淺談直齒圓柱齒輪的加工方法

尤騰達(dá)

摘 要：齒輪加工具有工藝復(fù)雜、生產(chǎn)技術(shù)要求高、制造難度大等特點(diǎn)，而由于齒輪傳動(dòng)在軍事、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域中是重要的基礎(chǔ)零件，所以需要不斷提升齒輪加工制造技術(shù)的精密化，體齒輪加工的質(zhì)量和精度，從而保證齒輪的傳動(dòng)性。基于此，本文主要針對(duì)直齒圓柱齒輪的加工方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：齒輪加工;齒輪傳動(dòng);加工方法

一、齒輪簡(jiǎn)介

齒輪的用途較為廣泛，如日常生活中常見(jiàn)的手表、電扇等，以及機(jī)床、飛機(jī)輪船等，是各種機(jī)械設(shè)備中的重要零件之一。齒輪的類型也比較多樣，有圓柱直齒輪、圓柱斜齒輪、直齒傘齒輪、渦輪等，使用比較多且較簡(jiǎn)單的便是圓柱直齒輪，也可以稱作標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪。

齒輪齒形加工的方法有許多，以有無(wú)切削來(lái)劃分，可以分為有切削加工和無(wú)切削加工兩個(gè)類別。其中無(wú)切削加工具有生產(chǎn)效率高、耗材少、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限，主要表現(xiàn)為加工精度低、工藝不穩(wěn)定、小批量生產(chǎn)不適用等，所以限制了它的使用。而齒輪齒形的切削工具具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛使用在齒形加工中，按照其加工的原理可以分為成形法和展成法兩種。

成形法就是利用切削刃形狀與被切齒輪槽的形狀相同的刀具切出齒形的方法，所以也稱作仿形法，其加工齒形的方法主要有用專用成形齒輪銑刀銑齒，或者用砂輪磨齒。由于成形法存在一定的分度誤差，同時(shí)在安裝刀具時(shí)也可能會(huì)存在誤差，所以這一方法具有加工精度低的缺陷。還有就是在每次切削完一個(gè)齒槽后都需要重復(fù)進(jìn)行退刀、分度及切入切出，一定程度上增加了加工時(shí)間，所以生產(chǎn)效率較低，但也有其優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在不需要專門(mén)的齒輪加工機(jī)床，而且使用的齒輪銑刀結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單且價(jià)格低，加工成本低，所以成形法比較適用于維修與單件、小批生產(chǎn)中加工9級(jí)以下的低精度齒輪。

展成法也稱作范成法，就是使用齒輪刀具與齒坯相互嚙合運(yùn)動(dòng)而切出齒形的加工方法。雖然存在不同齒數(shù)的齒輪，但只需要齒形角和模數(shù)相同，就可以用用一把齒輪刀具來(lái)加工。目前常用展成加工原理的齒形加工方法有磨齒、滾齒、插齒、剃齒等，其中剃齒和磨齒屬于齒形精加工的方法。由于展成法具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、刀具通用性好等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。

二、齒輪齒形常用的幾種加工方法

（一）磨齒

磨齒是目前齒輪齒形加工中精度最高的一種加工方法，能夠?qū)δ┐阌昌X輪進(jìn)行磨削，也可以對(duì)淬硬的齒輪磨削。磨齒加工精度在4～6級(jí)，齒面粗糙度為Ra0.8～0.2?m。其對(duì)于齒輪誤差和熱處理變形方面具有較強(qiáng)的修正能力，比較常使用硬齒面高精度齒輪及插齒到、剃齒到等刀具進(jìn)行精加工。這一加工方法也有其缺點(diǎn)，主要是生產(chǎn)效率較低，加工成本較高，比較適用在單件小批量生產(chǎn)中。

