圆柱齿轮加工影响因素和大型圆柱齿轮加工

朝阳重型机器有限公司 （辽宁 122000） 祝亚峰 张立华 李井军

由于齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠，使用寿命长、传动比恒定等诸多优点，使其在机械传动中得以广泛应用。 而圆柱齿轮具有对中心距敏感性小、装配和维修方便、易于进行精加工等特点，使其成为应用最多的齿轮品种。

1.圆柱齿轮加工方案制定时所需考虑的因素

齿轮的加工要从图样要求、材料及热处理方式选择、毛坯形式的选择、加工方法的确定、机床夹具的调整、齿坯的安装夹紧、加工刀具的选用、切削用量选用、切削液的选用等方面来考虑。

（1）齿轮加工材料和热处理方式的选择 铸铁、优质结构钢、合金结构钢、有色金属、非金属材料都可做为齿轮的加工材料；正火、退火、淬火、调质、渗碳、渗氮等都广泛应用于齿轮加工的热处理工艺，选用时要根据使用条件、经济性、加工工艺性等方面来确定。一般软齿面齿轮采用中碳钢（或中碳合金钢）进行调质处理，中硬齿面齿轮采用中碳合金钢进行齿部感应淬火处理，硬齿面齿轮采用渗碳钢渗碳淬火或渗氮钢渗氮处理。

（2）齿轮加工的毛坯形式选择 齿轮毛坯的种类有铸造件、锻件、轧制棒料、焊接结构件及剖分式铸件。大型齿轮一般采用剖分式铸件形式。

（3）齿轮加工的方法 齿轮加工可采用仿形法和展成法进行加工。仿形法采用成形刀具进行加工，可用模数铣刀单齿铣削和用齿轮拉刀拉削；展成法包括滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等方式，分别利用专用机床进行加工。其中滚齿加工适用于4～10级精度齿轮的加工；插齿加工适用于6～9级精度齿轮的加工，在加工多联齿轮时具有独特的优势；剃齿加工主要用于淬火前的精加工，精度可达5～7级；珩齿多用于高频淬火后齿形的精加工，可达到6～7级；磨齿多用于齿形淬硬后的精密加工，精度达3～7级。其中，滚齿和插齿加工效率高、通用性高，可适合多数齿轮加工的要求。本文以滚齿加工为例。

（4）机床的精度检测和夹具安装 针对所要加工齿轮的精度等级选定相适应的加工机床，在夹具和齿坯安装之前对机床进行精度检测。以滚齿机为例，包括工作台轴线的径向跳动、工作台端面跳动、刀架垂直移动对工作台轴线平行度、刀架主轴的径向跳动和轴向窜动等。检测后与所加工齿轮对机床各项精度要求进行比对，精度不足时对相应项目进行调整；安装夹具时，同样按照齿轮精度要求对夹具的安装进行检测和调整，必要时可利用立柱进给，对夹具定位面进行加工，使之与齿轮加工要求相适应。

（5）齿坯的安装与夹紧 齿坯装夹在工作台上常用的夹具有心轴、成组胎座和整体式胎座。齿坯安装前必须将基准面和夹具定位面擦拭干净，使齿坯基准面向下与夹具定位面贴合紧密，以避免夹紧变形。齿坯安装后，检查其基准端面和外径的跳动公差，如公差不满足加工标准要求，调整使其满足加工标准要求后，对齿坯进行均匀夹紧。

（6）加工刀具的选用 以滚齿加工为例，根据齿轮材质和热处理状态、模数、压力角、工作平稳性精度等级和工艺要求选定滚刀。滚刀与刀架安装之前须检查刀架上刀杆与滚刀的配合情况，以用手能把滚刀推装入刀杆为准；如果配合间隙过大，会引起滚刀的径向跳动而影响加工质量，安装时不准锤击滚刀以免刀杆弯曲。刀具安装调整后应满足相应的径向跳动和轴向窜动要求。

（7）切削用量的选用 对于滚齿加工来说，切削速度v与进给量f的选用，应以保证工件质量、提高加工效率、延长滚刀寿命为前提，根据机床、刀具系统的刚度，工件的材料和热处理状态，模数、齿数及精度要求进行综合考虑。粗加工时，采用较小的切削速度和较大的进给量，对于精度高、材质硬的齿轮，采用高的切削速度，低的进给量。在切削深度的选择方面，当模数小于3mm时，可一次切至全齿深；当模数在3～8mm时，分两次切削，粗切时留精切余量0.5～1mm；模数大于8mm时，分三次切削，第一次切去深度为模数的1.5倍左右，第二次留精切余量0.5～1mm。

（8）切削液的使用 切削液在机加工过程中主要起冷却、润滑、清洗、防锈等作用。切削铸铁和铜制齿轮时，一般不使用切削液；切削钢（合金钢）制齿轮时，采用润滑性较好的机械油；对于难加工材料，应选用含极压添加剂的切削液。粗加工时由于产生的热量多，应选用冷却作用强的切削液，精加工时应选用润滑和防锈作用好的切削液。切削液必须保证喷流连续不间断以均匀冷却刀具；切削液流量应尽可能大，以充分冷却刀具；切削液必须喷在刀具、工件加工部位和切屑之间的区域。

