淺析齒輪加工技術(shù)

于健　于鵬

摘要： 近幾年來，重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)建設(shè)工程對(duì)與之配套的大型齒輪及其齒輪箱提出了許多新要求，目前，我國齒輪行業(yè)還不能完全滿足重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)工程的配套要求，這些大型齒輪及齒輪箱的制造已經(jīng)成為制約我國一系列重大裝備研制的瓶頸問題。本文主要探討了我國齒輪加工行業(yè)發(fā)展的情況、齒輪加工分類和加工技術(shù)要求，詳細(xì)分析了齒輪加工過程中的問題。

關(guān)鍵詞：齒輪加工；發(fā)展；技術(shù)要求；問題

一、齒輪加工行業(yè)發(fā)展

目前，我國齒輪行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、制造裝備和檢測(cè)試驗(yàn)等綜合技術(shù)水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)九十年代中后期水平，落后十到十五年，行業(yè)龍頭企業(yè)初步具備了全新產(chǎn)品開發(fā)能力。一方面，中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，同質(zhì)化惡性競(jìng)爭(zhēng)；另一方面，高端產(chǎn)品能力不足，汽車、工程機(jī)械、高鐵、煤機(jī)和大型農(nóng)機(jī)等的高端齒輪傳動(dòng)裝置大量依賴進(jìn)口，且進(jìn)出口逆差逐年加大。與國外先進(jìn)水平相比，研發(fā)周期是國外同類產(chǎn)品的2～3倍，使用壽命是國外同類產(chǎn)品的30%～50%，形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。

二、齒輪加工分類

就齒輪加工原理來說，基本可分為兩大類，成形法和展成法。

1、成形法是用與齒間的齒廓曲線相同的成形刀具在銑床上直接切出齒輪齒形。用成形法加工的齒輪，是逐齒切削的。并且不連續(xù)，所以精度、效率相對(duì)都比較低。但它在普通銑床上就可以加工，適用于單件加工。

2、展成法就是利用一對(duì)齒輪的嚙合原理來加工齒輪。常見的有插齒、滾齒和磨齒。插齒加工是利用盤形插齒刀，在經(jīng)過插齒機(jī)上加工齒輪，并適用于批量生產(chǎn)。插齒加工是將一個(gè)齒輪作為刀具，另一個(gè)作為齒輪坯，經(jīng)過機(jī)床保證它們按齒輪傳動(dòng)的要求運(yùn)動(dòng)。于此同時(shí)，刀具還不斷沿齒坯軸線方向，而進(jìn)行往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)。這樣就將能夠把輪坯切成與刀具相嚙合的齒輪。相同模數(shù)和齒形角而齒數(shù)不同的齒輪，齒輪生產(chǎn)廠家可用同一把刀具加工。用這種方法加工齒輪，精度和效率都較高。

三、齒輪加工技術(shù)要求

1、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性要求齒輪較準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。

2、傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以減小沖擊、振動(dòng)和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)速比的變化。

3、載荷分布均勻性要求齒輪工作時(shí)，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)不致因載荷分布不勻而使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。 齒輪廠家的生產(chǎn)一定要達(dá)到這樣的生產(chǎn)技術(shù)要求，才能讓我們生產(chǎn)出品質(zhì)過硬的齒輪。

四、齒輪加工過程技術(shù)問題解析

1、齒坯

中高壓和高壓齒輪泵的齒輪都是連軸的整體齒輪，，齒輪齒坯一般都采用模鍛件。由于鍛件的加工余量大，，既耗能又耗材，目前有些工廠采用精密鍛件，選用粗細(xì)為軸頸尺寸加余量的棒料，將其中間局部加熱粗到齒輪的毛坯尺寸，也可采用摩擦焊接件做齒坯，這樣既節(jié)能、節(jié)材，又減少加工工時(shí)。

2、弧面中心孔

由于齒輪泵齒輪的所有加工工序都是以中心孔作為定位基準(zhǔn)的，齒輪加工精度又要求高，因此中心孔的質(zhì)量對(duì)齒輪的加工質(zhì)量影響很大。弧面中心孔與頂尖錐面的接觸為環(huán)形帶狀接觸，接觸好，定位準(zhǔn)確，修磨中心孔容易。

3、中心孔的深度和兩中心孔間的距離

一般齒輪泵生產(chǎn)都是大批量生產(chǎn)，泵齒輪的所有機(jī)加工工序都是以兩個(gè)中心孔作為加工基準(zhǔn)的。為了簡(jiǎn)化機(jī)床的調(diào)整，使加工操作方便，齒輪的中心孔到軸頸端面的深度和兩個(gè)中心孔之間的距離應(yīng)嚴(yán)格控制，并要在加工工序中設(shè)置專用的檢測(cè)工具進(jìn)行檢查。

