齿轮加工原理工艺过程质量提升措施

随着齿轮工业的发展和齿轮制造技术的提高,以及现代机械精度的提升都对齿轮加工质量提出了更高要求。如何加工出高质量的齿轮值得探讨。

1、齿轮加工原理

用齿轮滚刀加工齿轮,其传动原理与一对螺旋齿轮的啮合原理相同,而滚刀可以看成是一个齿数无穷多(头数可以为1)的螺旋齿轮。切削运动是滚刀的转动;分齿运动是随着滚刀的转动,齿坯也要相应转动,要求滚刀转速与齿坯转速之间严格保持着相当于齿条与这个被加工齿轮啮合的关系。也就是滚刀转动中刀齿在轴向移动一个齿距,齿坯也相应地转过相应的齿距,这个运动是滚齿加工最重要的运动。垂直进给运动即滚刀沿齿坯齿宽方向的垂直进给(走刀)，这就是齿轮加工的基本过程。

2、齿轮加工工艺过程分析

(1)加工的第一阶段是齿坯进入机械加工的阶段。由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与滚齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。

(2)第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以，这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段，应予以特别注意。

(3)加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。

(4)加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的；而以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，便于达到精加工的目的。

3、滚刀的正确安装是确保齿轮加工质量的重要前提

滚刀安装前应检查刀具所注规格是否符合要求,然后将刀内孔、端面擦干净,用手推入刀杆不允许用重锤敲击。所用垫平行度误差不大于0.01 mm,而且垫的数量应越少越好。另外,要严格限制锁紧螺母轴线对端面的不垂直度。滚刀紧固后,应用百分表检查滚刀两凸肩处跳动量。应注意滚刀两凸肩的径向跳动高点应力求一致。当滚刀安装后跳动量超差,可松开螺母转动垫,使误差相互补偿。选择滚刀的精度应与被加工齿轮的精度适应。一般AA级滚刀加工7级精度齿轮,A级滚刀加工8级精度的齿轮,B级精度的滚刀加工9级精度的齿轮。滚刀的安装技术是齿轮工基本功之一,其操作质量的好坏直接影响齿形精度,因而必须予以重视。

4、切实提高齿轮加工质量的具体措施分析

4.1 选择合适的齿轮材料

实践表明，工件材料的硬度大于HB240-260时，滚刀的磨损会明显上升,当走刀量过大时,引起切削过程的冲击和振动也会过大,甚至折断刀齿,进而造成齿轮表面加工质量的下降。因此在条件允许的情况下,被加工材料的硬度应尽可能控制在HB180-220范围内。

4.2 选用合适的切削速度

滚齿刀在切削塑性材料时,由于切屑黏度较大,如果切削速度较慢,切屑在滚齿刀前刀刃上产生停留,刀刃推挤切屑碾压齿轮加工面,会使齿轮加工面产生鳞状毛刺,鳞状毛刺的深度与切削速度有关,还与齿轮的材质有关,每种材质都对应着一个最佳切削速度,当切削速度合适时便可控制毛刺的产生。需要注意的是,有些材质的毛刺深度在一定范围内与切削速度成正比,必须使切削速度加大到一定值鳞状毛刺才会消失。

4.3 正确装卡工件

在齿轮加工过程中,滚齿刀对齿轮的径向压力相当大,如果工件装卡不牢,滚齿刀会在齿轮的齿面产生震动,这种震动有时会使齿轮的齿面产生微裂纹。微裂纹的大小及密度与振动的频率和切削速度有关。

一般的齿轮要求齿圈径向跳动在0.07mm之内,齿圈径向跳动过大的原因是工件安装的径向跳动及端面跳动。如果工装上的夹瓣牙形角太尖,开始时能夹紧工件,使用一段时间以后,牙形角开始磨损,并出现工件夹不紧的现象,造成齿轮齿圈径向跳动超差。如果把牙形角的角度改为70°角,并进行淬火处理,消除牙形角磨损的现象,齿圈径向跳动就会在公差允许的范围之内。

4.4 提高热处理能力

渗碳齿轮的热处理变形直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，即使在渗碳热处理后加上磨齿工序，变形仍然会降低齿轮的精度等级。控制齿轮变形也必须在制造齿轮的全过程中设法去解决：减少齿轮材料冶金因素对变形的影响；采用控温正火或等温退火来处理齿轮锻件；改进设备，优化工艺，减少淬火对变形的影响。

4.5 提高基准加工精度

齿轮的加工精度在固定的坐标内评判才有意义，这里的坐标是由齿轮的加工基准面形成的，基准包括两个轴颈或者端面和内孔。轴颈必须与中心孔同心，如果存在偏心的话，将会使加工基准与安装基准不重合，影响装配精度；齿轮的端面基准要与内孔垂直，端面跳动和内孔的圆度都应有严格的公差要求。

4.6 提高接触精度

研磨是在其他金属切削加工方法未能满足工件精度和表面粗糙度要求时，所采用的一种精密加工工艺。当齿轮加工精度低、齿面粗糙，在啮合中仅有少数几点接触时，会产生噪声和振动，研磨可以降低噪声，成为提高产品质量的关键问题。研磨剂可以用于各种材料的齿轮及蜗轮、蜗杆研磨，可以使其精度提高2个等级以上。因此，它是一种提高齿轮精度的有效方法。

5、结语

齿轮的加工,除了采取有效的工艺措施、正确的刀具安装来保证外,还与滚刀的制造、机床自身精度误差等因素息息相关。随着各种技术的发展，现有的加工工艺不断取得突破，必然会推动齿轮加工工艺不断发展和完善。