船用齒輪齒部磨齒修形方法研究與實踐

摘要：船用齒輪產(chǎn)品通常采用整個齒廓與齒向修形，在生產(chǎn)過程中由磨削加工實現(xiàn)，本文針對齒輪加工實踐重點分析了在成型磨齒機(jī)上實現(xiàn)齒部修形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對加工方法、修形量調(diào)整方法以及計量報告分析方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：船用齒輪;磨齒;修形;計量

引言

目前，對于大功率高速或重載船用齒輪傳動，由于受到輪齒變形與制造安裝誤差等影響，因靜態(tài)齒面接觸情況的改變，造成齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動與偏載。一般對6級精度以上的圓柱齒輪傳動進(jìn)行修形設(shè)計，通過磨齒加工實現(xiàn)。

1 修形方式

齒輪修形方式分齒形修形和齒向修形兩類。船用齒輪類產(chǎn)品齒部加工根據(jù)零件相應(yīng)的M（齒部參數(shù)表）表和K形圖（修形參數(shù)表）來加工，在分析修形加工的技術(shù)要求前，需熟悉加工設(shè)備的加工原理和加工參數(shù)，分析零件的技術(shù)要求，得出齒向修形的修形值和齒形修形值。

如圖1所示為齒輪K形圖，圖中上半部為齒向修形技術(shù)要求，為全齒面錐度修形，在齒寬244mm長度上修形量為40um，為齒向錐度修形，齒向精度為DIN 5級;圖中下半部為齒廓修形技術(shù)要求，從圖中可得齒廓的漸開線有效展開長度為60.52mm，齒形精度為DIN 6級，評定范圍區(qū)間由直徑表示為dNfmax=281.38mm至dFamin=331.32mm，在接觸線上由漸開線展開長度表示為從32.94mm至93.46mm。通常與K形圖有對應(yīng)的齒廓修形18點坐標(biāo)參數(shù)表來精確描述齒形形狀公差帶。

2 修形參數(shù)輸入

根據(jù)零件的M表在設(shè)備操作界面輸入加工參數(shù)，在設(shè)備操作頁面的關(guān)鍵參數(shù)輸入中，DFf表示磨削的基礎(chǔ)直徑可在M表中得到，DNFmax 可從K表中得到;DNF SPFR 可從M表中得到，表示齒廓修形在該圓上開始，此圓表示最小有效圓直徑。

首先在齒輪加工操作界面上選取齒形修形后，選取左右齒面分開修形選項，再進(jìn)入修行參數(shù)操作頁面，通過分析K形圖對應(yīng)的18點坐標(biāo)參數(shù)的修形趨勢和修形量，確定各齒廓分段的齒形修形參數(shù)，而不采用直接在磨齒機(jī)中輸入修形坐標(biāo)參數(shù)方式，因為直接。然后選取雙齒面齒向修形，在錐度一欄中輸入基圓螺旋角修形值，可以是角度也可以為錐度值，這樣就完成了來自M表和K表的關(guān)鍵加工參數(shù)輸入。

3 加工方法

船用齒輪磨齒加工采用成形磨齒機(jī)，在成形法磨齒中，其砂輪要修整成與被磨砂輪的齒槽相吻合的漸開線齒形，這種方法的生產(chǎn)效率較高，但砂輪的修整較復(fù)雜，在磨齒過程中，砂輪的磨損不均勻，要產(chǎn)生一定的齒形誤差，經(jīng)濟(jì)的加工精度一般為5～6級。

實際磨削過程可分為三個階段：

初磨階段：砂輪開始接觸工件，由于磨削力較大，使機(jī)床、工件和夾具產(chǎn)生彈性變形，因此，在開始幾次進(jìn)給中，實際徑向磨削深度比名義徑向磨削深度小。隨著進(jìn)給次數(shù)的增加，變形抗力也逐漸增大，這時實際的徑向進(jìn)給量也逐漸增大。

穩(wěn)定階段：經(jīng)過初磨階段后，工藝系統(tǒng)彈性變形達(dá)到一定程度，再繼續(xù)進(jìn)給時，實際磨削深度基本上等于名義磨削深度。

