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變速器齒輪的剃齒加工

發(fā)布時(shí)間：

2014-12-23 10:13

我公司是生產(chǎn)重型變速器的專(zhuān)業(yè)廠家，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)中形成了客車(chē)用變速器采用磨齒工藝、貨車(chē)用變速器采用剃齒工藝的制造技術(shù)。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，公司提出了"客貨并舉、降本增效"的戰(zhàn)略方針，為此，工程技術(shù)人員對(duì)磨齒工藝進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，對(duì)滾剃工藝進(jìn)行了應(yīng)用推廣。再加上近年來(lái)公司熱處理?xiàng)l件的明顯改善，為滾剃工藝的實(shí)施創(chuàng)造了條件。

滾剃工藝方案

二軸一擋齒輪在變速器中主要在起步和爬坡時(shí)發(fā)揮其功能，其運(yùn)轉(zhuǎn)齒的齒形齒向精度對(duì)變速器的噪聲影響不是決定性的因素。根據(jù)這種情況，考慮對(duì)客車(chē)用變速器中的該零件進(jìn)行磨齒改剃齒的工藝改進(jìn)，能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

滾剃工藝方案為：鍛坯→等溫正火→粗、精車(chē)→插齒→滾齒→剃齒→滲碳降溫/直接淬火/回火、應(yīng)力噴丸→磨削孔及端面加工→嚙合噪聲檢驗(yàn)→清洗→終檢→入庫(kù)。

滾剃工藝中的剃齒加工

剃齒是精加工齒輪的一種方法。由于剃削生產(chǎn)率高、齒輪質(zhì)量好、剃齒刀具使用壽命長(zhǎng)以及所用機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，所以在成批生產(chǎn)的汽車(chē)、拖拉機(jī)和機(jī)床等齒輪加工中，剃齒工藝得到了廣泛應(yīng)用。

1.剃齒的加工方式

按剃削的進(jìn)給方向，剃齒加工方式有軸向剃齒、對(duì)角剃齒、切向剃齒、徑向進(jìn)給剃齒四種方式。根據(jù)我公司產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)批量和剃齒機(jī)的狀況，在產(chǎn)品加工中均采用軸向剃齒和徑向剃齒兩種方式。本文中，二軸一擋齒輪的剃齒加工采用軸向剃齒法進(jìn)行加工。

2.機(jī)床與工裝

（1）剃齒機(jī) 采用前西德ZSA320剃齒機(jī)，可加工直齒和斜齒圓柱齒輪，并能加工鼓形齒和小錐度齒輪，可進(jìn)行軸向、對(duì)角和切向三種剃齒，精度等級(jí)5級(jí)，表面粗糙度值Ra=0.63μm。

（2）剃齒刀 選擇盤(pán)形剃齒刀，精度A級(jí)，采用W6Mo5Cr4V2鋼自制的標(biāo)準(zhǔn)型剃齒刀經(jīng)修形加工后使用，基本參數(shù)為直徑244mm、寬度25mm、齒數(shù)46、螺旋角2.5°、軸交角10°。

（3）剃齒夾具 采用浮動(dòng)式夾具，該夾具以產(chǎn)品內(nèi)圓面為基準(zhǔn)，以減小工件的裝夾誤差。

（4）刀具與工件裝夾 剃齒刀裝夾后其軸向圓跳動(dòng)和徑向圓跳動(dòng)都≤0.01mm。在產(chǎn)品裝夾時(shí)要求機(jī)床前后頂尖的徑向圓跳動(dòng)≤0.005mm，兩頂尖中心連線（頂尖間距在150mm內(nèi)）對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)方向的偏移≤0.01mm，機(jī)床主軸的端面和徑向跳動(dòng)≤0.005mm，墊圈兩端面的平行度≤0.005mm。同時(shí)保證剃齒心軸與齒輪內(nèi)孔有良好的配合，有最小的配合間隙。

