剃齒加工中常見(jiàn)問(wèn)題與解決辦法

■ 陜西法士特齒輪公司 （寶雞 722409）

姜雄濤

剃齒加工是齒輪最終熱處理前的一種精加工方法，因其加工精度和生產(chǎn)效率高，機(jī)床調(diào)整方便，大多數(shù)齒輪產(chǎn)品齒部加工都采用滾齒—剃齒工藝。但剃齒加工過(guò)程由于受齒坯精度、機(jī)床夾具精度、刀具設(shè)計(jì)、剃刀修形情況及切削參數(shù)等綜合因素影響，會(huì)出現(xiàn)齒形齒向、齒面表面粗糙度、齒距誤差精度超差等問(wèn)題。

1. S齒形

（1）產(chǎn)生原因：如圖1 所示，剃齒加工過(guò)程中，剃刀與被剃齒輪的嚙合點(diǎn)是在不停變化的，各接觸區(qū)輪齒受力大小不同，被剃掉的余量也不同，這就造成了齒形不規(guī)則。一般情況，在偶數(shù)接觸區(qū)齒形誤差很小，在奇數(shù)接觸區(qū)齒形誤差增大，這樣就會(huì)形成齒形中凹。另外，剃刀設(shè)計(jì)和修形問(wèn)題造成剃齒嚙合狀態(tài)不好，會(huì)導(dǎo)致剃齒齒形出現(xiàn)中凹。機(jī)床精度及剃刀安裝精度也會(huì)造成影響，在此不考慮機(jī)床精度及剃刀安裝精度。

圖 1

（2）解決辦法：①在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循齒輪參數(shù)對(duì)剃齒嚙合狀態(tài)的影響規(guī)律，使偶數(shù)接點(diǎn)區(qū)盡量長(zhǎng)、奇數(shù)接點(diǎn)區(qū)盡可能短，奇數(shù)點(diǎn)接觸區(qū)長(zhǎng)不大于偶數(shù)點(diǎn)接觸區(qū)長(zhǎng)；應(yīng)避免出現(xiàn)剃刀外徑與齒厚不匹配、剃刀齒頂過(guò)高，導(dǎo)致碰齒根、剃刀修形曲線不適用等設(shè)計(jì)問(wèn)題。②利用齒形誤差反向修形剃刀來(lái)控制剃齒齒形的變異，修形點(diǎn)按齒形的變化部位確定，修形量可取剃齒變形量的2/3～1倍，對(duì)于變形嚴(yán)重的剃齒齒形可采用多段修形。

2. 齒面拉毛

（1）剃齒齒面拉毛主要有以下幾種表現(xiàn)形式：

圖 2

圖 3

齒頂留有徑向劃痕（見(jiàn)圖2）。產(chǎn)生原因：如圖3所示，在齒輪基圓上徑向速度為零，齒頂上的徑向速度分量最大。如果刀具設(shè)計(jì)軸交角太小、徑向分量太大、齒向方向的速度太小，就會(huì)在齒頂留有徑向劃痕；剃刀的轉(zhuǎn)速過(guò)高，在接近齒輪外圓處的切削速度近似垂直，剃削效果不好，也會(huì)在齒頂留有徑向劃痕。

齒向上剃刀槽深痕（見(jiàn)圖4）。產(chǎn)生原因：齒輪每轉(zhuǎn)剃刀相對(duì)齒輪在齒向上的移動(dòng)距離和剃刀小槽齒距相等（重合），剃齒的抬刀量和刀具抬高時(shí)的走刀速度不合理。

圖 4

剃齒表面粗糙，有劃痕（見(jiàn)圖5）。產(chǎn)生原因：剃刀容屑槽排列不合理；剃刀鈍化，切削性能下降；軸交角小，切削性能不好；剃刀刃磨時(shí)徑向跳動(dòng)大；剃刀帶磁粘切屑或小槽里夾切屑；剃刀的轉(zhuǎn)數(shù)過(guò)高。

圖 5

另外，工件材料硬度低、塑性高；剃前齒輪的模數(shù)、螺旋角較大；剃刀有崩刃、鈍口和毛刺或刀槽過(guò)淺；切削液的潤(rùn)滑性能不好等，這些都會(huì)加重上述3種現(xiàn)象。

（2）解決辦法：在設(shè)計(jì)和選用剃刀時(shí)，保證合理的剃刀螺旋角，使剃齒加工時(shí)軸交角在10°～15°，實(shí)踐證明，在剃削中等模數(shù)齒輪時(shí)，軸交角為12°時(shí)剃削效果最好，齒面質(zhì)量易保證。

選擇合理的切削用量。為了獲得較好的齒面質(zhì)量，在選用切削用量時(shí)，應(yīng)首先考慮采用較高的切削速度，合適的縱向走刀量即工作臺(tái)往返速度及較小的徑向進(jìn)給量。

