高效切削在工程機(jī)械齒輪加工中的應(yīng)用體會(huì)

陳殿俊

摘 要：高效切削技術(shù)復(fù)雜，涉及鍍層工藝、高速主軸單元以及快速CNC控制系統(tǒng)等，是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，將其引入機(jī)械制造領(lǐng)域，對(duì)于提高機(jī)械制造加工效率，實(shí)現(xiàn)加工過程中的節(jié)能降耗，最終實(shí)現(xiàn)高效加工、高額利潤(rùn)的目標(biāo)意義重大。該文立足于機(jī)械齒輪加工角度，緊緊圍繞機(jī)械齒輪加工中刀具與設(shè)備應(yīng)用兩方面，論述高效切削的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：齒輪加工 高效切削 刀具 涂層技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（c）-0119-01

作為工程機(jī)械中重要的傳動(dòng)元件，齒輪的加工質(zhì)量對(duì)于工程機(jī)械的使用壽命及其在傳動(dòng)過程中的平穩(wěn)性具有決定性的影響。高效切削工藝在齒輪加工中的應(yīng)用，尤其是在加工設(shè)備以及加工刀具中的應(yīng)用，對(duì)于提升工程機(jī)械齒輪的加工質(zhì)量，解決其低自動(dòng)化生產(chǎn)加工問題作用重大。

1 高效切削在工程機(jī)械齒輪加工設(shè)備中的應(yīng)用

高效加工設(shè)備的應(yīng)用是高效切削在工程齒輪加工中，解決低自動(dòng)化生產(chǎn)下的加工問題，提高其加工效率的重要實(shí)現(xiàn)途徑之一。其運(yùn)用的高效加工設(shè)備主要包括數(shù)控成形磨齒機(jī)、高效數(shù)控滾齒機(jī)以及車銑復(fù)合中心等。

在工程機(jī)械齒輪技工實(shí)踐中，磨齒通常是齒輪加工的重要環(huán)節(jié)之一，在磨齒加工中，多運(yùn)用展成法進(jìn)行齒輪磨削，然而這傳統(tǒng)的磨削方法存在著磨削效率不高，加工設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷，不利于工程機(jī)械齒輪生產(chǎn)效率的提高。將高效切削引入其加工過程中，應(yīng)用成形磨齒技術(shù)代替展成法磨齒，可大幅提升齒輪的磨削效率，約為展成法磨齒的2倍。然而運(yùn)用成形磨齒技術(shù)的缺陷就在于初期的燒傷與磨削裂紋等問題長(zhǎng)期無法得到有效解決。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展及其在磨齒機(jī)中的運(yùn)用，結(jié)合大流量冷卻裝置等的研發(fā)運(yùn)用，工程機(jī)械齒輪的成形磨齒發(fā)存在的弊端也就迎刃而解，而且有效運(yùn)用數(shù)控成形磨齒技術(shù)，在工程機(jī)械齒輪加工中，還可實(shí)現(xiàn)齒向與齒形的修形，以提升齒輪在傳統(tǒng)過程中的平穩(wěn)性，還有助于其磨削精度的大幅提升。

數(shù)控滾齒機(jī)具有高剛性特征，伺服功能強(qiáng)大，滾刀頭驅(qū)動(dòng)功率相對(duì)較大等特征，在工程機(jī)械齒輪加工中的應(yīng)用，可充分發(fā)揮其數(shù)控伺服功能強(qiáng)大、高滾速等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)滾齒過程中的溫度補(bǔ)償，是齒輪加工中一種高效的加工設(shè)備。高效數(shù)控滾齒機(jī)在實(shí)際應(yīng)用過程中，滾刀轉(zhuǎn)速蘇范圍比較廣泛，約在200～1500 r/min之間，相較于常規(guī)的滾齒機(jī)滾速范圍（800～1800 r/min）而言，滾刀的旋轉(zhuǎn)速度大幅提升，可實(shí)現(xiàn)加工過程中滾刀的高速旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，高效數(shù)控滾齒機(jī)在操作過程中采用七軸四聯(lián)動(dòng)，主軸與分齒的展出運(yùn)動(dòng)無須掛輪，僅需以機(jī)械連鏈為載體便可實(shí)現(xiàn)，而且運(yùn)用數(shù)控軸驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)徑向與軸向的自動(dòng)變速進(jìn)給與軸向L循環(huán)。加之，此種機(jī)床的具有較高的智能化水平，可依據(jù)工件自動(dòng)找正數(shù)據(jù)進(jìn)行串刀量的準(zhǔn)確計(jì)算，促進(jìn)加工中自動(dòng)串刀的實(shí)現(xiàn)，有助于解決齒輪生產(chǎn)加工中低自動(dòng)化水平的問題。此外，高效數(shù)控滾齒機(jī)具有較高剛性，齒輪切削過程中可實(shí)現(xiàn)工件的液壓自動(dòng)夾緊，減小了切削過程中的振動(dòng)，在提升齒輪傳動(dòng)中的穩(wěn)定性的同時(shí)，有助于延長(zhǎng)其使用壽命。在工程機(jī)械齒輪加工實(shí)踐中，滾刀的切削力度及其磨損情況均可通過操作面板觀察實(shí)現(xiàn)，完成加工后，還可實(shí)現(xiàn)齒輪的齒向與齒形誤差的自檢，有助于提升齒輪加工質(zhì)量。

隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，在工程機(jī)械齒輪加工中，數(shù)控化設(shè)備得到了廣泛地應(yīng)用，對(duì)于提高齒輪加工與切削效率意義重大。其中車銑復(fù)合中心實(shí)現(xiàn)了車削技術(shù)與銑削技術(shù)的有機(jī)統(tǒng)一，可在同一設(shè)備上實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，有助于一次性完成齒輪加工中銑齒、車削工序以及軸類工件裝夾，且在齒輪加工實(shí)踐中，轉(zhuǎn)速可高達(dá)1200 r/min，切削效率非常高。

2 高效切削在工程機(jī)械齒輪加工刀具中的應(yīng)用

先進(jìn)刀具在工程機(jī)械加工制造中的應(yīng)用，對(duì)于提升切削速度，解決切削過程中滾刀崩刃以及滾刀磨損問題具有重要作用。在淬硬齒輪加工中，為解決齒輪淬火變形問題，多運(yùn)用刮削技術(shù)對(duì)齒輪的加工質(zhì)量進(jìn)行改善。由于齒輪模數(shù)在8～14mm之間，因此，運(yùn)用的滾刀多為合金刀片滾刀，這種焊接式的硬質(zhì)滾刀在加工過程中切削的速度無法滿足要求，而且這種刀具需要較長(zhǎng)的刃磨時(shí)間，且刃磨之后滾刀的精度及其容易受損，無法全面滿足高效切削的要求。基于此，在工程機(jī)械齒輪加工中，為充分滿足切削的速度要求，可將可更換刀片組合滾刀應(yīng)用于切削加工實(shí)踐之中，相較于焊接式硬質(zhì)刀具而言，其切削的速度可提升40%左右，而且還可獲得相當(dāng)穩(wěn)定的齒輪加工質(zhì)量。同時(shí)，運(yùn)用這種先進(jìn)刀具，在齒輪加工過程中，不需要刃磨，提升了加工的速度。在加工過程中，若單個(gè)刀片的磨損量超出要求，可更換另外的切削刃或刀片，省略了拆卸刃磨環(huán)節(jié)，在節(jié)省換刃時(shí)間的同時(shí)，還減少了加工原材料的同時(shí)，有助于加工成本的降低。

另外，在工程機(jī)械齒輪加工實(shí)踐中，在制齒加工中，滾齒工藝是核心的工藝技術(shù)，在滾齒加工中，占有超過70%的比重。然而在滾齒加工中，常規(guī)滾刀多以高速鋼為其主要材質(zhì)，這就造成了在滾齒加工中，若切削速度大幅提升，就極其容易引發(fā)滾刀磨損量增大等問題，減少了滾刀的使用壽命，同時(shí)也增加了加工成本。針對(duì)這一問題，隨著涂層技術(shù)的飛速發(fā)展，高速鋼滾刀涂層技術(shù)在滾刀工藝在應(yīng)用非常廣泛，例如，運(yùn)用ALCrN、TiNC等的滾刀涂層處理技術(shù)，在齒輪加工中的應(yīng)用，對(duì)于改善滾刀的質(zhì)量，提升加工效率作用巨大。涂層處理技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于防止?jié)L刀崩刃問題出現(xiàn)，提高滾刀的耐磨性、耐熱性，并減小滾刀在切削過程中的切削摩擦力。以M42刀具材料為例，在其應(yīng)用工程中，經(jīng)TiN涂層涂層處理，其涂層滾刀效率可大幅提升，切削速度可達(dá)145 r/min左右。由此可見，在工程機(jī)械齒輪加工中，加大進(jìn)給量以及全面提升滾刀的轉(zhuǎn)速是實(shí)現(xiàn)高效切削的最有力的途徑。在切削速度提高的同時(shí)，可快速排出切屑，從而減輕切削熱，可降低齒輪加工中冷卻使用成本，還可獲得環(huán)保效應(yīng)。

綜上可見，高效切削在齒輪加工中的應(yīng)用主要通過加工設(shè)備以及先進(jìn)刀具兩方面實(shí)現(xiàn)，在提高了工程機(jī)械齒輪加工中切削效率、降低加工勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，還可獲得高質(zhì)的加工產(chǎn)品，對(duì)于促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義，是齒輪加工的必然趨勢(shì)。

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