2.大型圆柱齿轮的加工

附图所示为φ5X35M回转窑用大齿轮的示意图。其分度圆直径为7488mm，齿宽600mm，毛坯为以通过直径的铅垂面作剖分面的两半铸造齿轮的组合结构。

大齿轮示意图

（1）大齿轮的技术要求 齿轮模数m=32，齿数z=234，材质：ZG35CrMo，热处理要求：225～255HBW，齿轮剖分面组合后，用0.04mm塞尺沿结合面四周检查，要求每一周边有4/5以上不能塞入；能塞入塞尺的区域，其塞入深度不超过60mm。

（2）技术难点 从结构尺寸和精度要求方面分析，大齿轮加工存在以下几处难点。由于大齿轮是由两半铸造齿轮组合而成的结构，结合缝处的结合要求紧密；大齿轮要求进行调质处理。由于淬透层厚度受到材料淬透性的影响，决定了齿轮在调质之前需要进行粗切齿加工，同时因为存在热处理变形，加工余量应准确、可靠；由于齿轮大型化，加工精度不易保证，需对机床、定位胎座进行必要的调整，使其精度能够保证加工要求；由于直径较大并且为组合结构，毛坯刚性差，精加工时需安装辅助支撑。

（3）大齿轮加工工艺 粗加工结合面：校正毛坯均匀性情况，划结合面加工线，留出加工余量5mm，在刨床上进行结合面的粗加工，其表面粗糙度值Ra≤3.2μm。

粗车齿坯：将粗加工后的两半齿坯利用加工的结合孔组合成整体齿坯，组装时注意结合面间相互研合以保证结合紧密。划出齿坯在齿宽方向的对称中心线，划出其他各端面和外圆加工线，利用立式车床对齿坯进行粗车加工。齿坯外圆和端面均单边留余量15mm（加工余量确定时应考虑材料淬透性能），将一端作为基准端面并做标记。

粗切齿：将粗车后齿坯置于粗加工机床上，以基面定位，按端面和外圆打表找正后，夹紧，进行粗切齿。粗切齿可采用精度较低的老旧滚齿机，也可采用专用的齿轮粗切机床，可大幅度提高切削效率。粗切齿时沿齿厚单边留12mm余量。

调质处理：粗切后，将两半齿坯拆分开来，进行调质处理。

结合面的精加工：调质后，检查齿坯的变形情况，划出结合面处的加工线。按线找正，在刨床上精刨结合面达图样要求。并加工出结合面结合用螺栓联接孔和精制定位螺栓孔，将两半齿圈相互研合，确保结合缝处达到图样要求，用精制螺栓定位并用结合螺栓将两半齿坯组合成一体。

精车齿坯：在齿坯结合面两侧适当位置沿剖分直径方向焊装辅助支撑，按组合为整体的齿坯的均匀情况找正，精车齿坯端面、外圆。将一侧端面作为基面并车出0.5 mm深的基面刻线。精车时控制齿坯外圆和端面的尺寸公差使其值不大于图样标注的1/3。齿坯基面的径向跳动不大于0.15mm，轴向跳动不大于0.2mm。基准面表面粗糙度值不大于3.2μm。

精滚齿：对机床、夹具进行检查和调整，使其满足齿轮的精加工要求。齿坯安装时,保证基准端面与胎座表面干净并紧密封贴合，并均匀夹紧。安装后，按基准端面和外圆进行打表找正，其误差值不得大于0.2mm和0.15mm。滚刀安装后，要检测滚刀的径向跳动、轴向窜动，调整并确认其符合加工要求。加工对刀时，以齿坯结合面为基准，使结合面位于刀齿中心。采用N46全损耗系统用油作为切削液。精滚齿采用三次轴向切削完成。第一次轴向切削深度60mm，轴向进给量1.5mm/r，主要用于修正粗加工后造成的余量不均匀现象和切除大量余量，滚刀转速20～25r/min；第二次轴向切削为半精滚齿加工，为精滚加工在齿厚方向留0.5～1.2mm余量，轴向进给量1～1.2mm/r，滚刀转速为25～30r/min；第三次切至全齿深，以转速25～30r/min，轴向进给量1～1.5mm/r加工完成。

齿轮检测：齿坯在加工时每道加工工序进行过程中和工序完成后，都要按检验规范规定的检验标准进行过程检查。加工完成后的齿轮在清理完油污、毛刺之后，对齿轮进行外观检查、按图样进行各部尺寸和形位公差检查、按技术性能要求进行精度检测。

精车前安装辅助支撑可作为齿轮发运时的发运支撑使用，待到齿轮与窑体安装时，适时拆除。

3.结语

对于圆柱齿轮的加工，由于生产规模和工艺手段的不同，各企业的加工方法会有很多不同，但是在加工方案确定上要考虑的因素却是大体相同的。本文仅就加工方案确定的影响因素和大型齿轮加工做以简单介绍，有需改善之处，欢迎赐教。