圓柱齒輪加工影響因素和大型圓柱齒輪加工

朝陽重型機器有限公司 （遼寧 122000） 祝亞峰 張立華 李井軍

由于齒輪傳動具有效率高、結構緊湊、工作可靠，使用壽命長、傳動比恒定等諸多優點，使其在機械傳動中得以廣泛應用。 而圓柱齒輪具有對中心距敏感性小、裝配和維修方便、易于進行精加工等特點，使其成為應用最多的齒輪品種。

1.圓柱齒輪加工方案制定時所需考慮的因素

齒輪的加工要從圖樣要求、材料及熱處理方式選擇、毛坯形式的選擇、加工方法的確定、機床夾具的調整、齒坯的安裝夾緊、加工刀具的選用、切削用量選用、切削液的選用等方面來考慮。

（1）齒輪加工材料和熱處理方式的選擇 鑄鐵、優質結構鋼、合金結構鋼、有色金屬、非金屬材料都可做為齒輪的加工材料；正火、退火、淬火、調質、滲碳、滲氮等都廣泛應用于齒輪加工的熱處理工藝，選用時要根據使用條件、經濟性、加工工藝性等方面來確定。一般軟齒面齒輪采用中碳鋼（或中碳合金鋼）進行調質處理，中硬齒面齒輪采用中碳合金鋼進行齒部感應淬火處理，硬齒面齒輪采用滲碳鋼滲碳淬火或滲氮鋼滲氮處理。

（2）齒輪加工的毛坯形式選擇 齒輪毛坯的種類有鑄造件、鍛件、軋制棒料、焊接結構件及剖分式鑄件。大型齒輪一般采用剖分式鑄件形式。

（3）齒輪加工的方法 齒輪加工可采用仿形法和展成法進行加工。仿形法采用成形刀具進行加工，可用模數銑刀單齒銑削和用齒輪拉刀拉削；展成法包括滾齒、插齒、剃齒、珩齒、磨齒等方式，分別利用專用機床進行加工。其中滾齒加工適用于4～10級精度齒輪的加工；插齒加工適用于6～9級精度齒輪的加工，在加工多聯齒輪時具有獨特的優勢；剃齒加工主要用于淬火前的精加工，精度可達5～7級；珩齒多用于高頻淬火后齒形的精加工，可達到6～7級；磨齒多用于齒形淬硬后的精密加工，精度達3～7級。其中，滾齒和插齒加工效率高、通用性高，可適合多數齒輪加工的要求。本文以滾齒加工為例。

（4）機床的精度檢測和夾具安裝 針對所要加工齒輪的精度等級選定相適應的加工機床，在夾具和齒坯安裝之前對機床進行精度檢測。以滾齒機為例，包括工作臺軸線的徑向跳動、工作臺端面跳動、刀架垂直移動對工作臺軸線平行度、刀架主軸的徑向跳動和軸向竄動等。檢測后與所加工齒輪對機床各項精度要求進行比對，精度不足時對相應項目進行調整；安裝夾具時，同樣按照齒輪精度要求對夾具的安裝進行檢測和調整，必要時可利用立柱進給，對夾具定位面進行加工，使之與齒輪加工要求相適應。

（5）齒坯的安裝與夾緊 齒坯裝夾在工作臺上常用的夾具有心軸、成組胎座和整體式胎座。齒坯安裝前必須將基準面和夾具定位面擦拭干凈，使齒坯基準面向下與夾具定位面貼合緊密，以避免夾緊變形。齒坯安裝后，檢查其基準端面和外徑的跳動公差，如公差不滿足加工標準要求，調整使其滿足加工標準要求后，對齒坯進行均勻夾緊。

（6）加工刀具的選用 以滾齒加工為例，根據齒輪材質和熱處理狀態、模數、壓力角、工作平穩性精度等級和工藝要求選定滾刀。滾刀與刀架安裝之前須檢查刀架上刀桿與滾刀的配合情況，以用手能把滾刀推裝入刀桿為準；如果配合間隙過大，會引起滾刀的徑向跳動而影響加工質量，安裝時不準錘擊滾刀以免刀桿彎曲。刀具安裝調整后應滿足相應的徑向跳動和軸向竄動要求。

（7）切削用量的選用 對于滾齒加工來說，切削速度v與進給量f的選用，應以保證工件質量、提高加工效率、延長滾刀壽命為前提，根據機床、刀具系統的剛度，工件的材料和熱處理狀態，模數、齒數及精度要求進行綜合考慮。粗加工時，采用較小的切削速度和較大的進給量，對于精度高、材質硬的齒輪，采用高的切削速度，低的進給量。在切削深度的選擇方面，當模數小于3mm時，可一次切至全齒深；當模數在3～8mm時，分兩次切削，粗切時留精切余量0.5～1mm；模數大于8mm時，分三次切削，第一次切去深度為模數的1.5倍左右，第二次留精切余量0.5～1mm。

（8）切削液的使用 切削液在機加工過程中主要起冷卻、潤滑、清洗、防銹等作用。切削鑄鐵和銅制齒輪時，一般不使用切削液；切削鋼（合金鋼）制齒輪時，采用潤滑性較好的機械油；對于難加工材料，應選用含極壓添加劑的切削液。粗加工時由于產生的熱量多，應選用冷卻作用強的切削液，精加工時應選用潤滑和防銹作用好的切削液。切削液必須保證噴流連續不間斷以均勻冷卻刀具；切削液流量應盡可能大，以充分冷卻刀具；切削液必須噴在刀具、工件加工部位和切屑之間的區域。