根據(jù)齒面漸開(kāi)線的形成原理，磨齒加工方法可以分成仿形法磨齒和展成法磨齒兩類。仿形法磨齒主要是利用成形砂輪直接磨出漸開(kāi)線齒形，展成法磨齒是利用砂輪工作面制成假想齒條的兩側(cè)面，然后通過(guò)與被加工件的嚙合運(yùn)動(dòng)來(lái)包絡(luò)出齒輪的漸開(kāi)線齒面。常用的磨齒方法有錐面砂輪磨齒、雙片蝶形砂輪磨齒。為了確保磨齒精度和磨齒效率，在加工過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：合理選擇砂輪，砂輪材料的硬度應(yīng)當(dāng)以軟和中軟較為適宜，粒度則需要結(jié)合使用的砂輪外形、表面粗糙度來(lái)決定，通常是在46～80#范圍內(nèi)。如果是使用蝸桿型砂輪，其粒度應(yīng)當(dāng)要細(xì)一些，這樣展成的速度較快，且齒面粗糙度地。另外，砂輪必須要經(jīng)過(guò)精確平衡，目的是保證磨齒的精度;采用合理地工藝措施，要嚴(yán)格按照工藝規(guī)程操作，需要反復(fù)進(jìn)行齒輪定性處理和回火處理，將因殘余應(yīng)力和機(jī)械加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消除，同時(shí)要提高工藝基準(zhǔn)的精度，避免孔和軸配合間隙對(duì)工件產(chǎn)生偏心影響;保持磨齒余量均勻，以此減少走刀次數(shù)，同時(shí)也要縮短展成長(zhǎng)度，縮短磨齒時(shí)間，最好采用大氣孔砂輪，增大磨削用來(lái)，從而提高磨齒效率。

（二）滾齒

滾齒是齒輪齒形加工中應(yīng)用最廣的一種加工方法，其具有生產(chǎn)效率高、通用性較好等優(yōu)點(diǎn)，加工原理是在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀進(jìn)行齒輪加工，既可以加工圓柱齒輪，也可以加工渦輪，同時(shí)可以加工漸開(kāi)線齒形，也可以加工大模數(shù)齒輪和大直徑齒輪。滾齒的加工精度在8～9級(jí)，也可用于7級(jí)以上的齒輪粗加工及半精加工。滾齒還具有較高的運(yùn)動(dòng)精度，但是由于齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，切削的刀齒數(shù)有限，所以齒面表面粗糙度較粗。最好是將粗精滾齒分開(kāi)，以此保證滾齒加工精度和齒面質(zhì)量的提高。

（三）插齒

插齒過(guò)程就是插齒刀相當(dāng)于一對(duì)軸線相互平行的圓柱齒輪相互嚙合，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)磨有前后角且具有切削刃的齒輪。插齒主要進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)、分齒展成運(yùn)動(dòng)、徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、讓刀運(yùn)動(dòng)等幾種運(yùn)動(dòng)，與滾齒相比，插齒具有齒形精度高、后齒面粗糙度相對(duì)較細(xì)等優(yōu)點(diǎn)，但也其比滾齒的齒向誤差大，且運(yùn)動(dòng)精度和生產(chǎn)效率也比較滾齒差，只有是在加工小模數(shù)、多齒數(shù)且齒寬較窄的齒輪時(shí)，才會(huì)比滾齒的生產(chǎn)效率高。要想提高插齒的生產(chǎn)效率，首先是需要解決刀具讓刀問(wèn)題，然后要增加機(jī)床往復(fù)形成穿次數(shù)，應(yīng)采用高速插齒，以此提高切削速度，減少插齒需要機(jī)動(dòng)的時(shí)間，另外就是要對(duì)刀具參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提高插齒刀的耐用度，使插齒刀的切削性能充分發(fā)揮，從而提高插齒生產(chǎn)效率。

（四）剃齒

剃齒的加工原理是根據(jù)以對(duì)螺旋角不等的螺旋齒輪相互嚙合，也就是剃齒刀和被切齒輪的軸線空間交叉成一個(gè)角度，以此進(jìn)行無(wú)側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運(yùn)動(dòng)。由于剃齒刀的兩側(cè)面都可切削加工，但是兩側(cè)切削角度不同，一側(cè)呈銳角，其切削能力較強(qiáng)，另一側(cè)呈鈍角，其切削能力較弱，所以對(duì)剃齒的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生角度的影響，為了確保兩側(cè)都能夠獲得同樣的剃削條件，需要剃削過(guò)程中使剃齒刀做交替正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。剃齒加工精度在6～7級(jí)，表面粗糙度為Ra0.8～0.4?m，常用于末淬火齒輪的精加工中，其加工生產(chǎn)效率較高，相比較于磨齒，可以提高生產(chǎn)效率在10倍以上，而且剃齒是自由嚙合，機(jī)床沒(méi)有展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，所以機(jī)床結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，調(diào)整機(jī)床比較容易。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，如果執(zhí)行齒輪的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格，則齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量就會(huì)越高，同時(shí)合理設(shè)計(jì)齒輪加工方法和齒輪制造水平，也能夠保證齒輪的性能和質(zhì)量。隨著科技的不斷進(jìn)步以及工業(yè)的快速發(fā)展，齒輪制造能力和水平也不斷提升，齒輪加工精度也會(huì)越來(lái)越高。

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