原创 woodykissme
高速干切滚齿在世界上出现已经有很多年了，国内应用的却不是特别普遍。最近整理了一下关于高速干切干切滚齿的相关内容，做成一个学习笔记，记录下来。有兴趣的小伙伴可以花点时间瞅瞅。
干切滚齿的出现主要有几方面的因素：
近年来，世界各地环境安全要求不断提高，许多企业都在寻求获得ISO14000认证，以满足国际环境标准。作为这项努力的一部分，工厂正在设计和实施无冷却液的金属切削方法，这不仅是为了改善工作环境，也是为了保护环境。然而，在车削和铣削应用中，几乎没有完全不使用冷却液的干式切削机床，尽管有些机床正在从湿式切削转向 MQL（微量润滑）。其中，齿轮切削领域，尤其是滚齿领域正在向完整的干切削机床转变。
湿切滚齿
在滚齿应用中，过去提倡使用硬质合金滚刀的干切削方法，但由于刀具崩刃问题尚未得到解决而没有被广泛接受。此后，由于表面处理技术的进步，高速钢涂层滚刀和干切滚齿机的出现，使得齿轮干式滚齿技术迅速发展。
干切削的优点
事实上，冷却液在工厂中会产生油污，并对环境产生不利影响。干式切削不仅解决了此类环境问题，而且由于其运行成本低，还可以有效提高切削效率并降低生命周期成本。
从环境角度来看，使用干式滚刀的好处促使类似三菱、格里森、利勃海尔等公司研究使用高速钢滚刀进行干式切削，这种滚刀比硬质合金滚刀更稳定。厂家测试以与高速钢滚刀的普通湿式滚刀相同的速度开始增加。
结果令人惊讶，高速切削似乎是一种理想的切削方法，因为将切削速度提高到普通切削速度的两倍，零件上没有出现异常磨损或温升。但是，缺乏冷却液也带来了阻碍干切削实际应用的重大问题。这些问题包括：飞屑和切屑产生的热量，这促使机床厂家开发一种新型干式滚齿机。下面以三棱的高速滚为例，讨论干切所需的机床功能和刀具要求。
机床主电机容量是一个重要问题。在湿式滚刀中，通常使用高速钢滚刀以 80 至 160 m/min 的切削速度滚齿零件（渗碳钢）。然而，干式滚齿的切削速度为 160 至 400 m/min，是湿式切削的 2 至 2 .5倍，甚至更高。由于切削功率与切削力和主轴转速成正比，因此干切滚齿机需要的主电机容量是传统湿式滚齿机的2至2.5倍以上。换句话说，将传统滚齿机改造为干式滚齿机是可能的，但在许多情况下，由于切削条件受到主电机容量的限制。
再有，就是采取防止切屑飞散和积聚的措施。在湿式滚齿加工中，冷却液用于清洁切削点，冷却零件、刀具和夹具，并将切屑排出到机器外部。相比之下，在干滚加工中，这些功能由空气和防护罩来执行。
一种采用的策略采用全密封的切割区域。带有动能的切削切屑在切削区域中弹跳，并飞过小至几毫米的间隙，从滚齿区域弹出并积聚在机器零件上。因此，为防止机器性能恶化和故障，切割区域必须完全密封。
在立柱侧，由于滚刀头架会进行垂直和旋转运动，因此采用双盖设计（一个安装在滚刀鞍座上，另一个安装在立柱上）来防止切屑飞出。此外，进入机器的所有软管均通过分隔切割区域内部和外部的中继模块连接。当然，放置在切割区域内的电缆和软管部分需要受到保护，免受高温切割碎片的影响。
在尾架侧，为了防止滚齿时切屑飞出，将用于主轴旋转的分隔罩的开口部用挡板密封。床身顶部覆盖有低摩擦系数的陡坡不锈钢盖，可以将落下的切屑收集到安装在床身底部的排屑器中，防止切屑飞出切削外，累积起来。
然后是刀头盖。不锈钢刀头盖可防止飞屑堆积在刀头上或进入主电机或机器部件之间的间隙。
干式滚齿由于不具备冷却液的冲洗能力，容易造成切屑粘附在切削刀具，从而导致齿轮齿面产生缺陷和切屑沉积。
机床厂家针对这些问题给出相应的对策，多数采用扁平吹气喷嘴产生气流来去除废切屑。防护罩安装角度必须考虑切屑的反弹和倾斜的夹具表面，以防止切屑进入切削区域。另外，利用吹气清除积聚在零件顶部的切屑，并在滚刀外周附近安装挡板，以防止飞出的切屑被捕获并随滚刀一起转动。
