硬齒面齒輪加工技術(shù)研究及應(yīng)用

林闊++董福超

摘 要：硬齒面齒輪加工技術(shù)分析了加工大批量低成本硬齒面齒輪的常用加工方法，在加工精度和加工效率上取得了一些進(jìn)步，主要針對(duì)國(guó)內(nèi)外滾齒、插齒、剃齒等硬齒面齒輪加工技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了探討。本文主要對(duì)硬齒面齒輪加工技術(shù)進(jìn)行了研究及其技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析?？茖W(xué)技術(shù)在不斷進(jìn)步，硬齒面齒輪加工技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步地完善和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：硬齒面齒輪；精加工；硬齒面齒輪加工技術(shù)

硬齒面齒輪是指齒面硬度大于HRC40的齒輪，它承載能力大、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、相對(duì)使用成本低、傳動(dòng)質(zhì)量好；然而齒輪經(jīng)過淬硬處理，不可避免地產(chǎn)生變形，使齒輪精度普遍降低l-2級(jí)甚至更多，造成齒輪副傳動(dòng)時(shí)噪聲大、效率低，它是采用特種鋼材，應(yīng)用復(fù)合工藝使齒輪表面硬度達(dá)到HRC 45以上硬度的齒輪，通常采用齒輪表面滲氮或氮碳共滲（硬度約為HRC52）、中高頻感應(yīng)淬火或火焰淬火（硬度約為HRC55）和齒輪表面滲碳淬火（硬度HRC 58～62），加工工藝一般采用滾齒-剃齒-熱處理或珩齒工藝；滾齒-熱處理-磨齒工藝，國(guó)內(nèi)外制定了齒輪表面硬度、芯部硬度、有效硬化層深度等一系列檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)完善熱處理工藝，保證硬齒面齒輪質(zhì)量起到了重要的作用，使硬齒面齒輪技術(shù)得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

一、硬齒面齒輪加工現(xiàn)狀

硬齒面齒輪傳動(dòng)足現(xiàn)代裝備制造業(yè)中傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式。硬齒面齒輪的設(shè)計(jì)和制造水平直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能，在工業(yè)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，被公認(rèn)為工業(yè)化先進(jìn)程度的一種標(biāo)志。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，要求齒輪具有高精度、高速、高承載力、高齒面硬度、良好的齒面質(zhì)量、長(zhǎng)壽命等技術(shù)指標(biāo)。在工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)具有高齒面質(zhì)量、高傳動(dòng)性能齒輪數(shù)量的需求成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。硬齒面齒輪精加工技術(shù)關(guān)系到國(guó)家安全和尖端科技的發(fā)展，是國(guó)家的一項(xiàng)戰(zhàn)略需求，因此，硬齒面齒輪的精加工工藝成為齒輪加工技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向。硬齒面齒輪的精加工是以高效率、高質(zhì)量、低成本為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)材料高效去除的一種齒輪精加工技術(shù)。隨著硬質(zhì)合金材料、刀具涂層技術(shù)、超硬磨粒T具制備技術(shù)和齒輪精加工機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，淬硬齒輪加工技術(shù)和齒輪加工精度有了顯著的提高，高精度齒輪的加工成本大幅度降低。目前，針對(duì)淬火后硬齒面齒輪所采用的加工方法有硬齒面剃齒、硬齒面精滾（刮削）、硬齒面磨齒和硬齒面珩齒技術(shù)等。其中硬齒面剃齒、硬齒面精滾適用于齒面硬度為HRC 45～53的齒輪精加工，硬齒面磨齒、硬齒面珩齒適用于齒面硬度HRC≥45的齒輪精加工。

二、硬齒面齒輪加工技術(shù)