2.大型圓柱齒輪的加工

附圖所示為φ5X35M回轉窯用大齒輪的示意圖。其分度圓直徑為7488mm，齒寬600mm，毛坯為以通過直徑的鉛垂面作剖分面的兩半鑄造齒輪的組合結構。

大齒輪示意圖

（1）大齒輪的技術要求 齒輪模數m=32，齒數z=234，材質：ZG35CrMo，熱處理要求：225～255HBW，齒輪剖分面組合后，用0.04mm塞尺沿結合面四周檢查，要求每一周邊有4/5以上不能塞入；能塞入塞尺的區域，其塞入深度不超過60mm。

（2）技術難點 從結構尺寸和精度要求方面分析，大齒輪加工存在以下幾處難點。由于大齒輪是由兩半鑄造齒輪組合而成的結構，結合縫處的結合要求緊密；大齒輪要求進行調質處理。由于淬透層厚度受到材料淬透性的影響，決定了齒輪在調質之前需要進行粗切齒加工，同時因為存在熱處理變形，加工余量應準確、可靠；由于齒輪大型化，加工精度不易保證，需對機床、定位胎座進行必要的調整，使其精度能夠保證加工要求；由于直徑較大并且為組合結構，毛坯剛性差，精加工時需安裝輔助支撐。

（3）大齒輪加工工藝 粗加工結合面：校正毛坯均勻性情況，劃結合面加工線，留出加工余量5mm，在刨床上進行結合面的粗加工，其表面粗糙度值Ra≤3.2μm。

粗車齒坯：將粗加工后的兩半齒坯利用加工的結合孔組合成整體齒坯，組裝時注意結合面間相互研合以保證結合緊密。劃出齒坯在齒寬方向的對稱中心線，劃出其他各端面和外圓加工線，利用立式車床對齒坯進行粗車加工。齒坯外圓和端面均單邊留余量15mm（加工余量確定時應考慮材料淬透性能），將一端作為基準端面并做標記。

粗切齒：將粗車后齒坯置于粗加工機床上，以基面定位，按端面和外圓打表找正后，夾緊，進行粗切齒。粗切齒可采用精度較低的老舊滾齒機，也可采用專用的齒輪粗切機床，可大幅度提高切削效率。粗切齒時沿齒厚單邊留12mm余量。

調質處理：粗切后，將兩半齒坯拆分開來，進行調質處理。

結合面的精加工：調質后，檢查齒坯的變形情況，劃出結合面處的加工線。按線找正，在刨床上精刨結合面達圖樣要求。并加工出結合面結合用螺栓聯接孔和精制定位螺栓孔，將兩半齒圈相互研合，確保結合縫處達到圖樣要求，用精制螺栓定位并用結合螺栓將兩半齒坯組合成一體。

精車齒坯：在齒坯結合面兩側適當位置沿剖分直徑方向焊裝輔助支撐，按組合為整體的齒坯的均勻情況找正，精車齒坯端面、外圓。將一側端面作為基面并車出0.5 mm深的基面刻線。精車時控制齒坯外圓和端面的尺寸公差使其值不大于圖樣標注的1/3。齒坯基面的徑向跳動不大于0.15mm，軸向跳動不大于0.2mm。基準面表面粗糙度值不大于3.2μm。

精滾齒：對機床、夾具進行檢查和調整，使其滿足齒輪的精加工要求。齒坯安裝時,保證基準端面與胎座表面干凈并緊密封貼合，并均勻夾緊。安裝后，按基準端面和外圓進行打表找正，其誤差值不得大于0.2mm和0.15mm。滾刀安裝后，要檢測滾刀的徑向跳動、軸向竄動，調整并確認其符合加工要求。加工對刀時，以齒坯結合面為基準，使結合面位于刀齒中心。采用N46全損耗系統用油作為切削液。精滾齒采用三次軸向切削完成。第一次軸向切削深度60mm，軸向進給量1.5mm/r，主要用于修正粗加工后造成的余量不均勻現象和切除大量余量，滾刀轉速20～25r/min；第二次軸向切削為半精滾齒加工，為精滾加工在齒厚方向留0.5～1.2mm余量，軸向進給量1～1.2mm/r，滾刀轉速為25～30r/min；第三次切至全齒深，以轉速25～30r/min，軸向進給量1～1.5mm/r加工完成。

齒輪檢測：齒坯在加工時每道加工工序進行過程中和工序完成后，都要按檢驗規范規定的檢驗標準進行過程檢查。加工完成后的齒輪在清理完油污、毛刺之后，對齒輪進行外觀檢查、按圖樣進行各部尺寸和形位公差檢查、按技術性能要求進行精度檢測。

精車前安裝輔助支撐可作為齒輪發運時的發運支撐使用，待到齒輪與窯體安裝時，適時拆除。

3.結語

對于圓柱齒輪的加工，由于生產規模和工藝手段的不同，各企業的加工方法會有很多不同，但是在加工方案確定上要考慮的因素卻是大體相同的。本文僅就加工方案確定的影響因素和大型齒輪加工做以簡單介紹，有需改善之處，歡迎賜教。