3.剃齒剃削參數(shù)控制

（1）齒輪要求的技術(shù)參數(shù) 剃齒要求控制的參數(shù)值通過(guò)分析熱前、熱后各參數(shù)的變化規(guī)律確定。該齒輪剃齒參數(shù)的控制值見(jiàn)附表。因剃齒為熱前工序，考慮熱前修正問(wèn)題，所以齒形、齒向根據(jù)冷熱變形情況具體確定，附表中齒形、齒向公差值僅供參考。

剃齒控制的參數(shù)表

變速器齒輪的剃齒加工

（2）切削速度 盤(pán)形剃齒刀工作時(shí)，齒高上各點(diǎn)的切削速度是變化的。一般所說(shuō)的切削速度是指嚙合節(jié)點(diǎn)處的滑動(dòng)速度。合金鋼材料的剃齒刀切削速度為105m/min，最后計(jì)算工件轉(zhuǎn)速nw為141r/min。

（3）進(jìn)給量 縱向進(jìn)給量與齒面粗糙度、刀具使用壽命及生產(chǎn)率有關(guān)，對(duì)于表面粗糙度要求細(xì)、材料硬度高的齒輪應(yīng)取較小值?？v向進(jìn)給量分為工件每轉(zhuǎn)縱向進(jìn)給量f（mm/r）和工作臺(tái)每分鐘縱向進(jìn)給量vf（mm/min），二者之間關(guān)系為：

vf = fnw

對(duì)二軸齒輪來(lái)說(shuō)，f值可取0.1～0.2mm/r。根據(jù)多次試剃結(jié)果，確定粗、精加工工作臺(tái)vf分別為35mm/min和20mm/min。

徑向進(jìn)給量與機(jī)床、夾具的剛度及剃齒時(shí)修正剃前誤差的能力有關(guān)。根據(jù)我公司長(zhǎng)期生產(chǎn)情況，按經(jīng)驗(yàn)留剃削余量0.09～0.12mm。根據(jù)相關(guān)資料，每單行程0.02～0.06mm。對(duì)中間軸齒輪最后確定的徑向進(jìn)給量，按0.10mm剃削余量分配每單行程分別為0.02mm、0.03mm、0.03mm和0.02mm。

（4）行程次數(shù) 行程次數(shù)分為切削行程次數(shù)和光整行程次數(shù)，切削行程次數(shù)根據(jù)剃齒余量和徑向進(jìn)給量而定。當(dāng)徑向進(jìn)給量較小時(shí)，過(guò)多的行程次數(shù)會(huì)使切削條件變壞，同時(shí)使刀具使用壽命降低。而光整行程次數(shù)同齒面粗糙度有關(guān)，光整行程次數(shù)增加，齒面粗糙度參數(shù)值降低。同時(shí)，切削及光整行程總次數(shù)均應(yīng)采用雙數(shù)。二軸一擋齒輪剃齒加工中，切削行程的單行程次數(shù)為四次，光整行程的單行程數(shù)次數(shù)為兩次。

（5）軸交角和切削液?剃齒刀與工件的軸交角是影響剃削性能的一項(xiàng)重要因素，它直接影響刀刃的切削性能、加工表面質(zhì)量、剃削工件齒形精度和刀具使用壽命。軸交角范圍一般為10°～20°，根據(jù)齒輪參數(shù)和剃齒刀參數(shù)可知本文所提齒輪的剃齒軸交角為10°。剃齒加工中應(yīng)使用充足的、潤(rùn)滑性和流動(dòng)性較好的切削液，以獲得良好的剃齒效果。

4.剃齒精度的保證

剃齒加工過(guò)程中，刀具與工件間沒(méi)有傳動(dòng)鏈，而是一種自由傳動(dòng)。剃齒對(duì)校正被剃齒輪的各項(xiàng)誤差能力是不相同的，有些誤差能夠校正，有些誤差基本上不能校正，或校正后又轉(zhuǎn)換為別的誤差形式出現(xiàn)。由于剃齒機(jī)理上的先天缺陷，剃齒后齒形一般要出現(xiàn)凹變，破壞正確的漸開(kāi)線齒廓，因而，常對(duì)剃齒刀齒形要進(jìn)行修正。根據(jù)剃齒工藝特點(diǎn)，合理確定剃前齒輪的精度十分重要。

