淺析齒輪加工精度的影響因素和優(yōu)化手段

孫景屹

摘要：隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，機(jī)械制造企業(yè)迅速發(fā)展，齒輪的應(yīng)用率也越來(lái)越高，同時(shí)人們對(duì)齒輪精度的要求也越來(lái)越高。本文將根據(jù)齒輪加工精度的影響因素，提出了幾種提高齒輪加工精度的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：齒輪；加工；精度；控制

中圖分類號(hào)TH11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2016）06-0222-02

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，當(dāng)前我國(guó)齒輪加工技術(shù)水平已經(jīng)有所提高，利用滾齒機(jī)、剃齒機(jī)等先進(jìn)設(shè)備提高齒輪加工的精度。對(duì)于滾齒加工來(lái)說(shuō)，它的操作原理就像是一對(duì)嚙合的螺旋齒輪在相互傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)。齒輪加工的整個(gè)過(guò)程中，滾刀具有重要作用，在加工過(guò)程中滾刀和工件之間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，保證漸開線齒輪呈現(xiàn)嚙合運(yùn)動(dòng)關(guān)系，提高齒輪加工的效率。近些年來(lái)，隨著科技水平的進(jìn)步，人們對(duì)齒輪精確度的要求也在不斷提高，相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)了齒輪加工的研究力度，不斷深入探討提高齒輪精度的方法，現(xiàn)將滾齒加工精度劃定為7到10級(jí)，逐步提高齒輪加工效率，生產(chǎn)高效率、高精度的齒輪。另外，相關(guān)研究人員還對(duì)蝸輪大批量加工進(jìn)行了研究，通過(guò)一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)，收集和整理數(shù)據(jù)，將其齒輪加工出現(xiàn)誤差的原因歸結(jié)為：在齒輪加工的過(guò)程中，出現(xiàn)幾何偏心以及運(yùn)動(dòng)偏心的現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)齒輪加工作業(yè)出現(xiàn)誤差，并進(jìn)行誤差累積，最后會(huì)影響齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性，繼而導(dǎo)致齒輪精度較低。本文以齒輪加工為研究對(duì)象，分析總結(jié)了影響齒輪加工精度的因素，并提出了提高齒輪加工精度的優(yōu)化建議，希望進(jìn)一步提高齒輪加工效率和精度。

1.影響齒輪加工精度的因素

在齒輪的加工過(guò)程中，熱處理程序、毛培成型工藝等處理程序都會(huì)影響到齒輪加工精度。另外，齒輪加工精度的影響因素不只是以上所說(shuō)的，還有以下因素。

1）生產(chǎn)原理。在齒輪加工的過(guò)程中，近似刀刃輪廓和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系都會(huì)影響齒輪加工，如果出現(xiàn)一些誤差，在生產(chǎn)過(guò)程中加工螺紋、復(fù)雜曲面以及齒輪的環(huán)節(jié)很容易影響成品齒輪的精度。

2）機(jī)械的調(diào)動(dòng)。在齒輪的加工過(guò)程中，調(diào)動(dòng)機(jī)床是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，一旦機(jī)床調(diào)整的不正確，就會(huì)產(chǎn)生誤差，最終降低齒輪精度。當(dāng)然，不僅在機(jī)床調(diào)整的階段容易出現(xiàn)誤差，如果機(jī)床制造不合標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)影響齒輪的精度。具體體現(xiàn)在機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)和傳動(dòng)鏈3個(gè)方面。

3）夾具問(wèn)題。定位、刀具導(dǎo)向元件以及分度結(jié)構(gòu)，都會(huì)影響齒輪精度。在夾具工作的過(guò)程在中出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，都會(huì)影響齒輪精度。另外，在夾具裝置工作后，元件之間容易出現(xiàn)尺寸問(wèn)題，同樣會(huì)降低齒輪精度。

4）刀具問(wèn)題。在齒輪加工的過(guò)程中，需要用到很多種刀具，每種刀具在加工時(shí)出現(xiàn)的誤差都是不同的。一是鉸刀、鉆頭、圓拉刀這類刀具在加工過(guò)程中出現(xiàn)的誤差會(huì)影響到齒輪尺寸的精確度；二是砂輪、成型車刀和銑刀等這類刀具的形狀會(huì)影響齒輪形狀方面的精確度；三是花鍵滾刀和齒輪等這類刀具的形狀會(huì)影響齒輪表面形狀的精確度。

5）力的問(wèn)題。一是受到外力造成齒輪變形，在夾緊刀、離心力和重力等外力的影響下，會(huì)使齒輪發(fā)生形變，降低加工精確度，因此導(dǎo)致整個(gè)加工工藝系統(tǒng)的中間部件互相作用發(fā)生改變，容易出現(xiàn)誤差問(wèn)題，影響齒輪的穩(wěn)定加工進(jìn)程，機(jī)床和加工器件容易出現(xiàn)變形，使得齒輪的整體形狀發(fā)生改變；二是在整個(gè)工作過(guò)程中，加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些摩擦，摩擦?xí)a(chǎn)生一定的熱量，如果熱量過(guò)高將會(huì)影響整個(gè)加工過(guò)程，從而降低齒輪的精確度；三是由于力的影響，使得一些部件在工作中出現(xiàn)誤差，如毛坯制作的時(shí)候或者進(jìn)行熱處理的時(shí)候，因?yàn)闅埩粢恍?yīng)力，出現(xiàn)誤差。

