滾齒加工誤差分析及研究

王學(xué)蓮

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西 大同 037305）

引言

中國重汽集團大同齒輪有限公司（以下簡稱大齒）是汽車變速箱專業(yè)生產(chǎn)廠家，齒輪又是變速箱中的主要零部件之一。汽車變速箱齒輪大部分精度要求6～7級，結(jié)合剃齒工藝生產(chǎn)效率較高，刀具及工序成本較低等特點，大齒大部分齒輪的齒部加工采用先滾齒粗加工，后剃齒精加工的方法。

滾齒－剃齒工藝水平的高低，直接決定著齒輪的精度和質(zhì)量。滾齒作為齒部粗加工，加工過程中會產(chǎn)生一些誤差（如齒形誤差、齒向誤差、齒圈徑跳誤差、齒距誤差等），剃齒作為齒部精加工，它能夠減小在滾齒加工中產(chǎn)生的上述誤差。但是，如果滾齒加工中產(chǎn)生的齒圈徑跳誤差大，那么在剃齒時雖然能夠減小齒圈徑跳誤差，卻會增加周節(jié)累積誤差。所以滾齒加工精度的高低決定著剃齒加工精度的高低及零件的質(zhì)量，大齒首先要在滾齒加工中避免和減小產(chǎn)生各項誤差。

齒輪的精度分為運動精度、平穩(wěn)性精度和接觸精度。滾齒加工中產(chǎn)生的齒形、齒向誤差及齒面缺陷等直接影響著這三種精度。下面大齒對這幾種誤差進行分析。

1 齒形誤差分析及研究

齒形誤差主要影響齒輪傳動的運動精度和平穩(wěn)性精度。常見的滾齒齒形誤差有下列幾種。

1.1 齒圈徑向跳動誤差的分析及研究

在滾齒過程中，如果齒輪零件定位孔中心與機床工作臺的回轉(zhuǎn)中心不一致，存在幾何偏心，則齒輪定位孔中心線和滾刀中心線的徑向距離A將不等，產(chǎn)生齒圈徑向跳動誤差。

由于加工出齒輪齒部的基圓中心O與齒輪的內(nèi)孔中心O1產(chǎn)生偏心e1，如圖1所示。這樣加工出零件的特點是：基圓、齒根圓與內(nèi)孔不同心，齒高不等，使得齒輪與相配件配合間隙不一樣，傳動時嚙合不穩(wěn)定。

圖1 幾何偏心和運動偏心

1.1.1 產(chǎn)生齒圈徑向跳動誤差的主要原因

1）機床和夾具存在誤差。工作臺徑向跳動超差；與零件配合的滾齒套磨損或滾齒套外圓對內(nèi)孔的徑向跳動超差；滾齒下墊定位端面與工作臺旋轉(zhuǎn)中心線垂直度超差。

2）零件存在誤差。零件定位孔直徑超差，與滾齒套配合間隙大；零件端面跳動大；零件夾緊部位剛性差。

1.1.2 減小齒圈徑向跳動誤差的方法

1）減小機床和夾具方面的誤差。檢查工作臺回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌是否磨損、間隙大，并調(diào)整和更換；定期對工裝進行周期鑒定，不合格報廢；修復(fù)且重新調(diào)整，保證滾齒下墊定位端面與工作臺旋轉(zhuǎn)中心線垂直。

2）減小加工零件的誤差。保證車工工序車削零件定位孔的尺寸精度要求；保證車工工序零件端面跳動要求；夾緊零件時應(yīng)選擇剛性足夠的部位。

1.2 公法線長度變動量誤差的原因分析及研究

滾齒加工時滾齒機傳動系統(tǒng)中分度蝸輪與工作臺回轉(zhuǎn)中心存在偏心，產(chǎn)生運動偏心，造成切向誤差，即為公法線長度變動誤差。

在滾齒過程中，分度蝸桿等速運轉(zhuǎn)時，如果分度蝸輪存在運動偏心，如圖1，O－O為工作臺回轉(zhuǎn)中心，O2－O2分度蝸輪的旋轉(zhuǎn)中心，兩中心偏差量為e2。那么工作臺帶動零件回轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速也就不等，造成齒輪各個齒的齒厚分布不均勻，公法線長度不等［1］。