切削速度的選擇。一般以110mm/min左右較為合適。實(shí)際中為了方便操作，一般以控制剃刀主軸轉(zhuǎn)速來(lái)保證切削速度。實(shí)踐證明，在剃削中等模數(shù)齒輪時(shí)，選擇剃刀主軸轉(zhuǎn)速在145～175r/min，既能保證被剃齒輪齒面質(zhì)量，又不會(huì)降低剃刀壽命。

剃刀縱向走刀量即工作臺(tái)往返速度的選擇。避免齒輪每轉(zhuǎn)剃刀相對(duì)齒輪在齒向上的移動(dòng)距離和剃刀小槽齒距相等。工作臺(tái)往返速度并不是越小齒面質(zhì)量就越好，相反工作臺(tái)往返速度過(guò)小，容易造成剃刀磨損加快，齒輪齒面出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，工作臺(tái)往返速度為100～150mm/min較為合理。

徑向進(jìn)給量的選擇。在既保證齒面質(zhì)量又保證合理剃刀壽命的前提下，每一往復(fù)行程剃刀的徑向進(jìn)給量約為0.02～0.04mm。

通過(guò)毛坯的調(diào)質(zhì)或正火處理，使材料硬度提高，改善工件的切削性能，減小剃刀切削刃與加工材料粘結(jié)，改善齒面質(zhì)量。

及時(shí)刃磨剃刀，保證切削刃鋒利，不得有裂紋、黑斑、燒傷、毛刺、銹斑、崩刃和鈍口，剃刀刀槽深度＜0.40mm時(shí)報(bào)廢。

選擇合理的切削液。應(yīng)使用具有充足潤(rùn)滑性和流動(dòng)性好的切削液，如耐高壓添加劑的礦物油、極壓乳化油等，不建議使用水溶性切削液。另外，應(yīng)保持切削液的潤(rùn)滑性能，以清潔和不變質(zhì)尤為重要。

3. 齒跟起臺(tái)

剃齒加工時(shí)，輪齒齒面根部和齒根應(yīng)該是光滑過(guò)渡的，但有時(shí)在齒面根部會(huì)出現(xiàn)一條沿齒寬方向分布的凸臺(tái)。這個(gè)凸臺(tái)對(duì)齒輪質(zhì)量影響很大，在齒輪傳動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)較大的噪聲、振動(dòng)，甚至造成齒輪副安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)困難，打齒，損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

產(chǎn)生原因：剃刀設(shè)計(jì)不合理；剃刀重磨時(shí)外圓和齒厚不匹配，刀具外圓頂?shù)焦ぜX根或未達(dá)到齒面有效長(zhǎng)度；剃前滾刀幾何參數(shù)不合理或滾刀凸角磨損，剃前余量過(guò)大或滾齒單邊齒根留臺(tái)。

解決辦法：①合理設(shè)計(jì)剃刀幾何參數(shù)：設(shè)計(jì)剃刀時(shí)盡可能不采用較大的負(fù)變位，盡量采用正變位，使刀齒根肥、頂尖，分度圓齒厚增加，嚙合角增大，避免剃齒時(shí)造成被加工齒輪齒根與剃刀齒頂發(fā)生干涉，使齒輪發(fā)生根切而產(chǎn)生根部起臺(tái)。②嚴(yán)格按剃刀重磨參數(shù)曲線刃磨剃刀，保證剃刀外圓和齒厚匹配，嚙合時(shí)使剃刀齒頂恰好介于齒輪根部沉切范圍內(nèi)。③嚴(yán)格控制剃前余量，及時(shí)刃磨剃前滾刀，防止?jié)L齒時(shí)移刀過(guò)偏，造成單邊齒根留臺(tái)，保證剃前滾刀齒頂凸角合適，剃刀能在輪齒根部沉切內(nèi)自由回轉(zhuǎn)。

4. 剃刀崩齒

產(chǎn)生原因：剃前齒輪齒面上有毛刺，剃削余量太大，切削速度或走刀速度過(guò)大都會(huì)導(dǎo)致剃刀崩齒。

解決辦法：①控制滾齒工件產(chǎn)生的毛刺，清理干凈方可剃齒。②嚴(yán)格控制剃前齒輪的切削余量，剃前的切削余量對(duì)剃齒精度及刀具磨損影響很大，余量應(yīng)盡可能小。③選定合適的切削速度和走刀速度。

5. 齒距誤差超差

剃齒加工特點(diǎn)決定其修正齒距誤差及公法線長(zhǎng)度變動(dòng)量誤差的能力較差，而且往往齒圈徑向跳動(dòng)誤差還會(huì)轉(zhuǎn)化為公法線長(zhǎng)度變動(dòng)誤差，齒距累積誤差會(huì)因?yàn)樾拚龔较驁A跳動(dòng)誤差而稍有提高。因此，必須嚴(yán)格控制滾齒的齒距誤差和齒圈徑向跳動(dòng)。另外，剃齒夾具的精度、機(jī)床的傳動(dòng)精度、兩頂尖的跳動(dòng)和同軸度對(duì)齒距誤差都有影響，在此不再贅述。

[1] 陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[2] 國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì).齒輪工工藝學(xué)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.