光磨階段：在磨去主要的加工余量后，可以減少徑向進(jìn)給量或不再進(jìn)給繼續(xù)磨削一段時間。這時由于工藝系統(tǒng)的彈性變形已逐漸恢復(fù)，實際磨削深度大于名義磨削深度。隨著工件被一層層地磨除，實際磨削深度趨于零，磨削的火花也逐漸消失。這個過程主要是提高工件的表面質(zhì)量。

在齒輪件裝夾在工作臺上，校正基準(zhǔn)面軸向跳動0.01mm內(nèi)，徑向跳動0.01mm內(nèi)，以保證齒輪加工精度達(dá)到5～6級。為避免磨齒時擦傷齒根，應(yīng)用砂輪與工件對刀檢驗。由于齒部熱處理變形的不可控性及不確定性，為防止出現(xiàn)磨削臺階，在粗磨時應(yīng)通過磨一刀后殘留一點黑皮時觀察齒部變形以決定隨后的磨削方案是否需要借刀，保證左右齒面磨削量均勻，在公法線磨至尺寸時不出現(xiàn)磨削臺階。

4修形量調(diào)整及計量報告分析

當(dāng)工件在磨齒機(jī)上的一個加工循環(huán)結(jié)束后，可進(jìn)行齒形及齒向，齒距計量，通過分析這些計量報告可對齒形修形及齒向修形的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使其滿足設(shè)計修形要求。

4.1齒形檢查

齒形檢查時探頭再工件的橫截面線性移動，同時齒輪轉(zhuǎn)動，如果沒經(jīng)過修形的漸開線的圖應(yīng)是一條直垂線。當(dāng)同一直徑處的齒廓壓力角減小時，齒厚增加，在齒形計量圖上表現(xiàn)為頂正即齒廓的修形量為正，反之當(dāng)同一直徑處的齒廓壓力角增大時，齒厚增加，在齒形計量圖上表現(xiàn)為頂負(fù)即齒廓的修形量為負(fù)。根據(jù)此規(guī)律可人為地通過修改齒廓上某些點處的修形量使其齒形滿足齒形修形的設(shè)計要求。圖2為通過AUTOCAD二次開發(fā)根據(jù)K形圖的18點坐標(biāo)參數(shù)表自動生成的齒形圖，包含有齒形的公差區(qū)域，按磨齒機(jī)計量報告上標(biāo)出的顯示比例打印在玻璃紙上，直接覆蓋在磨齒機(jī)計量報告上進(jìn)行評估齒形修形是否合格，可直觀反映出修形的調(diào)整區(qū)域，評價修形是否合格。具體方法為水平對齊代表齒頂圓的直線，令圖2的中分線盡量對齊計量報告中的齒形平均跡線，找出齒形計量線共同的異常點，調(diào)整磨齒機(jī)中的修形參數(shù)表中對應(yīng)點處的修形量就能使加工后的齒形符合設(shè)計要求。

4.2齒向檢查

齒向修形是根據(jù)工件的裝夾方位和圖紙中標(biāo)出齒向修形的方向，確定齒向錐度修形值的正負(fù)，在設(shè)備齒向修形參數(shù)操作頁面中，當(dāng)輸入錐度正值時，在齒寬上修出上寬下窄的齒向，當(dāng)輸入錐度負(fù)值時在齒寬上修出上窄下寬的齒向。齒部在齒寬上修形是上寬下窄的形狀，按計量報告顯示比例可直接測算出每個齒面的螺旋線斜率偏差值。通過修改齒向修形參數(shù)表中的錐度值來調(diào)節(jié)螺旋線斜率偏差以符合齒向修形的設(shè)計要求。

5 結(jié)論

通過細(xì)致分析齒輪修形的設(shè)計要求，整理出利于磨齒機(jī)設(shè)備進(jìn)行理解和調(diào)整的實現(xiàn)手段，而不是教條式地輸入修形參數(shù)進(jìn)行加工和評估，在達(dá)到圖紙要求的基礎(chǔ)上顯著地提高了生產(chǎn)效率，大大降低對磨齒設(shè)備的控制難度，同時穩(wěn)定了產(chǎn)品加工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李澤軍（1977—），男，工程師，研究生，現(xiàn)任南京高精船用設(shè)備有限公司制造技術(shù)及過程控制處經(jīng)理，主要從事船用齒輪箱制造及質(zhì)量管理工作。

（作者單位：南京高精船用設(shè)備有限公司）