4、齒形加工

齒輪泵齒輪的齒形精度要求較高，一般為7級(jí)或8-8-7級(jí)，因此大批量生產(chǎn)齒輪泵齒輪時(shí)，齒形都采用滾一剃工藝，對(duì)于中、小批量生產(chǎn)，也可采用滾—磨工藝。為了達(dá)到要求的齒形精度，剃齒刀一般采用修正齒形的剃齒刀。有些齒輪泵為了改善齒面的載荷分布情況和提高齒面接觸精度，將齒面剃成中臌一齒，臌形量為0.15～0.2mm。

5、齒輪端面和軸頸的磨削加工

齒輪泵的齒輪端面和軸頸，不僅精度和表面粗糙度要求高，而且端面與軸頸的垂直度公差為0.005mm，只許凹不許凸，所以齒輪端面和軸頸的精磨要求在專用高精度數(shù)控切入式端面外圓磨床上一次裝夾磨削。先磨軸頸，磨到尺寸后由測(cè)量儀器發(fā)出信號(hào)，砂輪后退0.05，再磨端面，磨到尺寸后由端面測(cè)量儀器發(fā)出信號(hào)，磨輪快速退回。另外，為了達(dá)到精度和表面粗糙度的要求，砂輪除了要做靜平衡調(diào)整外，機(jī)床上還應(yīng)裝砂輪自動(dòng)平衡系統(tǒng)，待砂輪修正到自動(dòng)平衡顯示儀顯示允許數(shù)值后再開始磨削加工。

有些齒輪軸頸還要磨倒錐和越程槽，可在機(jī)床上設(shè)置專用的砂輪修正靠模修磨砂輪，實(shí)現(xiàn)倒錐和越程槽的磨削。目前也有采用數(shù)控切入式端面外圓磨床，利用數(shù)控編程來修正砂輪，實(shí)現(xiàn)倒錐和越程槽的磨削。

6、倒圓齒輪端面齒廓R0.1mm

為了防止齒輪端面齒廓的毛刺刮傷泵的側(cè)板、泵蓋或浮動(dòng)軸套、齒輪齒廓必須倒圓到R0.1mm。實(shí)現(xiàn)齒廓倒圓可采用光飾、尼龍刷和電解等方法。

7、精磨齒輪齒頂圓

由于設(shè)計(jì)齒輪泵時(shí)要求齒輪的齒頂圓為銳邊，在齒輪端面齒廓加工時(shí)不可能只倒圓端面齒廓而不倒圓齒輪齒頂圓，因此應(yīng)在端面齒廓倒圓加工后再精磨齒輪的齒頂圓。

8、齒輪端面的超精或拋光加工

一般齒輪泵齒輪端面的表面粗糙度Ra為0.2微米，在大批量生產(chǎn)時(shí)，即使使用高精度切入式端面外圓磨制加工，這個(gè)要求也很難穩(wěn)定達(dá)到。為了使齒輪端面的表面粗糙度穩(wěn)定達(dá)到Ra=0.2，一般在端面精磨后再進(jìn)行超精或拋光加工。齒輪端面超精加工是在專用機(jī)床上，用兩個(gè)碗形油石或鑄鐵輪加工研磨磨料，同時(shí)超精加工齒輪的兩個(gè)端面。齒輪端面的拋光加工是在簡(jiǎn)單的拋光機(jī)上用布質(zhì)的拋光輪進(jìn)行的。

9、齒輪軸頸的超精加工

齒輪泵的齒輪軸頸表面粗糙度要求為Ra=0.1，在大批量生產(chǎn)時(shí)，為了穩(wěn)定達(dá)到這個(gè)要求，一般采用油石條對(duì)其進(jìn)行超精加工。這道工序既可在專用機(jī)床上用兩個(gè)超精振動(dòng)頭，同時(shí)超精加工齒輪的兩個(gè)軸頸，也可對(duì)一般車床進(jìn)行改造，安裝一個(gè)超精振動(dòng)頭，于每次裝卡工件后，超精加工其一端的軸頸。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊占堯主編.塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M]. 清華大學(xué)出版社， 2004

[2] 黃強(qiáng).YE3120CNC7高速干切滾齒機(jī)的研發(fā)與應(yīng)用[J]. 世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng). 2014（06）

[3] 王超，洪榮晶，張金，邵杉.精密成形銑齒切削參數(shù)優(yōu)化研究[J]. 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2015（01）

作者簡(jiǎn)介：

1.于健（1981.9-），男，山東東平，本科，工程師，研究方向：齒輪加工工藝。

2.于鵬（1980.10-），男，遼寧沈陽，本科，工程師，研究方向：堆取料機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)。