体设计的首要环节，首先根据
加工设备的情况可先确定刀具直径为２０９．３ｍｍ，工
图１ 图 ２
件和刀具的轴交角为４５。；接下来按照设计图样可
知转子螺旋导程为３３２．２ｍｍ，旋向为左旋，转子齿
形外径１５３．６ｍｍ，转子齿形端面截形可见图２，具
体数据就不一一列出了，根据以上条件建立数学
模型（十分复杂，不具体写
出），应用本公司的专业计
算软件可计算出刀体的轴截
面廓形（见图３）。 （２）刀体的具体设计 图３
刀体的顶端形状，可以由前面得到的刀体轴截面廓
形回收一定量得到，回收则是为所要镶嵌的硬质合
金刀片让出切削空间。这里的回收量取０．８ｍｍ，刀
具工作时每齿的进给量为０．２５～０．３５ｍｍ，这样就保
1、铣刀的各部分名称
基面：通过切削刀上任意一点并与该点切削速度垂直的平面。
切削平面：通过切削刃并与基面垂直的平面。
前刀面：切屑流出的平面。
后刀面：与加工表面相对的面
2、圆柱铣刀的主要几何角度及作用
（1）、前角γ0：前刀面与基面之间的夹角。 作用是使刀刃锋利，切削时金属变形减小， 切屑容易排出，从而使切削省力。
（2）、后角α0：后刀面与切削平面之间的夹角。其主要作用是减少后刀面与切削平面之间的磨擦，减小工件的表面粗糙度。
（3）、旋角0：螺旋齿刀刃上的切线与铣刀轴线之间的夹角。作用是使刀齿逐步地切入和切离工件，提高切削平稳性。同时，对于圆柱铣刀，还有使切屑从端面顺利流出的作用。
3、端铣刀的主要几何角度及作用
端铣刀多一个副切削刃，因此除了前角，后角外还有：
（1）、主偏角Kr：主切削刃与已加工表面的夹角。其变化影响主切削刃参加切削的长度，改变切屑的宽度和厚度。
（2）、副偏角Krˊ：副切削刃与已加工表面的夹角。作用是减少副切削刃和已加工表面的磨擦，并影响副切削刃对已加工表面的修光作用。
（3）、刃倾角λs：主切削刃与基面之间的夹角。主要起到斜刃切割的作用。
4、成形铣刀
成形铣刀是用于加工成形表面的专用铣刀，它的刀刃廓形需要根据被加工工件廓形进行设计计算，可在通用铣床上加工形状复杂的表面，能保证形状基本一致，且效率高，在成批生产
和大量生产中被广泛应用。
（1）、成形铣刀可分为尖齿和铲齿两种
尖齿成形铣刀的铣削和重磨需要专用靠模，制造和刃磨都较困难。铲齿成形铣刀齿背是在铲齿车床上铲削和铲磨而成，重磨时只磨前刀面，因为前刀面是平面，所以刃磨比较方便，目前成形铣刀主要采用铲齿齿背结构。铲齿齿背应满足两个条件：①重磨后切削刃形状不变；②获得所需后角。
（2）、齿背曲线及方程
通过铣刀切削刃上任意点作垂直于铣刀轴线的端剖面，它与齿背表面的交线称为铣刀的齿背曲线。
齿背曲线主要应满足两个条件：一是铣刀每次重磨后的后角基本不变；另一是制造简单。
圜 丑 。 具＿．
齿形链链轮跨齿成形铣刀
石家庄链轮总厂 （河北０５００３１） 王秀王卫军王成 齿形链传动是通过齿形链链板和链轮轮齿相啮合传 递运动。正确围链时，链条铰节中心应位于链轮的分度 ｌ圜上（见图１）。链条参与啮合的是链板的外侧直边，它是 工作齿廓，链轮的齿廓工作段也是直线，二者呈面接触啮 合关系。链板的内侧齿廓是非工作齿廓，不参与啮合。齿 形链链轮的齿槽，是由相邻链板的工作侧边所组成的梯形 轮廓。此轮廓形状随链轮齿数的不同而不同，在与最小齿 数链轮啮合（此时相邻链板相对转角最大）时，上述梯形 轮廓最大。齿形链链轮可以采用滚刀或跨齿成形铣刀加工。 本文以常用美标齿形链链轮为例，阐述使用跨齿成形铣刀 加工齿形链链轮的特点和铣刀的设计要点。 １．链轮基本尺寸和齿形参数 美国标准齿形链和链轮（ＡＮＳＩ Ｂ２９．２Ｍ－－１９８２）规 定了两种链轮齿形，一是３／８ｉｎ及以上节距的链轮齿形， 二是３／１６ｉｎ节距的链轮齿形。图２表示３／８ｉｎ及以上节 距的链轮齿形。由图可知，链轮齿形由齿槽齿侧工作 边、直线齿廓以及齿沟过渡圆弧构成。 ●， ●ｆ ● ● ◆ ●Ｉ¨● ● Ⅲ● ６．结语 高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之 一，目前主要应用于汽车工业和模具行业，尤其是加工 复杂曲面的领域、工件本身或刀具系统刚性要求较高的 加工领域等，是多种先进加工技术的集成，其高效、高 质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺，而且 还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及 ＣＡＤ／ＣＡＭ技术等。在高速切削加工中，机床、夹具、 刀具、数控系统及软件等只是必要装备，加工工艺方法 及参数设定等因素才是直接影响加工是否成功的重要因 素。这些因素需要经验的积累及反复实践和总结，才能 真正发挥高速切削加工的优势。高速加工技术目前已在 发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范 围及应用水平仍有待提高，由于其具有传统加工无可比 拟的优势，仍将是今后加工技术必然的发展方向。ＭＷ （收稿日期：２００８０２１４）
