盘形滚刀

盘形滚刀破岩工作原理可以理解为：掘进时盘形滚刀刀圈先在岩石内挤压出一个槽，并在槽周围生成初始的张拉破坏的裂纹，井随着刀具不断惯入，刀圈的楔形面对刀圈两边的岩石起剪切破坏作用，初始的张拉破坏裂纹会在剪切力作用下沿岩石切线方向持续快速扩张，相临刀具间的岩石裂纹会产生相互影响，产生进一步的张拉破坏，使相临切槽之间的岩脊在这种张拉破坏下产生较大的岩块剥落下来。

安装在刀盘上的盘形滚刀在千斤顶的作用下紧压在岩面上，随着刀盘的旋转，盘形滚刀一方面绕刀盘中心轴旋转，另一方面绕自身轴线自转。盘形滚刀在刀盘的推力、扭矩作用下，在掌子面上切出一系列的同心圆沟槽。当推力超过岩石的强度时，盘形滚刀刀尖下的岩石直接破碎，刀尖贯入岩石，形成压碎区和放射状裂纹；进一步加压，当滚刀间距S满足一定条件时，相邻滚刀间岩石内裂纹延伸并相互贯通，形成岩石碎片而崩落，盘形滚刀完成一次破岩过程，见图1。

在工地现场，盘形滚刀组装与拆卸通常是在随机提供的小型刀具维修车间内进行，为了节省运输时间，刀具车间一般布置在进洞口附近一侧。盘形滚刀的刀圈与刀体、轴承内圈与心轴是过盈配合，其组装与拆卸需要特殊工艺处理。

盘形滚刀组装

1.刀圈、轴承内圈预先分别加热，使零件内圆受热膨胀涨大后立即装配，待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合(具体组装要求参见产品说明书)。例：罗宾斯全断面岩石掘进机19in盘形滚刀组装时，刀圈预先加温到160℃，随即装入刀体；轴承内圈加热到120℃时装人心轴；待零件冷却后，即能达到预期的过盈配合要求。

2.隔离圈的安装是根据两个圆锥滚子轴承在刀体内轴承内圈小端端面间间距而定，隔离圈的宽度，需经现场磨配，其宽度公差应小于测量宽度。例：维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀内隔离圈的安装宽度应小于测量值的0.2mm，装配后使轴承处于预紧状态，检测刀具扭矩在60-80N·m范围内为合格。

3.维尔特全断面岩石掘进机17in盘形滚刀，螺钉(在图2-20，图2-21，图2-22中编号均为12)装配时用密封胶粘结(CASCOK No．119)；刀体内腔注入80%，约730cm³润滑油（型号320），含1%异味剂(Molyvan，1．5L Mystik Jt-7 SAE90-140，1%Molyvan)，当轴承、密封受损，润滑油溢出时，就能嗅到带有刺激性的奇臭，警示刀具损坏，可及时更换。

盘形滚刀拆卸

拆卸刀圈与轴承时，磨损报废刀圈用砂轮切断卸下，轴承内圈由专用台式压力机压出。

盘形滚刀是一种可更换刀圈的刀具，通常有单刃、双刃和多刃之分，常以辐射状或螺旋状分布装在盾构机刀盘上。盾构机在千斤顶的压力下向前掘进，同时盾构机刀盘作旋转运动，安装在盾构机刀盘上的刀具在随刀盘公转同时，自己在摩擦力和压力下作自转，从而利用刀圈刃口对岩石表面产生滚动切削作用。

盘形滚刀工作时除了要承受刀圈周向的正压力之外，还受到刀圈切向的摩擦力、以及侧向方向上交变应力的作用，受力复杂，工作环境恶劣。地层以及剥落的岩石对刀圈、刀体有着磨削、冲蚀效应，极易造成刀具的早期失效，对刀具的破岩效果和刀具对工作环境的耐受性能以及刀具质量的稳定性提出了极高的要求。刀具的质量直接决定了工程的质量、成本、安全和效率，是隧道及地铁盾构法施工中的核心技术之一。

常用的蜗轮加工刀具。蜗轮滚刀基本蜗杆(见蜗杆传动)的类型和主要参数(模数﹑齿形角﹑分度圆直径﹑螺旋升角和螺纹头数等)应当与工作蜗杆相同﹐因此蜗轮滚刀常是专用的。当外径较大时﹐滚刀制成套装式﹔外径较小时将滚刀制成与心轴一体的带柄式结构(图3 蜗轮滚刀 )。