（1）剃前齒坯要求 控制工件材料的質(zhì)量，如硬度要均勻，不應(yīng)有硬的雜質(zhì)與氣孔等局部缺陷，以防止剃齒刀過(guò)早磨鈍；要保持剃齒基準(zhǔn)面和剃前切齒加工的基準(zhǔn)面一致；剃前切齒齒面不應(yīng)有加工硬痕；剃齒刀齒頂和工件齒根不發(fā)生干涉；提高剃前加工精度，減小剃齒余量；保證剃前齒輪精度達(dá)到：第一公差組（主要是影響傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確的誤差項(xiàng)目Fw、Fr）不低于剃后要求，其他誤差項(xiàng)目可以比剃后精度低一級(jí)；視熱處理變形情況進(jìn)行預(yù)修整，可采用剃前切齒刀具齒形預(yù)修整或齒向（螺旋角）預(yù)修整。

（2）剃齒要求?結(jié)合剃前預(yù)修整，剃齒刀還可根據(jù)熱處理變形進(jìn)行部分預(yù)修整；為保持剃齒刀修正工件誤差的能力，剃齒時(shí)的重合度應(yīng)≤1.5mm；剃齒刀應(yīng)及時(shí)刃磨，保持刀刃鋒利。剃齒刀磨鈍時(shí)，工件齒面出現(xiàn)擠痕，齒形誤差增大，接觸精度下降，剃齒時(shí)噪聲增大；選用合理的切削用量。剃齒速度對(duì)工件齒形和齒距精度影響顯著，光整行程次數(shù)對(duì)加工齒面質(zhì)量有較大影響；根據(jù)工件材質(zhì)選用合適切削液并需過(guò)濾。

5.剃齒過(guò)程注意事項(xiàng)

在剃齒加工中，必須注意以下幾點(diǎn)：

1）不合理的切削用量將導(dǎo)致控制參數(shù)不穩(wěn)定，產(chǎn)生在齒輪上的剃齒應(yīng)力變化異常，最終使齒輪熱變形無(wú)規(guī)律。

2）機(jī)床調(diào)整后必須先進(jìn)行試剃齒輪，經(jīng)檢驗(yàn)合格后，才進(jìn)行批量生產(chǎn)。

3）在剃齒過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)齒面失去了剃刀花紋，出現(xiàn)了擠壓痕跡，齒面無(wú)光澤，齒形端面出現(xiàn)較大飛邊，有啃刀現(xiàn)象，齒形誤差增大，剃齒過(guò)程發(fā)生異常聲音等情況時(shí)必須及時(shí)換刀。

剃齒刀的修形

1.剃齒刀刃磨依據(jù)

對(duì)齒輪滾剃或滾剃修磨工藝來(lái)說(shuō)，剃齒刀的刃磨修形極為重要。由于產(chǎn)品不同、要求不同，其齒形修正程度也就有所不同。剃齒刀齒形修磨的主要依據(jù)有三點(diǎn)：

1）由齒輪嚙合的原理可知，剃齒刀與被加工齒輪嚙合時(shí)，由于瞬時(shí)傳動(dòng)比的變化，引起了瞬時(shí)切削力的差異，從而使被加工齒輪在節(jié)圓附近產(chǎn)生0.01～0.02mm不等的中凹現(xiàn)象，偏離理論漸開(kāi)線，因而剃齒刀必須在其相應(yīng)區(qū)域?qū)X形修凹0.01～0.02mm，以補(bǔ)償齒輪齒形中凹量。

2）實(shí)際上對(duì)具有理論漸開(kāi)線的齒輪在載荷下嚙合傳動(dòng)時(shí)，也不能保證傳動(dòng)中平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和不發(fā)生噪聲，所以必須要有合理的齒形以減少載荷嚙合下的干涉。

