淺析提高圓柱齒輪滾齒加工精度的方法

李琳坤

摘要：近年來(lái)，隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，齒輪制造業(yè)的發(fā)展也非常迅速。齒輪產(chǎn)品是否具備過(guò)硬的質(zhì)量決定了其是否可以在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)占據(jù)優(yōu)勢(shì)。一般情況下，滾齒的精度很大程度影響著齒輪的精度。齒圈徑跳、基節(jié)偏差、公法線變動(dòng)量、齒形齒向誤差等是導(dǎo)致滾齒精度降低的因素，因此，必須嚴(yán)格控制誤差，才能保證滾齒的精度。本文主要研究如何提高圓柱齒輪滾齒加工精度。

關(guān)鍵詞：滾齒;加工;精度

1? 影響滾齒加工精度的因素分析

1.1 齒圈徑跳誤差? 齒圈徑跳又叫幾何偏心，是指“齒輪一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，測(cè)頭在齒槽內(nèi)或輪齒上，與齒高中部雙面接觸，測(cè)頭相對(duì)于輪齒軸線的最大變動(dòng)量?！焙?jiǎn)言之，齒圈徑跳就是輪齒齒圈出現(xiàn)軸中心線偏心的情況，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因，多發(fā)生在零件安裝時(shí)期，由于零件與工作臺(tái)出現(xiàn)回轉(zhuǎn)中心不重合或者存在較大偏差的情況，引發(fā)偏心。同樣的，滾齒芯軸頂尖孔或者齒輪機(jī)頂尖制造不良，由于定位面接觸不良，導(dǎo)致偏心的情況。

1.2 公法線長(zhǎng)度誤差? 滾齒使用展成法原理進(jìn)行齒輪加工，從刀具到齒坯之間的分齒傳動(dòng)鏈需要有著一定的傳動(dòng)比，保證齒輪運(yùn)動(dòng)的精確性。由于傳動(dòng)鏈通過(guò)一系列的元件組成，在制造或者裝配期間存在誤差，必然會(huì)影響到傳動(dòng)鏈的零件上，導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)偏差，齒輪的精度下降。公法線長(zhǎng)度主要用于表示齒輪牙齒分布的最大誤差，由于滾齒機(jī)工作臺(tái)蝸桿副出現(xiàn)不均勻回轉(zhuǎn)導(dǎo)致。除此之外，圓形導(dǎo)軌與分度渦輪不同軸或者圓形導(dǎo)軌磨損，分齒掛輪太緊或者太松，分齒掛輪齒面出現(xiàn)磕碰等，都會(huì)導(dǎo)致公法線誤差偏大。

1.3 齒形誤差? 在實(shí)際滾齒加工中，漸開(kāi)線齒形非常容易出現(xiàn)各種誤差，誤差的出現(xiàn)會(huì)影響齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性。一般情況下，進(jìn)行滾齒加工時(shí)，漸開(kāi)線齒形是通過(guò)齒坯和滾刀之間保持的分齒來(lái)確定。因此，齒形誤差的出現(xiàn)主要是受到滾刀齒形的影響，滾刀刃磨質(zhì)量不好從而引發(fā)齒形誤差。安裝滾刀時(shí)出現(xiàn)的軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)等，也會(huì)影響到齒形誤差，出現(xiàn)齒頂變尖或變肥。

1.4 齒向誤差? 齒向誤差主要分布在分度圓柱之上，全齒寬范圍之內(nèi)，兩條齒向線之間的端面距離。出現(xiàn)齒向誤差的原因有，刀架、機(jī)床的垂直進(jìn)給方向同零件軸線出現(xiàn)偏移導(dǎo)致;滾齒機(jī)尾座頂尖中心和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心存在偏差;計(jì)算差動(dòng)掛輪時(shí)，誤差偏大，導(dǎo)致傳動(dòng)鏈齒輪調(diào)整和制造有著較大誤差。此外，齒坯、滾齒夾具在制造、安裝等環(huán)節(jié)，也會(huì)由于精度不高，導(dǎo)致齒向誤差的出現(xiàn)。齒坯、機(jī)床、夾具等誤差也會(huì)引發(fā)齒向誤差。

1.5 齒面粗糙度? 一般而言，齒面粗糙度較差主要表現(xiàn)為啃齒、發(fā)紋、撕裂、魚(yú)鱗等。導(dǎo)致齒面粗糙度差的原因有：機(jī)床、刀具或者工件系統(tǒng)存在較大間隙，整體剛性差;切削參數(shù)存在問(wèn)題;工件和滾刀出現(xiàn)位置變化;零件本身材質(zhì)不均勻、滾刀刃磨不當(dāng)?shù)取?/p>

2? 提高滾齒加工精度的方法

通過(guò)上面的敘述，我們對(duì)影響滾齒精度的因素有了一定的了解，尤其是知道存在的各種誤差原因等，結(jié)合上面的問(wèn)題，筆者認(rèn)為，提升滾齒加工精度，可以從工藝系統(tǒng)精度、加工零件本身、加工刀具、加工機(jī)床、加工過(guò)程等方面加以控制，從而提升滾齒的加工精度，具體的途徑有：

2.1 提升齒坯加工質(zhì)量? 對(duì)于齒輪加工而言，齒坯的質(zhì)量直接影響著齒輪的精度，提升齒坯質(zhì)量是提升齒輪精度的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。齒輪內(nèi)孔和齒輪端面是齒輪加工的定位基準(zhǔn)，借助數(shù)控機(jī)床可以直接削出齒輪的端面和內(nèi)孔，端面的跳動(dòng)<=0.015mm，以往使用普通車床或者半自動(dòng)車床，加工出來(lái)的齒坯，端面跳動(dòng)>=0.05mm。提升定位基準(zhǔn)的精度，可以大幅度提升齒輪加工精度，尤其是齒向精度。

