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浅谈直齿圆柱齿轮的加工方法

2020-08-10尤腾达

农家科技 2020年7期

尤腾达

摘 要:齿轮加工具有工艺复杂、生产技术要求高、制造难度大等特点,而由于齿轮传动在军事、工业等多个领域中是重要的基础零件,所以需要不断提升齿轮加工制造技術的精密化,体齿轮加工的质量和精度,从而保证齿轮的传动性。基于此,本文主要针对直齿圆柱齿轮的加工方法进行探讨。

关键词:齿轮加工;齿轮传动;加工方法

一、齿轮简介

齿轮的用途较为广泛,如日常生活中常见的手表、电扇等,以及机床、飞机轮船等,是各种机械设备中的重要零件之一。齿轮的类型也比较多样,有圆柱直齿轮、圆柱斜齿轮、直齿伞齿轮、涡轮等,使用比较多且较简单的便是圆柱直齿轮,也可以称作标准圆柱齿轮。

齿轮齿形加工的方法有许多,以有无切削来划分,可以分为有切削加工和无切削加工两个类别。其中无切削加工具有生产效率高、耗材少、成本低的优点,但也存在一定的局限,主要表现为加工精度低、工艺不稳定、小批量生产不适用等,所以限制了它的使用。而齿轮齿形的切削工具具有精度高的优点,已广泛使用在齿形加工中,按照其加工的原理可以分为成形法和展成法两种。

成形法就是利用切削刃形状与被切齿轮槽的形状相同的刀具切出齿形的方法,所以也称作仿形法,其加工齿形的方法主要有用专用成形齿轮铣刀铣齿,或者用砂轮磨齿。由于成形法存在一定的分度误差,同时在安装刀具时也可能会存在误差,所以这一方法具有加工精度低的缺陷。还有就是在每次切削完一个齿槽后都需要重复进行退刀、分度及切入切出,一定程度上增加了加工时间,所以生产效率较低,但也有其优点,主要表现在不需要专门的齿轮加工机床,而且使用的齿轮铣刀结构比较简单且价格低,加工成本低,所以成形法比较适用于维修与单件、小批生产中加工9级以下的低精度齿轮。

展成法也称作范成法,就是使用齿轮刀具与齿坯相互啮合运动而切出齿形的加工方法。虽然存在不同齿数的齿轮,但只需要齿形角和模数相同,就可以用用一把齿轮刀具来加工。目前常用展成加工原理的齿形加工方法有磨齿、滚齿、插齿、剃齿等,其中剃齿和磨齿属于齿形精加工的方法。由于展成法具有加工精度高、生产效率高、刀具通用性好等优点,所以被广泛应用于生产中。

二、齿轮齿形常用的几种加工方法

(一)磨齿

磨齿是目前齿轮齿形加工中精度最高的一种加工方法,能够对末淬硬齿轮进行磨削,也可以对淬硬的齿轮磨削。磨齿加工精度在4~6级,齿面粗糙度为Ra0.8~0.2?m。其对于齿轮误差和热处理变形方面具有较强的修正能力,比较常使用硬齿面高精度齿轮及插齿到、剃齿到等刀具进行精加工。这一加工方法也有其缺点,主要是生产效率较低,加工成本较高,比较适用在单件小批量生产中。

