機械轉動齒輪精加工探究

摘要：齒輪是依靠齒的嚙合傳遞扭矩的輪狀機械零件，齒輪輪齒相互扣住齒輪會帶動另一個齒輪轉動來傳送動力，將兩個齒輪分開，也可以應用鏈條、履帶、皮帶來帶動兩邊的齒輪而傳送動力。隨著齒輪工業的發展和齒輪制造技術的提高，以及現代機械精度的提升都對齒輪精度提出了更高要求，本文就圍繞齒輪加工，簡述了加工工藝步驟和提升加工精度的方法，旨在促進機械制造業持續快速發展。

關鍵詞：機械轉動;齒輪加工;精度;加工工藝;齒坯

2010年我國齒輪市場規模達到了1450億元，成為我國機械基礎件中規模最大的行業。就市場需求與生產規模而已，居世界第三位。2006-2010年將新增設備10萬臺，即每年用于新增設備投資約60億元，新購機床2萬臺，每臺平均單價30萬元，到2010年中國齒輪制造業應有各類機床總數約40萬臺，其中數控機床10萬臺，數控化率25%（高于機械制造全行業平均值17%）。齒輪工業主要由三類企業組成：車輛齒輪傳動制造企業、工業通用齒輪傳動制造企業與工業專業齒輪制造企業。其中，車輛齒輪一枝獨秀，市場份額達到62%，汽車齒輪又占車輛齒輪的62%，即汽車齒輪占整個齒輪市場近40%的份額;工業齒輪由工業通用、專用、特種齒輪構成，其市場份額分別為18%、12%、8%;齒輪裝備這一塊只占市場份額的2%。齒輪通過與其它齒狀機械零件（如另一齒輪、齒條、蝸桿）傳動，可實現改變轉速與扭矩、改變運動方向和改變運動形式等功能。由于傳動效率高、傳動比準確、功率范圍大等優點，齒輪機構在工業產品中廣泛應用，其設計與制造水平直接影響到工業產品的質量，為此提高齒輪加工精度，增加齒輪制造業經濟效益勢在必行。

一、齒輪精度

齒輪精度是指對齒輪形狀的綜合誤差所劃分的一個等級，其中包括齒廓偏差、螺旋形偏差、徑向跳東等一些重要的參數，其中齒廓偏差是指實際齒廓偏離設計齒廓的量，螺旋形偏差是指在端面基圓切線方向上測得的實際螺旋形偏離設計螺旋形的量，徑向跳動為側頭相繼置于每個齒槽內時從它到齒輪軸向的最大和最小徑向距離之差，一般我們汽車用的齒輪可由滾齒機加工完成，6～7級便可使用，而一些印刷機由于需要高速運轉和批量印刷，故需要高精度齒輪以減小齒輪累計誤差而造成的印刷效果下降，一般誤差以μm為單位，1μm=0.001mm。制造齒輪常用的鋼有調質鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼。鑄鋼的強度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪;灰鑄鐵的機械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中;球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪;塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用導熱性好的鋼齒輪。未來齒輪正向高承載能力、高齒面硬度、高精度、高速度、高可靠性和高傳動效率方向發展，模塊化、多樣化、小型化、低噪音、低成本未來齒輪行業的必然趨勢。

二、齒輪加工工藝

對于使用最為廣泛的中、小模數齒輪，主要采用的是車削-滾齒-剃齒-熱處理-珩齒工藝，第一步是車削齒坯，齒輪的傳動質量主要取決于齒輪精度，而這與滾齒時采用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的關系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內孔和端面的精度基本達到規定的技術要求，在這個階段中除了加工出基準外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應盡量在這一階段的后期加以完成。第二步是齒形的加工，包括齒形的粗加工工序-滾齒和精加工工序-剃齒，這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關鍵階段，應予以特別注意。第三步是熱處理階段，在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達到規定的硬度要求。第四步是珩齒，珩齒過程實際上是一種低速磨削、研磨和拋光的綜合過程，主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮和毛刺，降低齒面粗糙度。

