提高圆柱齿轮滚、剃加工质量和效率的途径

1、提高圆柱齿轮滚、剃加工质量和效率的途径陕西法士特齿轮有限责任公司 鞠惠敏 摘要：本文通过对齿轮加工理论及实验数据的分析，提出了提高齿坯精度、滚齿、剃齿精度及提高齿轮生产效率的方法，并介绍了一些齿轮加工的技巧和生产现场经验。关键词：齿坯精度、齿形精度、齿向精度、刀具刃磨、滚齿涂层、硬态切削引言：1、随着我国机械制造业突飞猛进的发展，我国齿轮制造业也有着广阔的国内、外市场前景。齿轮产品是否能取胜国内、外市场，关键问题取决于齿轮制造的质量及成本。本文作者就多年对齿轮制造理论的研究及生产现场经验的积累，介绍了一些提高齿轮滚、剃加工质量及效率的方法及途径，供同行借鉴。 2、齿坯质量是齿轮加工精度的基础。齿轮加工大多以其内孔及端面作为定位基准，这些基准在车削齿坯时形成。因此，齿坯质量是齿轮加工精度的基础，对于制造高精度齿轮，齿坯的精度更是起着至关重要的作用。 数控机床的使用使得圆柱齿轮可在一次安装中车削出齿轮的定位内孔和端面，在中220mm直径上的端面跳动小于0015mm。而过去在多刀半自动车床或普通车床上加工同类齿坯，端跳大约为005mm。定位基准精度的提高，大大的提高了齿轮加工的精度，特别是齿

2、向精度。对于花健孔圆柱齿轮，传统工艺是拉花健孔后精车完成齿坯加工，缺点有两个。一、车工分粗车和精车，工序较长。二、精车时在花健内孔外形成飞边、毛刺，影响定位精度，并明显降低齿轮加工精度。为此，我们设计了精车以后拉花健孔的工艺以及端面可调整拉夹具，有效地保证了齿坯定位精度及生产效率。，c这种工艺实质如下：粗、精车端面内孔一粗、精车完成齿坯车削一拉花健孔一滚齿拉花键孔后，齿坯的外圆位置精度取决于拉床精度及拉刀制造、刃磨精度。齿坯的端面精度由端面可调式拉夹具保证。结构合理的夹具，通过调整夹具端面可保证齿坯在拉削后中220mm直径上的端跳小于003mm。如果拉床的精度不高，这里介绍一种方法可消除拉床对齿坯外圆位置精度的影响。 05 工序简图10 工序简图2、滚齿精度决定了齿轮精度 由于剃齿加工工序非强制性啮合特点，剃齿精度在很大程度上依赖滚齿精度。因此滚齿中的一些误差项目如齿圈径跳Fr，公法线变动量Fw，基节偏差fpt以及齿形齿向误差ff、必须严格控制，才能制造出精确的齿轮。 要通过滚、剃齿工艺制造出高精度齿轮，我们必须把滚、剃齿工艺水平发挥到极限。表说明了提高滚齿精度的措施及调整方式。工序号

3、工作内容设备05粗、精车内孔，端面、并用切槽刀切除另一面部分锻造氧化皮（避免拉刀与锻造氧化皮接触）数控车床或转塔车床10拉削花键孔立式拉床15粗、精车另一端面和外圆数控车床或多刀车床 提高滚齿精度的措施及调整方式（单位：mm）表一序号精度项目提高滚齿精度的措施及调整方式1Fr1、设计、制造高精度滚齿夹具2、调整滚齿心轴径跳0.0083、定位基准孔fH72Fw提高滚齿机工作台运动精度3提高滚刀制造精度4ff提高滚刀制造精度及刃磨精度51、提高齿坯的定位精度2、提高滚齿心轴端面制造及调整精度3、提高滚齿机刀架导轨系统精度近年来，许多优秀的齿轮制造企业率先加入了国际市场的竞争，他们对齿轮制造质量的追求已到了炉火纯青的地步，因此对齿轮加工系统的选择也是十分苛刻和挑剔。新发布的国家标准GBT100952001提高了齿轮的精度，这不仅对提高齿轮质量有着重要的意义，而且也对齿轮制造业提出了更高的要求?所有这些向传统齿轮制造业提出了挑战。 1）齿轮运动精度的提高挑战着齿轮机床行业，尤其是滚齿机的制造。国内机床制造业面对着市场激烈竞争，齿轮制造业标准以及齿轮制造水平的提高，正在经历严峻的考验。许多发展势