2.2 提升滾齒夾具的精度? 前面我們提到，如果滾齒夾具的精度不高，比如，制造精度和安裝精度差，引發(fā)齒向誤差和齒圈徑向跳動(dòng)。滾齒夾具的制造和安裝精度會(huì)影響到齒坯的精度。一般而言，滾齒夾具都是采取上下頂尖定位的方式，以此加固零件外圓。頂尖的質(zhì)量對(duì)于齒圈徑跳有著較大的影響。滾刀刀桿、螺母、刀墊等精度也需要提升，確保刀桿直徑精度有著6級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)，表面粗糙度值低于0.8μm以下，兩頂尖孔同軸度小于≤0.01mm，端面跳動(dòng)≤0.005mm，機(jī)床刀架主軸孔與刀桿錐部接觸面積保持在70%以上。螺母安裝到刀桿之后，螺母端面與刀桿軸線的垂直度≤0.01mm。除此之外，進(jìn)行夾具安裝精度的調(diào)整時(shí)，需要注意工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心與上尾座頂尖中心要處以同一位置，中心軸徑跳≤0.01mm。

2.3 提升刀具刃磨精度? 刀具刃磨精度也會(huì)影響到齒形精度。為了確保刀具有著良好的加工精度，選擇刀具時(shí)，需要選擇精度等級(jí)較高的，而且注意刃磨精度的提升，按照加工齒輪的精度選擇刀具精度。最為簡(jiǎn)單的辦法就是選擇國(guó)外生產(chǎn)的滾刀，可以保證刃磨精度。滾刀進(jìn)行刃磨涂層，可以加工1200件齒輪，刃磨10-13次，其帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量效益要高于它的價(jià)格。滾刀進(jìn)行刃磨之后，必須添加涂層，保證其使用壽命。使用國(guó)產(chǎn)的滾刀時(shí)，需要合理進(jìn)行刃磨涂層和竄刀量。如果滾刀齒輪出現(xiàn)磨損的情況，齒輪的齒形精度以及表面質(zhì)量會(huì)下降，還會(huì)導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)振動(dòng)。一般情況下，粗切時(shí)磨損量超過(guò)0.8-1mm或者精切時(shí)磨損量超過(guò)0.2-0.5mm，則需要重新磨刀。

2.4 提升機(jī)床的精度和調(diào)整精度? 在上面的誤差分析中，我們得到機(jī)床傳動(dòng)鏈存在傳動(dòng)誤差的情況，導(dǎo)致齒輪出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偏心，影響到分度蝸桿副。為了提升齒輪精度需要我們保證機(jī)床本身有著良好的精度。齒輪加工都是在機(jī)床上完成加工制作，只有保證機(jī)床的精度才能確保齒輪加工的精度。我們?cè)谏a(chǎn)作業(yè)中，一旦發(fā)現(xiàn)滾齒后出現(xiàn)公法線表動(dòng)超差的情況，就需要進(jìn)行檢查，檢查機(jī)床工作臺(tái)的嚙合情況，嚙合間隙>=0.03mm就需要進(jìn)行調(diào)整，需要將其控制到0.03mm以內(nèi)，不然就需要進(jìn)行蝸桿副的檢修。我們?cè)谶M(jìn)行滾切斜齒時(shí)，需要注意，計(jì)算差動(dòng)掛輪比必須準(zhǔn)確無(wú)誤，一般要精確到小數(shù)點(diǎn)的后六位。機(jī)床刀架滑板也會(huì)影響到滾齒的齒向誤差，比如，刀架滑板和回轉(zhuǎn)軸線之間的平行度。因此，提升刀架導(dǎo)軌精度也是提升滾齒精度的一種方法。

2.5 控制齒面的粗糙度值? 控制齒面的粗糙度也是提升滾齒加工精度的途徑之一。可以采取適當(dāng)?shù)念A(yù)備熱處理的方式，讓齒坯材料的內(nèi)部組織做到硬度一致、組織均勻，可以通過(guò)控制滾齒的切削參數(shù)，采取冷卻潤(rùn)滑的方式，也可以通過(guò)對(duì)滾刀采取定期刃磨的方式，降低齒面的粗糙度值。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，滾齒加工精度是提升滾齒質(zhì)量的重要方式。影響滾齒加工精度的因素有：齒圈徑跳誤差、公法線長(zhǎng)度誤差、齒形誤差、齒向誤差、齒面粗糙度。通過(guò)對(duì)存在的誤差進(jìn)行分析，可以從以下幾點(diǎn)提升滾齒加工精度：提升齒坯加工質(zhì)量、提升滾齒夾具的精度、提升刀具刃磨精度、提升機(jī)床的精度和調(diào)整精度、控制齒面的粗糙度值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王春陽(yáng).影響軸齒輪滾齒加工精度的原因分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（6）.

[2]沈亞風(fēng).基于切向滾齒加工斜齒輪修形齒面的設(shè)計(jì)與分析[J].世界有色金屬，2019（8）：232-233.

[3]呂盈.滾齒加工切削力分析及切削參數(shù)優(yōu)化[D].山東大學(xué)，2017.

[4]張榮闖，黎柏春，張景強(qiáng).圓柱齒輪滾齒切削力的預(yù)測(cè)[J]. 東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，40（7）：980-985.

[5]張朝彪，蔣惠波，宋超，等.提升行星齒輪磨齒加工精度[J]. 中國(guó)科技信息，2017（16）.

[6]張涵.關(guān)于數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及提高方法探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（8）：59.