3）由于在熱處理過(guò)程中齒輪都會(huì)產(chǎn)生齒形、齒向的變形，必須對(duì)熱前剃齒刀修形提出要求。當(dāng)然，要準(zhǔn)確地確定剃齒刀齒形十分困難，因?yàn)樗粌H關(guān)系到齒輪的最終齒形和齒向，而且還將直接關(guān)系到剃齒質(zhì)量的好壞，所以往往需要經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試剃齒輪后才能獲得最佳的剃齒刀修形曲線。

2.剃齒刀齒形修形的基本方法

1）首先用符合設(shè)計(jì)精度要求的標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線剃齒刀先對(duì)被加工齒輪進(jìn)行試剃，剃削過(guò)程必須正確，調(diào)整機(jī)床和裝夾等各項(xiàng)操作因素必須嚴(yán)格執(zhí)行切削規(guī)范，并將剃好的齒輪在漸開(kāi)線檢查儀上測(cè)繪出齒廓的齒形曲線。

2）根據(jù)被剃齒輪所測(cè)得的齒廓形狀和曲線中凹量，算出齒輪凹量ρf 的樣板角度值、剃齒刀ρf 附加傾斜角的角度值，選定剃齒刀修正對(duì)應(yīng)點(diǎn)的角度樣板及改變磨削安裝角的角度值。

3）經(jīng)上述方法修磨齒形后的剃齒刀剃出的齒輪基本上能滿足齒廓形狀的要求，但還需根據(jù)實(shí)際情況多次摸清產(chǎn)品熱處理后的變形情況，再次對(duì)剃齒刀進(jìn)行相應(yīng)的修磨，然后用經(jīng)再次修形后的剃齒刀加工齒輪，直到剃出合格的接觸斑痕和漸開(kāi)線形狀為止。

在剃削齒輪時(shí)，開(kāi)始采用標(biāo)準(zhǔn)齒形的剃齒刀剃削出來(lái)的產(chǎn)品壓力角偏小，齒形修正0.015～0.018mm，根據(jù)這一齒形我們對(duì)剃齒刀齒形修正－0.015mm，再次對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試剃，最終使產(chǎn)品的齒形符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，經(jīng)總成裝配前的配對(duì)噪聲檢測(cè)，90%以上產(chǎn)品合格。

剃齒熱前后數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

在二軸一擋齒輪滾剃工藝改進(jìn)的剃齒控制中，進(jìn)行了公法線數(shù)據(jù)的測(cè)量，一共測(cè)量了12件齒輪的熱前后公法線長(zhǎng)度值。結(jié)果表明，齒輪剃齒加工后的公法線值，在現(xiàn)有熱處理?xiàng)l件下其熱前后值有上漲的趨勢(shì)，其絕對(duì)變形量基本上集中在0.02mm，符合齒輪公法線長(zhǎng)度公差0.06mm的要求；且熱后公法線值滿足成品尺寸及公司的相關(guān)質(zhì)量偏離的技術(shù)要求（成品公法線值W8=110.82～110.759，F(xiàn)w≤0.045mm）。這也說(shuō)明了齒輪公法線值的控制重點(diǎn)在剃齒工序。為了較準(zhǔn)確地表明剃齒的效果好壞，在加工中還測(cè)量了齒輪的熱前后齒形齒向?qū)Ρ惹€。

結(jié)果顯示，剃齒后的齒形齒向曲線熱前后走向一致，變化較小，變化相對(duì)穩(wěn)定，說(shuō)明保證齒輪熱后的齒形齒向要求，剃齒控制是關(guān)鍵。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)二軸一擋齒輪的滾剃工藝實(shí)例分析，證明了滾剃工藝具有可行性，并且剃齒控制是關(guān)鍵。只有將兩者緊密地結(jié)合起來(lái)，滾剃工藝推廣才能得以實(shí)施，"滾剃磨"工藝改為"滾剃"工藝可以大大降低產(chǎn)品的磨齒加工時(shí)間，縮短產(chǎn)品的制造周期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。