4、头雄猛的企业进口国外质量上乘的滚齿机等关键机床，以满足其广阔的国内外市场要求。因此，国内机床业万不可以旧的模式发展，必须脱胎换骨提高产品质量，在这种竞争中取胜。对于企业，我们必须提高夹具的设计、制造、调整精度，将齿轮制造水平发挥到好的极限。 2)滚齿齿形的保证 滚齿齿形精度在齿轮大批量生产中对齿轮的制造质量起着重要的作用。剃齿对滚齿齿形误差仅有一定的纠正能力，实践证明，当滚齿齿形误差小于一定数值时，无论齿形形状如何，剃齿总能修正滚齿的误差，并且剃齿刀在其跨棒高变化范围为lmm内，使用同样的刃磨曲线可修正滚齿的齿形。这个结论非常有利于大批量生产。 A滚刀的制作 如果滚刀制造精度不理想，最简易可行的办法就是购置国外著名公司制造的滚刀。事实上，这些滚刀一次刃磨涂层后可加工大约1200件齿轮，大约可刃磨10-13次，寿命及对产品质量的效益远远超出了它的价格。这里需要特别说明的是，滚刀刃磨后必须涂层。 B刀的刃磨 目前，国内的滚刀刃磨机床不十分理想，与国外的滚刀刃磨精度相比有一定的差距。表2表示了国内外滚刀刃磨精度状态。滚刀刃磨精度表(单位：mm) 表2序号误差项目滚刀刃磨精度（国外）滚刀刃磨精

5、度（国内）1滚刀径向误差00.02500.032滚刀轴向误差0.010.0150.020.043滚刀相邻误差0.010.0150.0254滚刀相邻累计误差0.020.030.045事实上国产机床的滚刀刃磨精度基本上可保证滚齿齿形精度，但加工时要有合理的窜刀量及刃磨涂层。表3表示可保证滚齿齿形的窜刀方式。表中窜刀量的计算以保证窜刀后有新刀齿参加切削为原则。 保证滚齿齿形的窜刀方式 表3机床类型窜刀量（单位：mm）窜刀后滚切的对数普通滚齿机N1*（滚刀刀齿数/pm3数控滚齿机N2*（滚刀刀齿数/pm1注：N1、N2为整数，根据切削条件确定。C滚齿齿形精度由滚刀精度确定，但以下几种情况可通过调整纠正。对于滚齿后出现如图3所示齿形误差，可通过修磨滚刀的前角、纠正齿形误差。需修磨滚刀前刀面角度，可由以下关系近似求出。由图四几何关系可知： （1） （2）由（1）、（2）可知 （3） 图4式中 H滚刀齿高 、滚刀齿形角 、 滚刀侧刃后角，单位弧度ff齿形最大误差 、 h前刀面径向偏斜量对于滚齿后齿形误差如图5所示，通过调整滚刀安装角度，可纠正该类误差。调整量关系式如下： (取决于滚刀搬角度的方向，增

6、大角度取+，反之取) 图五式中 L滚刀切削齿到刀架旋转中心距离 、滚刀螺旋升角 ff齿形误差 、 滚刀齿形角C滚齿机床调整对齿形精度的保证安装滚刀时，滚刀刀杆径向跳动必须小于0.02mm。轴向窜动小于0.005mm，这是保证齿形不可忽视的问题。3、齿向误差齿轮的齿向误差来自于机床、齿坯、夹具的误差。这里主要讨论后两者引起的误差。1) 齿坯基准误差对齿向的影响在图六中，有以下几种几何关系：由于齿坯定位精度提高，滚齿时可一次装夹三件。现在我们讨论一个加工实例。齿轮参数：Z=46 m=4.5 b=30基准误差：定位端面对内孔跳动，两大端面平行度0.03mm最上面的齿坯 =0.105=30（0.105/4.5/46）=0.0152（mm）在过去齿坯端面对内孔跳动可达到0.05，两大端面平行度约为0.05，我们一次滚齿装夹二件，因此最上面的齿坯=0.05+0.05+0.05=0.15=30（0.15/4.5/46）=0.0217由此可见，在使用数控机床后，由于齿坯定位精度的提高，滚齿时一次装夹三件齿向精度仍高于传统滚齿中装夹二件的精度。2）夹具误差对齿向的影响 如图7所示，夹具误差对齿向的影响可