维普资讯 圜 黜 铣刀轴线垂直于翼角成 形面中的一个，加工时 刀具既作横向运动又向 上运动，合成运动的方 向平行于翼角成形面的 交线（见图２）。刀具的 走刀角可以靠数控程序 保证。此丁艺方案充分 利用数控机床的性能，仅需设计专用的翼角成形铣刀，免 去了复杂的专用夹具，降低了制造成本。由此可见，叶片 翼角的加工，翼角成形铣刀是主要的工艺装备，翼角成形 面的二面角计算是设计翼角成形铣刀的核心和重点。根 据具体情况，刀形角应为钝角，即所求二面角的补角。 ３叶片翼角成形铣刀的角度计算 叶片的翼角成形面由两个平面 、Ⅳ组成（见图３）， 图中面 上Ｐ面，面Ⅳ上日面；已知角度为６和 ，求平面 Ｍ、Ⅳ的二面角，我们总结了以下几种计算方法： （１）几何投影法 如果直接求取平面 、Ｎ的二面角，作图与推 演过程较繁琐。利用平面 的法线与平面的垂直关 系，将问题转化为求平面 、Ⅳ法线夹角（见图４）， 图中迹线 表示平面 （平面 上Ｐ面），迹线ⅣＨ 表示平面Ⅳ（平面Ⅳ上日 面）；已知角度为６和 ，由 几何关系，可以很快得出 、Ⅳ的二丽角０，ｃｏｓＯ＝ ｓｉｎａｘｓｉｎｆｌ。 （２）向量分析法 通过两平面的法向量 来求出平而 、Ⅳ的二面 角。由 面上Ｐ面，Ⅳ面上 日面，可先求出 面和Ⅳ面的方向角，再写｝｝Ｊ法向量，再 计算两向量夹角。 由图５得， ＝（ｃｏ ，０，ｃｏ ）；则 ＝（ｃｏ ，ｃｏ ，０）； ｃｏｓ０＝ｃｏｓ８ ｘｅｏ ＋Ｏ＋Ｏ＝ｓｉｎ６ｘｓｉｎｆｌ
（３）球面三角法 球面三角学研究球面上由大圆弧构成的球面三角 ６０ 机械工程师２００７年第２期 形的边和角之间的关系。应用时先作出具体问题的球 面图，将平面和直线的空间角度用球面三角形的边和 角表示，选定球面三角形，再查阅有关计算公式，最后 代人数据得出结果。绘出与翼角成形面（图３中Ⅳ、 面）对应的球面图（图６），在直边三角形ＡＢＣ中，ＡＢ＝９０。， Ａ＝９０ｏ一６， 日＝９０。－／３，／Ｃ为翼角成形面（Ⅳ、 面） 的真实夹角。 根据球面直边三角形的公式，有 ｓｉｎ（Ｃ－９０￣）＝ｃｏｓＡ・ｃｏｓＢ （４）程序计算法 综合以往几何投影法、向量法、球面三角法等算法， 针对空间任意一个平面的空间几何位置关系（在坐标系 中平面对 、ｙｚ、 ｚ三个坐标面的三个投影角和三个二面 角），提炼出一组投影角和二面角的换算公式，通过编程 手段，用ＶＢ语言将这些公式程 序化（见图７），应用时只需把已 知的任意两个角度输入程序 中，都能从该程序中输出其它４ 个角度，然后从计算结果中提 取待求角度即可。此方法称为 空间角度程序计算法。在图３ 中，设 面为程序中的任意一 平面，ＸＺ平面（Ⅳ面）、ＸＹ平面 （ 面）以及ＹＺ平面（ 面）做 为三个坐标平面（见图３，ＷＣＳ１ 坐标系）。程序中角度符号代表 意义如下： 空间平面 与Ⅳ面所成的二面角（文中的待求角度）； ６一空间平面 与日面所成的二面角（文中已知角度）； 叼一空间平面 与 面所成的二面角； 一空间平面 和 平面交线与 轴的夹角； 一空间平面 和 ｙ平面交线与ｙ轴的夹角（文中已 知角度） 一空间平面 和＂平面交线与Ｚ轴的夹角。 设图３中已知角度８＝３０。、ｆｌ＝６６．７３９７。，输入程序中 计算结果如下表： 已知角度 计算结果 待求角度 ｆｌ＝６６．７３９７ ａ：１２．８４３９，ｆｌ＝６６．７３９７，ｙ＝６２．０５７４． 刀形角ｃ＝６２．６５４１ ８＝３０ ｃ＝６２．６５４１，８＝３０，，０＝７８．６１ １８， 走刀角 １２．８４３９ Ｎｏｒｍａｌ Ｖｅｃｔｏｒ（．１ ９７４，．４５９３，．８６６０） ３结论 本文提到的叶片翼角加工方法也可用于其它成形表 面的加工；其中空间程序计算法是对各种计算方法加以 归类和总结，应用范围比较广，可以大大提高空间角度计 算的效率和精度。 （编辑明 涛） 作者简介：郭桂霞，助理工程师，主要从事设计开发工作。