1）產(chǎn)生公法線長度變動量誤差的主要原因應(yīng)從以下幾方面進行分析研究：分度蝸輪副回轉(zhuǎn)精度不均勻造成；工作臺頂尖徑向跳動大；分齒掛輪齒面有嚴(yán)重磨損或磕碰，掛輪時咬合太松或太緊。

2）減小公法線長度變動量誤差的方法：檢查分度蝸輪副是否有磕碰、磨損，并修復(fù)或更換；更換工作臺頂尖；更換或修復(fù)分齒掛輪，并調(diào)整咬合松緊。

1.3 齒面出棱

1.3.1 產(chǎn)生的主要原因

安裝滾刀時軸向竄動超差；加工零件時，滾刀本身徑向跳動超差；刃磨滾刀時機床或夾具存在誤差，使得刀齒等分性差；滾刀磨損后未及時刃磨。

1.3.2 主要解決措施

1）安裝滾刀時應(yīng)先把錐孔內(nèi)部清潔干凈；不能敲擊滾刀；所用墊片平行度要好，所用螺母端面垂直度要好。

2）檢查滾刀主軸軸承，尤其是止推墊片，并修復(fù)或更換，回復(fù)旋轉(zhuǎn)精度。

3）檢查夾具的磨損情況及精度要求，控制滾刀刃磨質(zhì)量，盡量用滾刀數(shù)控刃磨床。

4）按照工藝要求，對滾刀進行定期刃磨。

1.4 齒形不對稱的原因分析及解決措施

1）安裝滾刀時不對中。解決措施：一般用“啃刀花”法進行對刀試切。

2）刃磨滾刀時，前刀面刀刃的徑向誤差超差，導(dǎo)程誤差大。解決措施：嚴(yán)格控制滾刀刃磨質(zhì)量。

3）滾刀安裝角的誤差太大。解決措施：重新調(diào)整滾刀的安裝角。

4）滾刀本身的齒形角誤差超差。解決措施：控制和要求刀具廠家的滾刀制造精度。

1.5 齒形周期誤差的原因分析及解決措施

1）安裝滾刀后，徑向跳動或軸向竄動超差。解決措施：控制滾刀的安裝精度。

2）機床工作臺分度蝸桿軸向竄動太大，回轉(zhuǎn)不均勻；解決措施：調(diào)整并修復(fù)。

3）分齒交換齒輪／掛輪齒面有磕碰或安裝偏心。解決措施：更換掛輪／分齒交換齒輪或重新進行安裝。

4）刀架滑板松動。解決措施：更換刀架滑板的塞鐵。

5）零件夾緊方式不合適，加工中有振動現(xiàn)象。解決措施：合理選擇零件夾緊定位方式［2］。

2 齒向誤差分析及研究

齒向誤差主要影響齒輪的接觸精度。

2.1 滾齒齒向誤差的產(chǎn)生原因

1）機床和夾具存在誤差。機床上頂尖中心與工作臺回轉(zhuǎn)中心不同心；工作臺端面跳動大；工作臺軸線與刀架導(dǎo)軌的平行度超差；差動掛輪計算誤差大，差動傳動鏈齒輪制造和調(diào)整誤差太大；分度蝸輪副的傳動存在周期性誤差，分度蝸輪副的嚙合間隙超差；垂直進給絲杠螺距誤差大。

