剃齒加工中常見問題與解決辦法

■ 陜西法士特齒輪公司 （寶雞 722409）

姜雄濤

剃齒加工是齒輪最終熱處理前的一種精加工方法，因其加工精度和生產效率高，機床調整方便，大多數齒輪產品齒部加工都采用滾齒—剃齒工藝。但剃齒加工過程由于受齒坯精度、機床夾具精度、刀具設計、剃刀修形情況及切削參數等綜合因素影響，會出現齒形齒向、齒面表面粗糙度、齒距誤差精度超差等問題。

1. S齒形

（1）產生原因：如圖1 所示，剃齒加工過程中，剃刀與被剃齒輪的嚙合點是在不停變化的，各接觸區輪齒受力大小不同，被剃掉的余量也不同，這就造成了齒形不規則。一般情況，在偶數接觸區齒形誤差很小，在奇數接觸區齒形誤差增大，這樣就會形成齒形中凹。另外，剃刀設計和修形問題造成剃齒嚙合狀態不好，會導致剃齒齒形出現中凹。機床精度及剃刀安裝精度也會造成影響，在此不考慮機床精度及剃刀安裝精度。

圖 1

（2）解決辦法：①在設計時應遵循齒輪參數對剃齒嚙合狀態的影響規律，使偶數接點區盡量長、奇數接點區盡可能短，奇數點接觸區長不大于偶數點接觸區長；應避免出現剃刀外徑與齒厚不匹配、剃刀齒頂過高，導致碰齒根、剃刀修形曲線不適用等設計問題。②利用齒形誤差反向修形剃刀來控制剃齒齒形的變異，修形點按齒形的變化部位確定，修形量可取剃齒變形量的2/3～1倍，對于變形嚴重的剃齒齒形可采用多段修形。

2. 齒面拉毛

（1）剃齒齒面拉毛主要有以下幾種表現形式：

圖 2

圖 3

齒頂留有徑向劃痕（見圖2）。產生原因：如圖3所示，在齒輪基圓上徑向速度為零，齒頂上的徑向速度分量最大。如果刀具設計軸交角太小、徑向分量太大、齒向方向的速度太小，就會在齒頂留有徑向劃痕；剃刀的轉速過高，在接近齒輪外圓處的切削速度近似垂直，剃削效果不好，也會在齒頂留有徑向劃痕。

齒向上剃刀槽深痕（見圖4）。產生原因：齒輪每轉剃刀相對齒輪在齒向上的移動距離和剃刀小槽齒距相等（重合），剃齒的抬刀量和刀具抬高時的走刀速度不合理。

圖 4

剃齒表面粗糙，有劃痕（見圖5）。產生原因：剃刀容屑槽排列不合理；剃刀鈍化，切削性能下降；軸交角小，切削性能不好；剃刀刃磨時徑向跳動大；剃刀帶磁粘切屑或小槽里夾切屑；剃刀的轉數過高。

圖 5

另外，工件材料硬度低、塑性高；剃前齒輪的模數、螺旋角較大；剃刀有崩刃、鈍口和毛刺或刀槽過淺；切削液的潤滑性能不好等，這些都會加重上述3種現象。

（2）解決辦法：在設計和選用剃刀時，保證合理的剃刀螺旋角，使剃齒加工時軸交角在10°～15°，實踐證明，在剃削中等模數齒輪時，軸交角為12°時剃削效果最好，齒面質量易保證。

選擇合理的切削用量。為了獲得較好的齒面質量，在選用切削用量時，應首先考慮采用較高的切削速度，合適的縱向走刀量即工作臺往返速度及較小的徑向進給量。

切削速度的選擇。一般以110mm/min左右較為合適。實際中為了方便操作，一般以控制剃刀主軸轉速來保證切削速度。實踐證明，在剃削中等模數齒輪時，選擇剃刀主軸轉速在145～175r/min，既能保證被剃齒輪齒面質量，又不會降低剃刀壽命。

剃刀縱向走刀量即工作臺往返速度的選擇。避免齒輪每轉剃刀相對齒輪在齒向上的移動距離和剃刀小槽齒距相等。工作臺往返速度并不是越小齒面質量就越好，相反工作臺往返速度過小，容易造成剃刀磨損加快，齒輪齒面出現加工硬化現象，工作臺往返速度為100～150mm/min較為合理。

徑向進給量的選擇。在既保證齒面質量又保證合理剃刀壽命的前提下，每一往復行程剃刀的徑向進給量約為0.02～0.04mm。

通過毛坯的調質或正火處理，使材料硬度提高，改善工件的切削性能，減小剃刀切削刃與加工材料粘結，改善齒面質量。

及時刃磨剃刀，保證切削刃鋒利，不得有裂紋、黑斑、燒傷、毛刺、銹斑、崩刃和鈍口，剃刀刀槽深度＜0.40mm時報廢。

選擇合理的切削液。應使用具有充足潤滑性和流動性好的切削液，如耐高壓添加劑的礦物油、極壓乳化油等，不建議使用水溶性切削液。另外，應保持切削液的潤滑性能，以清潔和不變質尤為重要。

3. 齒跟起臺

剃齒加工時，輪齒齒面根部和齒根應該是光滑過渡的，但有時在齒面根部會出現一條沿齒寬方向分布的凸臺。這個凸臺對齒輪質量影響很大，在齒輪傳動中會出現較大的噪聲、振動，甚至造成齒輪副安裝、運轉困難，打齒，損壞傳動機構。

產生原因：剃刀設計不合理；剃刀重磨時外圓和齒厚不匹配，刀具外圓頂到工件齒根或未達到齒面有效長度；剃前滾刀幾何參數不合理或滾刀凸角磨損，剃前余量過大或滾齒單邊齒根留臺。

解決辦法：①合理設計剃刀幾何參數：設計剃刀時盡可能不采用較大的負變位，盡量采用正變位，使刀齒根肥、頂尖，分度圓齒厚增加，嚙合角增大，避免剃齒時造成被加工齒輪齒根與剃刀齒頂發生干涉，使齒輪發生根切而產生根部起臺。②嚴格按剃刀重磨參數曲線刃磨剃刀，保證剃刀外圓和齒厚匹配，嚙合時使剃刀齒頂恰好介于齒輪根部沉切范圍內。③嚴格控制剃前余量，及時刃磨剃前滾刀，防止滾齒時移刀過偏，造成單邊齒根留臺，保證剃前滾刀齒頂凸角合適，剃刀能在輪齒根部沉切內自由回轉。

4. 剃刀崩齒

產生原因：剃前齒輪齒面上有毛刺，剃削余量太大，切削速度或走刀速度過大都會導致剃刀崩齒。

解決辦法：①控制滾齒工件產生的毛刺，清理干凈方可剃齒。②嚴格控制剃前齒輪的切削余量，剃前的切削余量對剃齒精度及刀具磨損影響很大，余量應盡可能小。③選定合適的切削速度和走刀速度。

5. 齒距誤差超差

剃齒加工特點決定其修正齒距誤差及公法線長度變動量誤差的能力較差，而且往往齒圈徑向跳動誤差還會轉化為公法線長度變動誤差，齒距累積誤差會因為修正徑向圓跳動誤差而稍有提高。因此，必須嚴格控制滾齒的齒距誤差和齒圈徑向跳動。另外，剃齒夾具的精度、機床的傳動精度、兩頂尖的跳動和同軸度對齒距誤差都有影響，在此不再贅述。

[1] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊［M］.北京：機械工業出版社，2003.

[2] 國家機械工業委員會.齒輪工工藝學［M］. 北京：機械工業出版社，1990.