三、提高齒輪加工精度的策略

1.嚴格控制齒坯的加工質量。在齒輪加工工藝中，齒坯的加工屬于制造的第一步，齒坯的加工質量將直接影響零件在加工中的安裝定位精度，特別是滾齒時如果安裝間隙過大，就會造成被加工零件安裝偏心，造成齒圈徑向跳動超差，直接影響后續加工，進而影響產成品的質量;齒坯的端面跳動對剃齒加工質量影響很大，剃齒時以端面定位，在齒坯最大端面跳動處，加工出的齒為錐齒;離最大端面跳動在圓周上90°處，加工出的齒為斜齒;在這兩種情況間，加工出的每一齒，是錐齒和斜齒的合成，產生齒輪加工過程中的螺旋形誤差;因此在齒輪加工過程中齒坯的加工質量一定要嚴格控制：對孔類齒輪加工的齒坯，孔的尺寸精度按H6級，齒坯外圓≤φ80時端面跳動不超過0.018mm，齒坯外圓gt;φ80≤125時端面跳動不超過0.022mm，齒坯外圓gt;φ125時端面跳動不超過0.025mm;對軸類齒輪加工的齒坯，定位外圓的尺寸精度按h5級，定位外圓的跳動≤0.015。

2.嚴格控制齒輪材料硬度和切削速度。齒輪材料的硬度直接影響齒輪的使用，在條件允許的情況下，被加工材料的硬度應盡可能控制在HB180-220范圍內。工件材料的硬度大于HB240-260時，滾刀的磨損會明顯上升，當走刀量過大時引起切削過程的沖擊和振動也會過大，甚至折斷刀齒進而造成齒輪表面加工質量的下降，應嚴格控制齒輪工件的材料。滾齒刀在切削塑性材料時由于切屑黏度較大，如果切削速度較慢切屑在滾齒刀前刀刃上產生停留，刀刃推擠切屑碾壓齒輪加工面會使齒輪加工面產生鱗狀毛刺，鱗狀毛刺的深度與切削速度有關和齒輪的材質有，每種材質都對應著一個最佳切削速度，當切削速度合適時便可控制毛刺的產生。

3.減少齒距累積偏差，提高齒輪加工精度。齒距累積偏差主要是由幾何偏心和運動偏心共同作用而產生的，利用合理的方法可以將幾何偏心與運動偏心所產生的影響進行一定地抵消。這種合理的方法可按如下步驟進行：測方向，既是測出分度蝸輪的運動偏心方向，然后試切一件齒坯，對這個試切的齒坯進行一定地測量，既測出其公法線長度的最大值（蝸輪運動偏心方向）和最小值，做好標記A;測出齒坯的徑向跳動，同時需要在徑向跳動最大值方向上做好標記B;在安裝齒坯時，應使A、B的方向恰好相反，通過將這兩種偏心問題進行相互抵消、相互補償來達到減小齒距累積偏差。

4.對于汽車齒輪等精度要求較高的齒輪，可采用近年來發展并成熟起來的滾齒-滲碳-淬火處理-磨齒工藝，用熱后磨齒來消除滾齒誤差、熱處理變形等。在不增加磨齒機等設備投入的情況下，對于傳統的滾齒-剃齒工藝，可通過選用合適的剃齒刀以及合理修磨剃齒刀來近一步提高精度，比如對于剃齒工藝經常出現的齒面中凹缺陷會極大影響齒輪嚙合傳動的噪音水平，對此可采用負變位剃齒刀或者將采用大圓弧法修磨剃齒刀補償齒面中凹，提高齒輪精度。

四、結語

目前，我國齒輪鋼基本滿足使用和引進技術過程國產化的要求，而重型車傳動齒輪及中重型車的后橋齒輪用鋼，尚有待開發和生產。現階段齒輪行業應通過市場競爭與整合，提高行業集中度;通過自主知識產權產品設計開發，形成一批車輛傳動系（變速箱、驅動橋總成）牽頭企業，用牽頭企業的配套能力整合齒輪行業的能力與資源;實現專業化、網絡化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產品和有快速反應能力的名牌企業;通過技改，實現現代化齒輪制造企業轉型。

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