齒輪加工工藝過程中常見問題及對策探析

周春雷

摘 要：隨著我國制造業的不斷發展，齒輪行業通過大量引進高端設備使加工能力有了長足的進步，并與國際先進水平已相當接近。筆者就對常見的齒輪加工工藝過程中常見問題及相關對策進行了系統的探討，從而最大限度提高齒輪加工質量。

關鍵詞：齒輪；加工；問題

齒輪是現代機械傳動中的重要組成部分。從國防機械到民用機械，從重工業機械到輕工業機械，無不廣泛的采用齒輪傳動。隨著我國工農業生產和科學技術的飛躍發展，對于齒輪的需要顯著增加。因此，多快好省精的生產齒輪已經成為發展機械工業的一個重要環節。

1 齒輪加工工藝過程常見問題

1.1 齒數不正確。在齒輪的整個圓周上輪齒的總數稱為齒數。齒輪齒數的確定原則和要求先初定齒輪模數及傳動軸直徑，以便滿足結構要求。首先，滾刀選用不正確。由于齒輪齒形比較復雜，影響其加工精度的因素也十分復雜多變。除滾齒設備的自身精度、齒坯的安裝調整、齒輪材質、熱處理等因素外，齒輪滾刀的合理選擇也是十分重要的。齒數誤差會引起每對齒輪嚙合過程中傳動比的瞬時變化。其次，工件毛坯尺寸不正確。傳統毛坯尺寸基準設計忽略了工藝過程的差異，而統一將零件圖中各尺寸基準作為毛坯尺寸基準，導致毛坯在后續加工過程中余量誤差增大而浪費材料。第三，附加運動方向不對。在滾齒機加工斜齒輪時，附加運動方向的判定比較困難，再加上銑削方式、工件螺旋方向及滾刀螺旋方向等因素的變化，更增加了判斷的難度。

1.2 齒形不對稱。首先，滾刀安裝不對中。滾刀的安裝好壞影響著滾刀徑向、軸向跳動，最終影響切齒精度。一般安裝滾刀前宜先校正刀軸，控制兩端徑向圓跳動小于0.005mm。臺階與螺母端面對軸線的垂直度應小于0.01mm，墊圈應淬硬磨平。滾刀裝到刀軸上需校正兩邊凸臺的徑向圓跳動，盡可能使其“同步”，即兩端徑向圓跳動的最高點在同一方向。其次，滾刀刃磨后，螺旋角或導程誤差大。常用的加工外嚙合直齒和斜齒圓柱齒輪的刀具。加工時，滾刀相當于一個螺旋角很大的螺旋齒輪，其齒數即為滾刀的頭數，工件相當于另一個螺旋齒輪，彼此按照一對螺旋齒輪作空間嚙合，以固定的速比旋轉，由依次切削的各相鄰位置的刀齒齒形包絡成齒輪的齒形。

1.3 齒形誤差。齒形誤差是指在齒形工作部門內，包容實際齒形廓線的兩理想齒形（漸開線）廓線間的法向間隔。齒輪滾刀是加工外嚙合直齒和斜齒圓柱漸開線齒輪最常用的一種刀具。這種滾刀側后刀面的軸向截形是直線，如果用它代替漸開線滾刀切齒時，則切出的齒輪齒形不是漸開線，因而在理論上造成了一定的齒形誤差，稱為齒輪滾刀的造形誤差。另外，在實際加工過程中不可能獲得完全準確的漸開線齒形，老是存在各種誤差，從而影響傳動的平穩性。齒輪的基圓是決定漸開線齒形的惟一參數，假如在滾齒加工時基圓產生誤差，齒形勢必也會有誤差。