6）環(huán)境問(wèn)題。齒輪加工的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很大金屬碎片，這些碎片如果進(jìn)入零件的縫隙中，或者其他重要的位置中，就會(huì)直接降低零件加工的準(zhǔn)確度。這種問(wèn)題容易被發(fā)現(xiàn)但是不容易解決，因?yàn)檫@關(guān)系到操作人員技術(shù)水平的問(wèn)題。

2.提高齒輪加工精度的措施

1）提升齒坯的加工質(zhì)量。齒輪加工過(guò)程中，齒坯的質(zhì)量對(duì)后續(xù)工序具有重要作用，直接影響齒輪加工定位和安裝的準(zhǔn)確度。如果齒輪在進(jìn)行滾齒的時(shí)候，齒坯安裝縫隙過(guò)大，就會(huì)使齒坯加工出現(xiàn)偏心現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)偏心情況，就會(huì)使齒圈徑向跳動(dòng)出現(xiàn)較大偏差，直接導(dǎo)致齒輪后續(xù)加工質(zhì)量不高，使得成品齒輪精度受到極大的影響。同時(shí)，齒圈齒坯在進(jìn)行斷面圓跳動(dòng)的時(shí)候，如果出現(xiàn)誤差將會(huì)影響剃齒加工的質(zhì)量。這是因?yàn)樘挲X加工的故從中定位面是齒輪的端面，在齒輪齒坯達(dá)到最大的圓跳動(dòng)位置時(shí)進(jìn)行錐齒加工。斜齒加工的位置則是在距離齒輪齒坯圓跳動(dòng)的最大圓周面的任意90。內(nèi)。在進(jìn)行錐齒加工和剃齒加工的過(guò)程中，齒輪的每個(gè)齒都是由錐齒與斜齒合力加工而成的，這種合成加工會(huì)對(duì)齒輪精度產(chǎn)生一定影響。因此，在齒輪加工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制齒坯件的質(zhì)量，可以通過(guò)以下兩種方法提高齒坯件質(zhì)量。一是加工孔類齒輪的時(shí)候，齒輪孔應(yīng)當(dāng)控制在H6級(jí)，并且齒輪齒坯的外圓直徑不超過(guò)80的端面調(diào)動(dòng)應(yīng)當(dāng)控制在0.017。齒輪齒坯的外圓直徑如果超過(guò)80的端面跳動(dòng)，就應(yīng)該控制在0.0221的范圍內(nèi)。齒輪齒坯的外圓直徑如果大于125的端面跳動(dòng)，就應(yīng)該控制在0.0251的范圍內(nèi)；二是在加工軸累齒輪的時(shí)候，將定位外圓的尺寸精度控制為H5級(jí)，定位外圓的跳動(dòng)盡量控制在0.015以內(nèi)。

2）提高齒輪加工過(guò)程中的滾齒精度。滾齒加工的方法主要是用于對(duì)齒輪精度要求并比較低的齒輪加工中，想要提高齒輪的加工質(zhì)量和精度，需要選擇標(biāo)準(zhǔn)形式的齒輪滾刀。在加工汽車中使用的齒輪的時(shí)候，加工工藝上就應(yīng)當(dāng)選擇滾梯加工工藝。在進(jìn)行滾齒加工的過(guò)程中，我們需要應(yīng)用的是剃前的齒輪的滾刀，這樣能夠?qū)X輪精度最少提高兩級(jí)。在提高精度的同時(shí)，我們還需要對(duì)三個(gè)變量參數(shù)進(jìn)行有效控制，一是周節(jié)積累誤差；二是公法線長(zhǎng)度變動(dòng)分量；三是齒圈徑向跳動(dòng)的誤差。

3）把握齒輪加工過(guò)程中剃齒的精度。剃齒是進(jìn)行齒形精加工的有效方法，它的作用是有利于休整齒形和齒向形狀以及位置。在實(shí)際操作過(guò)程中，剃齒余量的大小，不僅會(huì)影響到齒輪加工效率，還會(huì)對(duì)齒輪加工質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。如果剃齒余量過(guò)小，就會(huì)出現(xiàn)剃不起來(lái)的情況，這是因?yàn)椴荒芡耆昵罢`差和齒面缺陷。如果剃齒余量過(guò)大，就會(huì)降低加工效率，還會(huì)降低齒形加工質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，中等模數(shù)的齒輪在加工時(shí)如果選擇單邊剃齒，剃齒余量應(yīng)當(dāng)在0.03mm～0.04mm之間。

4）控制齒輪加工過(guò)程中的控制熱處理程序。齒輪加工中會(huì)涉及熱處理工序，在齒輪滲碳加工升溫的過(guò)程中溫度均衡與否、冷卻介質(zhì)溫度值、碳層均勻程度都會(huì)影響齒輪的精度。為了提高齒輪加工的精度，需要規(guī)范火工藝，將溫度調(diào)控在650℃～700℃之間。另外，還需要及時(shí)調(diào)整在粗加工后面以及精加工的前面的部件。

齒輪加工的過(guò)程具體系統(tǒng)性特征，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工。每一道工序都需要嚴(yán)格按照?qǐng)D紙上的要求進(jìn)行，合理安排每一道工序，把握生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，才能全面提高齒輪加工的精確度。當(dāng)然，在齒輪加工的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意引進(jìn)先進(jìn)制造工藝對(duì)齒輪精確度的影響，及時(shí)找到有效的解決辦法提高齒輪精度。