齒輪加工原理工藝過程質量提升措施

隨著齒輪工業的發展和齒輪制造技術的提高,以及現代機械精度的提升都對齒輪加工質量提出了更高要求。如何加工出質量高的齒輪值得探討。

1、齒輪加工原理

用齒輪滾刀加工齒輪,其傳動原理與一對螺旋齒輪的嚙合原理相同,而滾刀可以看成是一個齒數無窮多(頭數可以為1)的螺旋齒輪。切削運動是滾刀的轉動;分齒運動是隨著滾刀的轉動,齒坯也要相應轉動,要求滾刀轉速與齒坯轉速之間嚴格保持著相當于齒條與這個被加工齒輪嚙合的關系。也就是滾刀轉動中刀齒在軸向移動一個齒距,齒坯也相應地轉過相應的齒距,這個運動是滾齒加工z重要的運動。垂直進給運動即滾刀沿齒坯齒寬方向的垂直進給(走刀)，這就是齒輪加工的基本過程。

2、齒輪加工工藝過程分析

(1)加工的一階段是齒坯進入機械加工的階段。由于齒輪的傳動精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與滾齒時采用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的關系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內孔和端面的精度基本達到規定的技術要求。在這個階段中除了加工出基準外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應盡量在這一階段的后期加以完成。

(2)第二階段是齒形的加工。對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的z后加工階段，經過這個階段就應當加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的齒輪，必須在這個階段中加工出能滿足齒形的z后精加工所要求的齒形精度，所以，這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關鍵階段，應予以特別注意。

(3)加工的第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達到規定的硬度要求。

(4)加工的z后階段是齒形的精加工階段。這個階段的目的，在于修正齒輪經過淬火后所引起的齒形變形，進一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達到z終的精度要求。在這個階段中首先應對定位基準面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內孔和端面均會產生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準進行齒形精加工，是很難達到齒輪精度的要求的；而以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位準確可靠，余量分布也比較均勻，便于達到精加工的目的。

3、滾刀的正確安裝是確保齒輪加工質量的重要前提

滾刀安裝前應檢查刀具所注規格是否符合要求,然后將刀內孔、端面擦干凈,用手推入刀桿不允許用重錘敲擊。所用墊平行度誤差不大于0.01 mm,而且墊的數量應越少越好。另外,要嚴格限制鎖緊螺母軸線對端面的不垂直度。滾刀緊固后,應用百分表檢查滾刀兩凸肩處跳動量。應注意滾刀兩凸肩的徑向跳動高點應力求一致。當滾刀安裝后跳動量超差,可松開螺母轉動墊,使誤差相互補償。選擇滾刀的精度應與被加工齒輪的精度適應。一般AA級滾刀加工7級精度齒輪,A級滾刀加工8級精度的齒輪,B級精度的滾刀加工9級精度的齒輪。滾刀的安裝技術是齒輪工基本功之一,其操作質量的好壞直接影響齒形精度,因而必須予以重視。

4、切實提高齒輪加工質量的具體措施分析

4.1 選擇合適的齒輪材料

實踐表明，工件材料的硬度大于HB240-260時，滾刀的磨損會明顯上升,當走刀量過大時,引起切削過程的沖擊和振動也會過大,甚折斷刀齒,進而造成齒輪表面加工質量的下降。因此在條件允許的情況下,被加工材料的硬度應盡可能控制在HB180-220范圍內。

4.2 選用合適的切削速度

滾齒刀在切削塑性材料時,由于切屑黏度較大,如果切削速度較慢,切屑在滾齒刀前刀刃上產生停留,刀刃推擠切屑碾壓齒輪加工面,會使齒輪加工面產生鱗狀毛刺,鱗狀毛刺的深度與切削速度有關,還與齒輪的材質有關,每種材質都對應著一個z佳切削速度,當切削速度合適時便可控制毛刺的產生。需要注意的是,有些材質的毛刺深度在一定范圍內與切削速度成正比,必須使切削速度加大到一定值鱗狀毛刺才會消失。

4.3 正確裝卡工件

在齒輪加工過程中,滾齒刀對齒輪的徑向壓力相當大,如果工件裝卡不牢,滾齒刀會在齒輪的齒面產生震動,這種震動有時會使齒輪的齒面產生微裂紋。微裂紋的大小及密度與振動的頻率和切削速度有關。

一般的齒輪要求齒圈徑向跳動在0.07mm之內,齒圈徑向跳動過大的原因是工件安裝的徑向跳動及端面跳動。如果工裝上的夾瓣牙形角太尖,開始時能夾緊工件,使用一段時間以后,牙形角開始磨損,并出現工件夾不緊的現象,造成齒輪齒圈徑向跳動超差。如果把牙形角的角度改為70°角,并進行淬火處理,消c牙形角磨損的現象,齒圈徑向跳動就會在公差允許的范圍之內。

4.4 提高熱處理能力

滲碳齒輪的熱處理變形直接影響到齒輪的精度、強度、噪聲和壽命，即使在滲碳熱處理后加上磨齒工序，變形仍然會降低齒輪的精度等級。控制齒輪變形也必須在制造齒輪的全過程中設法去解決：減少齒輪材料冶金因素對變形的影響；采用控溫正火或等溫退火來處理齒輪鍛件；改進設備，優化工藝，減少淬火對變形的影響。

4.5 提高基準加工精度

齒輪的加工精度在固定的坐標內評判才有意義，這里的坐標是由齒輪的加工基準面形成的，基準包括兩個軸頸或者端面和內孔。軸頸必須與中心孔同心，如果存在偏心的話，將會使加工基準與安裝基準不重合，影響裝配精度；齒輪的端面基準要與內孔垂直，端面跳動和內孔的圓度都應有嚴格的公差要求。

4.6 提高接觸精度

研磨是在其他金屬切削加工方法未能滿足工件精度和表面粗糙度要求時，所采用的一種精密加工工藝。當齒輪加工精度低、齒面粗糙，在嚙合中僅有少數幾點接觸時，會產生噪聲和振動，研磨可以降低噪聲，成為提高產品質量的關鍵問題。研磨劑可以用于各種材料的齒輪及蝸輪、蝸桿研磨，可以使其精度提高2個等級以上。因此，它是一種提高齒輪精度的方法。

5、結語

齒輪的加工,除了采取的工藝措施、正確的刀具安裝來保證外,還與滾刀的制造、機床自身精度誤差等因素息息相關。隨著各種技術的發展，現有的加工工藝不斷取得突破，必然會推動齒輪加工工藝不斷發展和完善。