應用插滾技術制造雙聯齒輪對齒的工藝方法

陸琮瑜

摘 要：雙聯齒輪加工，需要兩齒輪的齒牙對齒加工，該文在該公司GF9項目開發過程中，應用新工藝“插滾”加工兩齒輪，并且為了滿足對牙精度要求，采用一次裝夾加工兩齒輪、消除加工誤差的齒輪加工方法。

關鍵詞：插齒;滾齒;插滾;雙聯齒輪;對齒角度

中圖分類號：TG61? ? ? ? 文獻標志碼：A

該公司開發的GF9項目中，超越從動支架行星輪（雙聯齒），在以前該公司生產的齒輪中從未有過一個特殊的要求，雙聯齒兩齒輪的齒牙需要對齒加工，齒輪A的齒牙與齒輪B的齒牙有相對位置要求，通俗講兩齒輪齒牙需要對齊，如圖1所示，齒輪A在截面“G”上的齒牙與齒輪B在截面“F”上的齒牙，其對齒角度4牙（齒輪圓周4等分測量）平均誤差需控制在0±0.099°。

對于這種雙聯齒加工，通常的加工工藝是：小齒輪插齒-大齒輪滾齒-熱處理-小齒輪珩齒-大齒輪磨齒（或珩齒）。為了保證成品對齒角度要求，我們在熱前加工就要保證對齒角度要求，如果熱前齒輪加工對齒角誤差大，造成熱后精加工齒輪一邊齒面磨削加工不到，造成產品報廢。常規的熱處理前加工工藝無法滿足對齒角要求。我們找到一種“插滾”新工藝，應用插滾技術加工雙聯齒輪，能滿足對齒角度要求，其加工工藝路線如下：小齒輪和大齒輪插滾-熱處理-小齒輪珩齒-大齒輪磨齒。

下面主要對雙聯齒輪熱前加工工藝，作詳細的介紹。

1 常規熱前雙聯齒對齒加工的工藝

常規熱前雙聯齒對齒加工工藝，也是我們在產品樣件開發階段，其加工過程如下，車坯車削-工件裝上插齒夾具-插齒加工小齒輪-取下工件-工件裝上滾齒夾具-測量小齒輪齒牙中心（對齒）-以小齒輪齒牙中心為基準滾齒加工大齒輪-聯下工件。

這樣的工藝方法，加工下來，約有50 %零件，無法滿足對齒角度要求，我們在樣件階段采用100 %檢測方法，把對齒角度不好的零件挑選出來，作報廢處理。對齒角誤差大的零件，流入熱后加工，實際試制時發生以下問題。

（1）磨齒時齒的兩邊磨削余量不一樣，磨削余量多的一邊，會在齒根部產生加工臺階，這是產品要求不允許的，且把齒頂倒角也磨削掉了。磨削余量少的一邊，齒面會有一部分磨削不到，造成齒面漸開線長度，不能滿足產品要求。

（2）對齒角度誤差較大時，磨削余量多的一面，會撞砂輪，使砂輪碎裂，磨齒余量少的一面，齒面根本未磨削到。這個我們樣件加工中，都發生過。

（3）加工下來零件的對齒角度，不穩定，無法控制。表1是設備調整后，連續加工的零件的對齒角度測量值，從表1中可以看出，3個零件的對齒角度4牙平均值相差較大，第1件零件的對齒角度4牙平均值與第2件零件的對齒角度4牙平均值差值0.1959°，已經接近了零件公差值0.189°，要控制對齒角度非常困難。

（4）插齒加工，加工節拍慢，一臺插齒機與4-6臺滾齒機加工效率相等。

2 常規熱前雙聯齒加工的對齒角度誤差產生

2.1 影響對齒角度主要因素

對齒角度誤差大的主要原因是，零件分小齒輪插齒、大齒輪滾齒二道工序加工，由以下因素造成對齒角度加工誤差：1）小齒輪插齒、大齒輪滾齒分別安裝夾緊工件，由二次裝夾間產生的誤差。2）小齒輪插齒時，插齒刀需要對刀，大齒輪滾齒時，滾齒刀需要對刀，由二次對刀產生的誤差。3）大齒輪滾齒時，需檢測小齒輪齒牙中心，以確定大齒輪齒牙的位置，有檢測誤差。