在干切削中，排屑措施至关重要，因为干切削产生的大部分热量都转移到了切削切屑上。此外，由于该过程不涉及冷却剂，因此必须以其他方式控制机器产生的热量。这些措施包括：
内盖：为了防止热量传递到机身，通过一层空气安装低导热系数的不锈钢盖进行隔热。
用于释放切削热的集尘器：为了防止切屑热量通过对流传递到机身，机器使用集尘器来捕获干式滚齿过程中产生的微小切屑，以提供气流将切削热带出机器。
软管和电缆的保护：液压和其他连接采用钢丝编织软管，因为高温飞屑可能导致漏油或漏气。为了防止切屑造成断线，接线电缆被耐热塑料导管保护。控制机身产生的热量需要使用非接触式油封。将产生大量热量的主轴上使用的油封更换为非接触式密封件，从而大大减少了产生的热量。
轴承采用油雾润滑。高速旋转时，在轴承上涂抹大量润滑剂以散发热量，也会因搅拌损失而产生一些热量。然而，施加太少的润滑剂对于散热来说是无效的。因此，我们采用油雾润滑方法，确保轴承产生的热量最少。由于气压差的作用，这种方法还可以防止异物进入密封件。
使用高速滚刀进行干滚的特点
首先，干滚是如何实现的？使用传统TiN涂层滚刀干式滚齿齿轮会出现异常磨损，但TiAIN涂层滚刀在同等情况下磨损量小得多。这是由于以下原因：
首先，使用了耐磨性优异的涂膜。在干切削中，由于缺乏冷却液，滚刀的刀齿暴露在极高的温度下。高温下涂膜成分的转变。在TiN涂层中，涂膜的Ti成分被氧化并转变成脆性的TiO2成分，从而无法保持其原有的耐磨特性。另一方面，在TiAlN膜的情况下，Al在距离表面约0.5μm的深度处被选择性氧化，并且被产生一层刚性膜。有研究发现，由于该薄膜的作用，TiAIN涂层具有高耐磨特性。
其次，通过沉积滚刀切屑来产生保护膜。在湿式滚齿加工中，冷却液中含有的极压添加剂可防止滚齿切屑沉积。然而，在干式滚齿加工中，滚齿切屑很容易沉积，以保护刀具表面，减少磨损量。图7显示了滚齿后切削刃的组成图像。出现白色的部分是滚刀切屑 (Fe)，可以看到它沉积在滚刀的切削面上。
为了对不同类型的滚刀进行比较，表 2显示了各种滚齿方法中使用的滚刀。硬质合金滚刀虽然可用于极高的速度滚齿，但由于韧性低，很容易崩刃。使用高速滚刀的干式切削可提供高生产率和刀具稳定性，因此暂且是最有利的滚齿方法。
使用干滚刀的重要注意事项
正如前面所讨论的，需要增加主电机容量。如果通过引入干切削将切削速度从100m/min提高到200m/min，则所需的切削功率将增加一倍，再加上增加的机器空载功率，因此必须增加主电机容量。
还可以采取措施尽量减少切屑粘连。一种方法是重新涂层，以减少刀具和工件之间的亲和力，防止滚齿切屑粘附到刀具的切削刃上。还应结合适当的喷气来清除粘附在切削刃上的切屑和消除切削点处的飞屑。
热量随着循环时间越长积累越高，工件中积聚的热量就越多。换句话说，刀具与工件接触的时间越长，工件的温度就越高。提高切削速度或进给量可以降低工件温度。因此，需要根据与工件精度、刀具寿命等的关系设定最佳滚齿切削参数。
最近的发展
高速钢干式滚齿的最高速度过去为200m/min。然而，由于开发了具有比TiAlN更好的高温抗氧化特性的新涂膜，其已提高至250m/min，在某些场合最大线速度甚至达到了450m/min。为在特定滚齿条件下（切削速度250m/min、轴向进给）使用滚刀（3螺纹、14刃）滚削工件（m2.25、52T、23°LH、B35 mm）后切削刃的磨损情况2.4 毫米，无窜刀）。新型涂层滚刀的磨损是TiAIN滚刀的一半。
最后
在干式滚齿加工中，未来将追求更高的切削速度。对于切削工具来说，为了承受高温滚齿，需要开发具有优异耐热性的基材和具有优异抗氧化性的涂层材料。
尽管干式滚齿机的开发仍在继续，但插齿机正在向干式切削方面稳步取得进展。此外，对仅由干式切削机组成的齿轮切削生产线的需求也很大，因此干式剃齿机的发展是值得期待的，虽然剃齿逐渐被磨齿替代。