2 齒輪加工工藝過程常見問題解決對策

2.1 正確確定齒輪齒數。首先，合理選用滾刀。我們要選擇模數、壓力角相同，螺旋角相近，變位系數差異在0.1mm內，這樣齒根差異才不會太大。如果相差很大，也可以通過微調滾刀的安裝角度，以達到圖紙上要求的根徑。如果發現做出的齒輪齒頂變寬，根徑變小，情況不嚴重時，也可以適當加大刀架角度，這樣滾出的齒輪的齒頂就會變尖一點。根徑變小。其次，確認好工件毛坯尺寸。加工前的齒輪毛坯加工，在整個齒輪加工過程中占有很重要的地位。無論從提高生產率，還是從保證齒輪的加工質量，都必須重視齒輪毛坯的加工。因此，在齒輪的技術要求中，應注意齒頂圓的尺寸精度要求，因為齒厚的檢測是以齒頂圓為測量基準的，齒頂圓精度太低，必然使所測量出的齒厚值無法正確反映齒側間隙的大小。第三，附加運動方向要準確。目前，金屬切削機床書籍及有關資料中，對滾切斜齒圓柱齒輪時工件附加運動方向的判定是：滾刀豎直移動工件螺旋線導程的過程中，當滾刀與齒輪螺旋線方向相同時，工件應多轉一周，即工件附加運動方向與工件展成運動方向相同。反之，當滾刀與齒輪螺旋線方向相反時，工件應少轉一周。由此可見，附加運動是形成齒輪螺旋線的運動，附加運動方向與展成運動方向、銑削方式、工件螺旋方向有關。因此，附加運動一定要準確才能保證齒輪加工質量。

2.2 齒形要對稱。齒形加工是齒輪加工的關鍵，其方案的選擇取決于多方面的因素，如設備條件、齒輪精度等級、表面粗糙度、硬度等。首先，保證滾刀的安裝精度。滾刀安裝在滾齒機的心軸上，需要用千分表檢驗滾刀兩端凸臺的徑向圓跳動不大于0.005 mm。同時，要適時竄位。滾刀在滾切齒輪時，通常情況下只有中間幾個刀齒切削工件，因此這幾個刀齒容易磨損。為使各刀齒磨損均勻，延長滾刀耐用度，可采取當滾刀切削一定數量的齒輪后，用手動或機動方法沿滾刀軸線移動一個或幾個齒距，以提高滾刀壽命。其次，控制滾刀刃磨質量。積極采用滾刀刃磨床，它具有精度高、價格低、操作方便靈活等特點。采用高精度直線導軌、精密分度盤，保證了滾刀刃磨的精度。獨立的砂輪修整裝置和滾刀的螺旋進刀、對刀裝置，大大提高了操作靈活性和刃磨滾刀的工作效率。第三，檢查交換齒輪的安裝及運轉狀況。交換齒輪是用以改變機床切削速度或進給量（見切削用量）的可更換齒輪組，并在應用中能夠交換位置使用的齒輪。通過使用交換齒輪能夠將原來的升（降）速傳動變成降（升）速傳動，而傳動比互為倒數。因此，為了保證車床的正常運轉，必須及時檢查交換齒輪的安裝及運轉情況。

2.3 避免齒形誤差。首先，合理選用工件裝夾。數控加工時夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度；二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時一是要通常考慮可調整夾具，組合夾具及其它適用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。當在成批生產時，才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。其次，充分考慮利用新工藝、新技術和新材料隨著毛坯制造專業化生產的發展，目前毛坯制造方面的新工藝、新技術和新材料的應用越來越多，如精鑄、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金和工程塑料的應用日益廣泛，這些方法可大大減少機械加工量，節約材料，有十分顯著的經濟效益。第三，做好定位基準的選擇。對于齒輪定位基準的選擇常因齒輪的結構形狀不同，而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂尖定位，孔徑大時則采用錐堵。頂尖定位的精度高，且能做到基準統一。

3 結束語

總之，齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個加工過程都是圍繞著齒形加工工序服務的。如今，齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色制造方向發展，齒輪加工也正朝著全數控、功能復合、智能化、自動化及信息化方向發展。廣大技術工作者要抓住這一發展趨勢，更好地為我國的齒輪加工行業提供高效、復合、智能的技術服務。

參考文獻

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