2）零件存在誤差。車削零件時，零件兩端面平行度超差；零件定位孔與端面垂直度誤差大。

2.2 減小齒向誤差的方法

1）減小機床和夾具方面的誤差。修復(fù)機床上頂尖，使其中心與工作臺中心一致；對工作臺進行修復(fù)，滿足回轉(zhuǎn)精度要求；修復(fù)刀架導(dǎo)軌，使之與工作臺軸線平行；要精確計算差動交換齒輪的比值，結(jié)果精確到小數(shù)點后五位或六位。并且要檢查差動傳動鏈齒輪制造精度要求；對分度蝸輪副嚙合間隙進行檢修，保證嚙合間隙要求。并且要保證分度蝸輪副的零件精度；因使用磨損，垂直進給絲杠精度達(dá)不到要求時應(yīng)及時更換。

2）減小加工零件的誤差。檢查三爪或夾具的平行度，保證零件兩端面的平行度誤差在要求范圍內(nèi)；檢查車工或拉工工序夾具、工裝定位面，保證零件定位孔與端面的垂直度要求［3］。

3 齒面粗糙度（即齒面缺陷）誤差分析及解決措施

在滾齒加工中主要會出現(xiàn)以下幾種齒面缺陷。

3.1 撕裂

產(chǎn)生撕裂的主要原因：齒坯熱處理后內(nèi)部組織不均勻；切削速度和進給量選擇不當(dāng)產(chǎn)生積屑瘤；切削液潤滑和冷卻的效能不高；滾刀用鈍后沒有定期刃磨。解決措施：保證齒坯材料檢測合格，并且要求毛坯廠家正火處理后硬度和金相組織均合格；合理選用切削速度和進給量，避免積屑瘤的產(chǎn)生；應(yīng)選用潤滑和冷卻效能較高的切削液；應(yīng)執(zhí)行工藝要求，及時對滾刀進行刃磨。

3.2 啃齒

產(chǎn)生啃齒的主要原因：刀架斜齒輪嚙合間隙大；油壓不穩(wěn)定引起刀架進給時產(chǎn)生爬行現(xiàn)象；零件和滾刀的相對位置發(fā)生變化，使得滾刀在進給時突然變化。消除這一現(xiàn)象的一些方法：檢查刀架斜齒輪是否已磨損，并及時更換；對機床的油路進行徹底清潔；檢查立柱導(dǎo)軌是否太松并修復(fù)。

3.3 振紋

產(chǎn)生振紋主要原因：滾刀進給量選擇太大；滾刀或零件裝夾剛性不足；機床的一些傳動零件磨損，配合和傳動間隙大。消除振動源的一些方法：減小滾刀進給量；提高滾刀的裝夾剛性及夾緊零件時盡量選用大的支承端面和較長的孔；對于磨損的傳動零件應(yīng)及時進行更換。

3.4 魚磷

產(chǎn)生魚磷主要原因是齒坯熱處理不當(dāng)。對于采用調(diào)質(zhì)處理的鋼件應(yīng)注意控制調(diào)質(zhì)硬度，采用正火處理的合金鋼齒坯應(yīng)控制正火處理的溫度及時間，保證金相組織及硬度［4］。

4 結(jié)語

在滾齒加工中主要會出現(xiàn)以下幾種齒面缺陷。

上述對產(chǎn)生滾齒加工誤差的原因進行了分析，并總結(jié)出一些減小誤差的方法。大齒要針對具體情況把這些方法運用到生產(chǎn)實踐當(dāng)中，并在實踐中研究和總結(jié)新的更有效的方法，指導(dǎo)大齒的生產(chǎn)，從而加工出更高質(zhì)量的變速箱齒輪。

［1］孫為民，劉漢成，王華菁.影響齒輪運動精度要素的分析及測量［J］.機械工程師，2002（8）：68－69.

［2］范玉泉，李勃.影響軸齒輪滾齒加工精度原因分析［J］.山西科技，2010（5）：109，111.

［3］王玨.提高圓柱齒輪滾齒加工精度的方法［J］.金屬加工（冷加工），2012（3）：57－59.

［4］齊人光.滾齒加工常見的幾種齒面缺陷分析及消除方法［J］.機械研究與應(yīng)用，2001（2）：11.