根据齿面渐开线的形成原理,磨齿加工方法可以分成仿形法磨齿和展成法磨齿两类。仿形法磨齿主要是利用成形砂轮直接磨出渐开线齿形,展成法磨齿是利用砂轮工作面制成假想齿条的两侧面,然后通过与被加工件的啮合运动来包络出齿轮的渐开线齿面。常用的磨齿方法有锥面砂轮磨齿、双片蝶形砂轮磨齿。为了确保磨齿精度和磨齿效率,在加工过程中需要注意以下几点:合理选择砂轮,砂轮材料的硬度应当以软和中软较为适宜,粒度则需要结合使用的砂轮外形、表面粗糙度来决定,通常是在46~80#范围内。如果是使用蜗杆型砂轮,其粒度应当要细一些,这样展成的速度较快,且齿面粗糙度地。另外,砂轮必须要经过精确平衡,目的是保证磨齿的精度;采用合理地工艺措施,要严格按照工艺规程操作,需要反复进行齿轮定性处理和回火处理,将因残余应力和机械加工产生的内应力消除,同时要提高工艺基准的精度,避免孔和轴配合间隙对工件产生偏心影响;保持磨齿余量均匀,以此减少走刀次数,同时也要缩短展成长度,缩短磨齿时间,最好采用大气孔砂轮,增大磨削用来,从而提高磨齿效率。

(二)滚齿

滚齿是齿轮齿形加工中应用最广的一种加工方法,其具有生产效率高、通用性较好等优点,加工原理是在滚齿机上用齿轮滚刀进行齿轮加工,既可以加工圆柱齿轮,也可以加工涡轮,同时可以加工渐开线齿形,也可以加工大模数齿轮和大直径齿轮。滚齿的加工精度在8~9级,也可用于7级以上的齿轮粗加工及半精加工。滚齿还具有较高的运动精度,但是由于齿面是由滚刀的刀齿包络而成,切削的刀齿数有限,所以齿面表面粗糙度较粗。最好是将粗精滚齿分开,以此保证滚齿加工精度和齿面质量的提高。

(三)插齿

插齿过程就是插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相互啮合,实质上就是一个磨有前后角且具有切削刃的齿轮。插齿主要进行切削运动、分齿展成运动、径向进给运动、让刀运动等几种运动,与滚齿相比,插齿具有齿形精度高、后齿面粗糙度相对较细等优点,但也其比滚齿的齿向误差大,且运动精度和生产效率也比较滚齿差,只有是在加工小模数、多齿数且齿宽较窄的齿轮时,才会比滚齿的生产效率高。要想提高插齿的生产效率,首先是需要解决刀具让刀问题,然后要增加机床往复形成穿次数,应采用高速插齿,以此提高切削速度,减少插齿需要机动的时间,另外就是要对刀具参数进行改进,提高插齿刀的耐用度,使插齿刀的切削性能充分发挥,从而提高插齿生产效率。

(四)剃齿

剃齿的加工原理是根据以对螺旋角不等的螺旋齿轮相互啮合,也就是剃齿刀和被切齿轮的轴线空间交叉成一个角度,以此进行无侧隙双面啮合的自由展成运动。由于剃齿刀的两侧面都可切削加工,但是两侧切削角度不同,一侧呈锐角,其切削能力较强,另一侧呈钝角,其切削能力较弱,所以对剃齿的质量会产生角度的影响,为了确保两侧都能够获得同样的剃削条件,需要剃削过程中使剃齿刀做交替正反转运动。剃齿加工精度在6~7级,表面粗糙度为Ra0.8~0.4?m,常用于末淬火齿轮的精加工中,其加工生产效率较高,相比较于磨齿,可以提高生产效率在10倍以上,而且剃齿是自由啮合,机床没有展成运动传动链,所以机床结构较简单,调整机床比较容易。

三、结束语

总而言之,如果执行齿轮的技术标准越严格,则齿轮产品的质量就会越高,同时合理设计齿轮加工方法和齿轮制造水平,也能够保证齿轮的性能和质量。随着科技的不断进步以及工业的快速发展,齿轮制造能力和水平也不断提升,齿轮加工精度也会越来越高。

参考文献:

[1]吴晓强,王鹏,王利华,侍红岩.圆柱齿轮剐齿技术发展[J].工具技术,2017,51(01):3-8.

[2]刘志朋,周寅,孙波.直齿圆柱变位齿轮的测绘与加工方法研究[J].新技术新工艺,2016(11):85-87.