目前，硬齒面齒輪的加工技術(shù)有：切削類有硬質(zhì)合金滾刀滾齒，硬質(zhì)合金剃齒刀剃齒、硬質(zhì)合金插齒刀插齒等。

（一）滾齒加工

滾齒是一種高效的、應(yīng)用廣泛的齒廓加工方法，是依照交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合原理進(jìn)行加工的，過去主要用于軟齒面加工。目前，通過提高滾齒機(jī)剛性，采用高性能高速鋼、硬質(zhì)合金和先進(jìn)的刀具涂層技術(shù)，硬齒面滾齒工藝已廣泛用于模數(shù)為2～40、齒面硬度為HRC40—64的硬齒面圓柱齒輪的半精滾和精滾加工，可作為磨前預(yù)加工，可以去掉淬火變形量，縮短磨齒工時(shí)，降低磨齒加工成本，且無磨削燒傷或裂紋，還可硬化齒面，提高齒輪的疲勞強(qiáng)度。國(guó)外硬齒面滾齒精度可達(dá)6級(jí)，國(guó)內(nèi)可達(dá)7～8級(jí)，硬齒面滾齒表面粗糙度可達(dá)Ra0.63～1.25μm甚至更低。滾齒的缺點(diǎn)是不能切制內(nèi)齒輪及多聯(lián)齒輪。硬齒面滾齒齒形修正靠修正刀具來完成。齒向修形靠滾齒機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制工件或刀具兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)。

（二）剃齒加工

剃齒是一種齒輪精加工方法.可以加工直齒或斜齒輪，采用剃齒刀加工出的齒輪質(zhì)量較好。一般可達(dá)到5～7級(jí)精度.而且剃齒刀的耐用度和生產(chǎn)效率都比較高。普通剃齒法加工時(shí)接觸壓力大，一般只適用于軟齒面的精加工，不能用于硬齒面加工。近幾年推出了一種硬齒面剃齒法.是德國(guó)Hurth公司20世紀(jì)80年代初研究開發(fā)的齒輪精加工方法.是利用精密齒輪狀基體涂鍍金剛石的刀具與熱處理后的齒輪作高速嚙合運(yùn)動(dòng)。它不同于普通剃齒是.此時(shí)刀具與工件不是自由嚙合，而是高速同步運(yùn)動(dòng)。此技術(shù)是復(fù)雜基體精密涂鍍金剛石技術(shù)、數(shù)控高速同步技術(shù)、剃磨機(jī)床技術(shù)的綜合運(yùn)用。加工中所產(chǎn)生的齒形中凹問題靠刀具修形來解決。這種方法主要用于硬度為HRC50左右的中硬齒面精加工，剃齒刀材料選用高性能高速鋼進(jìn)行表面化學(xué)處理。

（三）插齒加工

插齒也是廣為采用的切齒方法.它用形狀為齒輪或齒條的插齒刀具。它與被加工齒輪按一定的速度作嚙合運(yùn)動(dòng)的同時(shí).刀具沿齒長(zhǎng)方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成切削加工，特別適合于加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。硬齒面齒輪的精插削是指采用硬質(zhì)合金插齒刀精加工熱處理后、硬度為HRC45～64的硬齒面齒輪。硬齒面插齒刀的研制，國(guó)外起步較早，現(xiàn)已進(jìn)入應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)開始于20世紀(jì)80年代中期。例如我國(guó)內(nèi)蒙古第一機(jī)械制造廠采用758刀片制造的壓配式插齒刀（采用平前刀面）加工硬度HRC60的齒輪達(dá)到8級(jí)精度：成都工具研究所采用AA級(jí)硬質(zhì)合金插齒刀加工HRC45-62的硬齒面齒輪，加工精度可達(dá)6～7級(jí)，Ra達(dá)0.4～0.8μm。硬齒面插齒加工具有下列優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于硬齒面的直齒外齒輪、內(nèi)齒輪、雙聯(lián)（三聯(lián)）或帶臺(tái)肩齒輪都能方便地進(jìn)行加工；工藝過程簡(jiǎn)單、操作方便、效率高、成本低。

三、結(jié)束語

隨著數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)，硬齒面齒輪的精加工設(shè)備在機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方面，原有的形成齒輪漸開線輪廓的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈?zhǔn)峭ㄟ^機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)控技術(shù)使得機(jī)床的每個(gè)運(yùn)動(dòng)都加入一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，通過數(shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)，向每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)送脈沖指令，每個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)得到指令后，通過電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，這樣就消除了原有的、形成齒輪漸開線輪廓的、內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的機(jī)械機(jī)構(gòu)誤差，使機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度得到提高。新的數(shù)控滾齒機(jī)、插齒機(jī)、剃齒機(jī)以及磨齒機(jī)將得到廣泛應(yīng)用。

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