高效切削在工程機械齒輪加工中的應用體會

陳殿俊

摘 要：高效切削技術復雜，涉及鍍層工藝、高速主軸單元以及快速CNC控制系統等，是一項系統的工程，將其引入機械制造領域，對于提高機械制造加工效率，實現加工過程中的節能降耗，最終實現高效加工、高額利潤的目標意義重大。該文立足于機械齒輪加工角度，緊緊圍繞機械齒輪加工中刀具與設備應用兩方面，論述高效切削的應用。

關鍵詞：齒輪加工 高效切削 刀具 涂層技術

中圖分類號：TG61 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0119-01

作為工程機械中重要的傳動元件，齒輪的加工質量對于工程機械的使用壽命及其在傳動過程中的平穩性具有決定性的影響。高效切削工藝在齒輪加工中的應用，尤其是在加工設備以及加工刀具中的應用，對于提升工程機械齒輪的加工質量，解決其低自動化生產加工問題作用重大。

1 高效切削在工程機械齒輪加工設備中的應用

高效加工設備的應用是高效切削在工程齒輪加工中，解決低自動化生產下的加工問題，提高其加工效率的重要實現途徑之一。其運用的高效加工設備主要包括數控成形磨齒機、高效數控滾齒機以及車銑復合中心等。

在工程機械齒輪技工實踐中，磨齒通常是齒輪加工的重要環節之一，在磨齒加工中，多運用展成法進行齒輪磨削，然而這傳統的磨削方法存在著磨削效率不高，加工設備結構復雜等缺陷，不利于工程機械齒輪生產效率的提高。將高效切削引入其加工過程中，應用成形磨齒技術代替展成法磨齒，可大幅提升齒輪的磨削效率，約為展成法磨齒的2倍。然而運用成形磨齒技術的缺陷就在于初期的燒傷與磨削裂紋等問題長期無法得到有效解決。隨著數控技術的發展及其在磨齒機中的運用，結合大流量冷卻裝置等的研發運用，工程機械齒輪的成形磨齒發存在的弊端也就迎刃而解，而且有效運用數控成形磨齒技術，在工程機械齒輪加工中，還可實現齒向與齒形的修形，以提升齒輪在傳統過程中的平穩性，還有助于其磨削精度的大幅提升。

數控滾齒機具有高剛性特征，伺服功能強大，滾刀頭驅動功率相對較大等特征，在工程機械齒輪加工中的應用，可充分發揮其數控伺服功能強大、高滾速等優勢，實現滾齒過程中的溫度補償，是齒輪加工中一種高效的加工設備。高效數控滾齒機在實際應用過程中，滾刀轉速蘇范圍比較廣泛，約在200～1500 r/min之間，相較于常規的滾齒機滾速范圍（800～1800 r/min）而言，滾刀的旋轉速度大幅提升，可實現加工過程中滾刀的高速旋轉。同時，高效數控滾齒機在操作過程中采用七軸四聯動，主軸與分齒的展出運動無須掛輪，僅需以機械連鏈為載體便可實現，而且運用數控軸驅動的進給系統，可實現徑向與軸向的自動變速進給與軸向L循環。加之，此種機床的具有較高的智能化水平，可依據工件自動找正數據進行串刀量的準確計算，促進加工中自動串刀的實現，有助于解決齒輪生產加工中低自動化水平的問題。此外，高效數控滾齒機具有較高剛性，齒輪切削過程中可實現工件的液壓自動夾緊，減小了切削過程中的振動，在提升齒輪傳動中的穩定性的同時，有助于延長其使用壽命。在工程機械齒輪加工實踐中，滾刀的切削力度及其磨損情況均可通過操作面板觀察實現，完成加工后，還可實現齒輪的齒向與齒形誤差的自檢，有助于提升齒輪加工質量。

隨著數控技術的快速發展，在工程機械齒輪加工中，數控化設備得到了廣泛地應用，對于提高齒輪加工與切削效率意義重大。其中車銑復合中心實現了車削技術與銑削技術的有機統一，可在同一設備上實現五軸聯動，有助于一次性完成齒輪加工中銑齒、車削工序以及軸類工件裝夾，且在齒輪加工實踐中，轉速可高達1200 r/min，切削效率非常高。

2 高效切削在工程機械齒輪加工刀具中的應用

先進刀具在工程機械加工制造中的應用，對于提升切削速度，解決切削過程中滾刀崩刃以及滾刀磨損問題具有重要作用。在淬硬齒輪加工中，為解決齒輪淬火變形問題，多運用刮削技術對齒輪的加工質量進行改善。由于齒輪模數在8～14mm之間，因此，運用的滾刀多為合金刀片滾刀，這種焊接式的硬質滾刀在加工過程中切削的速度無法滿足要求，而且這種刀具需要較長的刃磨時間，且刃磨之后滾刀的精度及其容易受損，無法全面滿足高效切削的要求。基于此，在工程機械齒輪加工中，為充分滿足切削的速度要求，可將可更換刀片組合滾刀應用于切削加工實踐之中，相較于焊接式硬質刀具而言，其切削的速度可提升40%左右，而且還可獲得相當穩定的齒輪加工質量。同時，運用這種先進刀具，在齒輪加工過程中，不需要刃磨，提升了加工的速度。在加工過程中，若單個刀片的磨損量超出要求，可更換另外的切削刃或刀片，省略了拆卸刃磨環節，在節省換刃時間的同時，還減少了加工原材料的同時，有助于加工成本的降低。

另外，在工程機械齒輪加工實踐中，在制齒加工中，滾齒工藝是核心的工藝技術，在滾齒加工中，占有超過70%的比重。然而在滾齒加工中，常規滾刀多以高速鋼為其主要材質，這就造成了在滾齒加工中，若切削速度大幅提升，就極其容易引發滾刀磨損量增大等問題，減少了滾刀的使用壽命，同時也增加了加工成本。針對這一問題，隨著涂層技術的飛速發展，高速鋼滾刀涂層技術在滾刀工藝在應用非常廣泛，例如，運用ALCrN、TiNC等的滾刀涂層處理技術，在齒輪加工中的應用，對于改善滾刀的質量，提升加工效率作用巨大。涂層處理技術的主要優勢在于防止滾刀崩刃問題出現，提高滾刀的耐磨性、耐熱性，并減小滾刀在切削過程中的切削摩擦力。以M42刀具材料為例，在其應用工程中，經TiN涂層涂層處理，其涂層滾刀效率可大幅提升，切削速度可達145 r/min左右。由此可見，在工程機械齒輪加工中，加大進給量以及全面提升滾刀的轉速是實現高效切削的最有力的途徑。在切削速度提高的同時，可快速排出切屑，從而減輕切削熱，可降低齒輪加工中冷卻使用成本，還可獲得環保效應。

綜上可見，高效切削在齒輪加工中的應用主要通過加工設備以及先進刀具兩方面實現，在提高了工程機械齒輪加工中切削效率、降低加工勞動強度的同時，還可獲得高質的加工產品，對于促進機械制造業的持續發展具有重要意義，是齒輪加工的必然趨勢。

參考文獻：

[1] 張智華.基于PLC的漸開線齒輪加工系統設計探討[J].中國集體經濟，2010（15）：185-186.

[2] 周鵬舉，林超，陸大成，等.高速干式滾齒切削溫度理論及實驗研究[J].機械傳動，2010，34（12）：10-14.

[3] 程耀楠，劉利，錢俊，等.大型鍛件高效切削加工技術[J].哈爾濱理工大學學報，2013，18（1）：14-21.endprint