7、由下式计算在上述实例中，所以=30（0.008/197）=0.0012183）机床对滚齿齿向误差的影响 由机床资料可知，刀架滑板对工作台回转轴线平行度在250mm长度上，允差是0.021mm，所以在上述实例中，机床引起齿向误差为30（0.021/250）=0.00252(mm)。一次装夹三件滚齿，由齿坯、夹具及机床误差所引起的齿向误差为=0.01545（mm）因此，此种情况可满足齿向精度要求，并可增加滚齿效率。4、剃齿精度依赖于剃刀的设计和刃磨 1)剃刀的设计 剃刀的设计应采用偶数接触点的设计方法：偶数接触设计原理为剃刀总是与工件齿面偶数点接触，以平衡剃齿过程中涉及的力。要注意剃刀设计过程中避免奇数点接触，由于一侧齿面的接触点不等于另一齿面，力不能平衡，更多的金属将在力的不平衡点处被切削，因此齿形在这些点是不规则的。 2)剃刀的刃磨 a齿形热变形的规律 通过冷热变形试验我们知道，齿形在热处理后齿形顶部下塌约0.01mm，而齿形的中部及根部几乎不变化。因此，剃齿的齿形顶部要比最终要求正出0.01mm。 b剃刀的修磨形状 剃齿齿形应作到光滑，避免折线连接及中凹。要保证这样的齿形，作者推荐在

8、剃刀修磨时，尤其是大批量生产，以大圆弧(全圆弧)修正曲线修磨剃刀，在修整磨床的砂轮时，仅调整圆弧中凹量、长度及其倾斜角即可。并且大圆弧修正曲线，可修正各种各样误差在一定数值以内的齿形，并且修形质量稳定。这里作者不赞成在批量生产时，使用小圆弧局部修正曲线修磨剃刀。因为批量生产时，不同滚齿机、滚刀滚出的齿形也不同，利用小圆弧修正曲线修磨剃刀仅适合于某种滚齿齿形，而不适合其它的齿形，换句话说，小圆弧修正曲线剃刀对滚齿齿形非常挑剔。 c按一定的切削用量修磨剃刀，剃齿时不可改变切削速度。 众所周知，剃齿时切削速度的变化，将引起各点切削条件改变。这在实践中也得以证实。当我们按一定的切削速度修磨剃刀后，剃出修形齿形较理想，但齿面较粗糙，为了改善之，减少了轴向进给量，结果齿形发生变化。原因很简单，因为速度的改变使得切削力的合力改变，引起剃后齿形的变化。 3)剃齿齿向的保证 用于传递力的齿轮，大多被设计成鼓形齿向齿轮，因此，评定齿向的指标使用齿向角度值及鼓形量为最佳。 连接齿向测量曲线80齿宽处两点，这两点间距离叫齿向角误差，齿向曲线到连线的距离叫鼓形量。理论上讲，要求调整齿向角误差为0，但由于机床、夹具及齿坯的误差，齿向的调整不易做到0。熟练的操作工调整齿向角可达到较高精度，齿向的精度很大程度上依赖于操作者的调整技术。5冷加工应力对热变形的影响 在生产中我们经常会发现某些零件变形大。事实上薄厚悬殊结构的零件热变形较大，而冷加工的应力也是引起热变形的重要因素之一。但人们往往重视前者而忽略后者。当工件在冷加工时，受了较大的切削力或夹紧力，这些力以残余应力存在于工件中，它们在热处理过程中，随着温度的变化会发生松驰和重新分布。我们知道锻造产生的应力由锻件正火处理消除，而机加工过程中切削力过大也会引起热变形增大。因此这是机械加工技术中不容忽视的问题。下面举一个减少切削应力的实例。 如图2所示，拉花键时，定位基准为齿坯大端面轮辐(较薄壁处)受较大的拉削力，引起热后齿向变形较大。改进工艺后，如图8所示，轮毂端面和大端面为一个端面作为定位面，拉削时轮辐部分几乎不受力，并且定位精度较高。拉花键后，再车削形成两端面落差保证图纸要求，这种方法较理想的保证了齿向精度。 6以硬态切削代替磨削，提

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