2.2 主要需解決的問題

為了保證熱前雙聯齒零件對齒角度誤差大問題，必須消除以上二次裝夾工件之間、二次對刀之間、檢測小齒輪齒牙時的誤差，需要尋找一種雙聯齒的加工方法，在一次裝夾工件、一次對刀過程中完成大、小二齒輪的加工。目前的通常工藝方案，無論是插齒、滾齒，都沒有辦法做到一次裝夾、一次對刀過程，加工完成雙聯齒加工，我們必須找到一種新的工藝方法，來滿足這個要求。

3 應用插滾工藝方法，雙聯齒對齒加工的工藝

為了滿足雙聯齒輪對齒角度要求，一種全新齒輪加工方法，插滾工藝（非插齒或滾齒）的出現，能滿足一次裝夾工件過程，同時加工完成雙聯齒大、小兩齒輪，消除二次裝夾工件、小齒輪齒牙測量對雙聯齒對齒角度精度的影響，應用插滾工藝，加工雙聯齒對齒的工藝方法，主要采取以下技術措施。

（1）最新的、國內外領先的全新“插滾工藝”方法，應用于雙聯齒大小兩齒輪的加工。

（2）采用二把刀具合并安裝在一起，消除對刀誤差。插滾工藝加工雙聯齒時，還是需要二把插滾刀來分別加工大、小二齒輪，有二次對刀誤差，為了消除對刀誤差，專門設計了刀排，能把二把插滾刀合并安裝在一起，如圖2所示，這樣二把刀的位置相對固定，只用一次對刀，就能完成加工，消除二次對刀誤差。

（3）采用了上述方法后，不需要測量小齒輪齒牙中心，也就消除了測量誤差。

應用插滾工藝，熱前加工雙聯齒對齒的工藝過程，整個加工過程是在同一臺插滾設備上完成，圖2是加工過程示意圖，零件裝上夾具，工步1，用插滾刀（小刀），插滾加工小齒輪，工件不要從夾具上拿下，移動夾具，工步2，用插滾刀（大刀）插滾加工大齒輪，零件從夾具上拿下，完成零件加工。整個工藝加工過程，成功地消除常規加工的二次裝夾誤差、二次對刀誤差、小齒輪齒牙中心測量誤差，實現了雙聯齒對齒角度高精度的要求。

（4）插滾加工雙聯齒，對齒角度精度穩定，表2是連續插滾加工5件零件的對齒角度測量結果，從表中，可以看出，5個零件的對齒角度平均值，相當接近，5個零件對齒角度平均值極差為0.044°，大約是對齒角度公差要求的1/5，可以有效地控制對齒角度。

4 插滾工藝技術

插滾工藝加工方式為工件和刀具連續式旋分加工，其加工原理是將滾齒和插齒運動相結合插滾工藝。插滾工藝技術與插齒工藝技術、滾齒工藝技術主要區別如下。

4.1 插滾加工與滾齒加工主要區別

（1）插滾刀具與滾齒刀具不同，插滾刀具與插齒刀具類似。

4.2 插滾加工與插齒加工主要區別

（1）刀具安裝不同，插滾刀具與工件軸有安裝角，插齒刀與工件軸是平行的。

（2）插齒加工是每牙直接插到底的，插滾加工是逐步進給完成的。

（3）插滾加工工件軸和刀具轉速比插齒加工快。

（4）插滾加工效率是插齒加工的4～6倍。

插滾工藝技術概念由德國維拉公司提出， 自行開發并注冊了插滾專利機床工藝技術，有多年成功的實際應用經驗，該公司的雙聯齒輪加工應用了維拉公司的插滾工藝技術。除了德國維拉公司外，美國格里森公司和日本公司等國外公司也研制出了插滾專機。

在國內，天津大學對插滾加工技術進行了研究，把這種技術命名為剮齒，并與長沙機床有限公司合作，研制出國內首臺數控剮齒（插滾）機床YK1015A。

參考文獻

[1]李佳，陳新春，張鴻源.機械工程學報，2011，47（19）：193-198.