非渐开线展成滚刀 工作原理与齿轮滚刀相同。花键滚刀可用于加工矩形齿﹑渐开线齿或三角形齿的花键轴﹐其加工精度和生产率较成形铣刀高。非渐开线展成滚刀还可加工圆弧齿轮﹑摆线齿轮和链轮等。

定装滚刀 各齿齿形不同﹐只有最后一个齿是精切齿。齿形和工件的齿槽相同﹐以成形铣削法切削工件的齿槽﹐因此定装滚刀必须相对工件的轴线安装在固定的位置上。滚刀上其馀的刀齿都是粗切齿。加工时的运动关系与齿轮滚刀相同。成形滚刀可避免用展成刀具加工时齿根部产生的过渡曲线。棘轮滚刀是常用的定装滚刀(图4 定装滚刀 )。

常用的加工外啮合直齿和斜齿圆柱齿轮的刀具。加工时﹐滚刀相当于一个螺旋角很大的螺旋齿轮﹐其齿数即为滚刀的头数﹐工件相当于另一个螺旋齿轮﹐彼此按照一对螺旋齿轮作空间啮合﹐以固定的速比旋转﹐由依次切削的各相邻位置的刀齿齿形包络成齿轮的齿形。常用的滚刀大多是单头(见螺纹)的﹐在大量生产中﹐为了提高效率也常采用多头滚刀。

刀转一转﹐齿轮绕本身轴线转过一个齿﹔多头滚刀转一转﹐齿轮转过的齿数与滚刀头数相等。蜗轮滚刀的滚刀在螺旋升角小于5°时﹐常制成直容屑槽﹐便于制造和刃磨﹔螺旋升角大的滚刀常制成螺旋容屑槽﹐以免刀齿的一侧刃以大负前角(见刀具)切削的不利情况。 用高速钢制造的中小模数齿轮滚刀一般采用整体结构。模数在10毫米以上的滚刀﹐为了节约高速钢﹑避免锻造困难和改善金相组织﹐常采用镶片结构(图1 齿轮滚刀 )。镶片滚刀的结构形式很多﹐常用的为镶齿条结构﹐即刀齿部分用高速钢制成齿条状﹐热处理后紧固在刀体上。用硬质合金制造滚刀﹐可以显著提高切削速度和切齿效率。整体硬质合金滚刀已在钟表和仪器制造工业中广泛地用于加工各种小模数齿轮。中等模数的整体和镶片硬质合金滚刀已用于加工铸铁和胶木齿轮。模数小于 3毫米的硬质合金滚刀也用于 加工钢齿轮。硬质合金滚刀还可加工淬硬齿轮(硬度为 HRC50～62)。这种滚刀常采用单齿焊接结构﹐制有30°的负前角﹐切削时刮去齿面的一层留量。 生产滚刀的厂家跟交易市场全国各地都有，如专业制作齿轮刀具的国营企业：重庆工具厂、汉江工具厂、哈尔滨第一工具厂。浙江温岭等地则多为民营企业，如《温岭市开元工具厂》《浙江工量刃具交易市场》《重庆兴旺工具制造厂》等。。国家把滚刀的精度等级分为 AA级﹑A级和 B级。一般国标滚刀采用AA级。部标跟企标采用A级。链轮滚刀要求精度不高，一般采用B级。为了加工特别精密的齿轮﹐有的国家还有AAA级滚刀。在切齿过程中﹐滚刀的制造误差主要影响齿轮的齿形误差和基节偏差。 剃齿前加工齿轮齿形用的滚刀称为剃前滚刀。剃前滚刀的齿形﹐要按剃齿馀量形式的要求制成特殊的形状(图2 剃前滚刀的齿形 )。齿顶带凸角﹑齿根带倒角的滚刀齿形是一种较常用的留剃形式﹐它使被加工齿轮的齿根处有些挖根﹐齿顶处有些倒角﹐中间部分剃齿馀量均匀。(见彩图 硬齿面齿轮的精加工刀具──硬质合金刮削滚刀 ﹑ 齿轮加工刀具──滚刀﹑插齿刀﹑剃齿刀)