齿轮加工工艺过程中常见问题及对策探析

周春雷

摘 要：随着我国制造业的不断发展，齿轮行业通过大量引进高端设备使加工能力有了长足的进步，并与国际先进水平已相当接近。笔者就对常见的齿轮加工工艺过程中常见问题及相关对策进行了系统的探讨，从而最大限度提高齿轮加工质量。

关键词：齿轮；加工；问题

齿轮是现代机械传动中的重要组成部分。从国防机械到民用机械，从重工业机械到轻工业机械，无不广泛的采用齿轮传动。随着我国工农业生产和科学技术的飞跃发展，对于齿轮的需要显著增加。因此，多快好省精的生产齿轮已经成为发展机械工业的一个重要环节。

1 齿轮加工工艺过程常见问题

1.1 齿数不正确。在齿轮的整个圆周上轮齿的总数称为齿数。齿轮齿数的确定原则和要求先初定齿轮模数及传动轴直径，以便满足结构要求。首先，滚刀选用不正确。由于齿轮齿形比较复杂，影响其加工精度的因素也十分复杂多变。除滚齿设备的自身精度、齿坯的安装调整、齿轮材质、热处理等因素外，齿轮滚刀的合理选择也是十分重要的。齿数误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化。其次，工件毛坯尺寸不正确。传统毛坯尺寸基准设计忽略了工艺过程的差异，而统一将零件图中各尺寸基准作为毛坯尺寸基准，导致毛坯在后续加工过程中余量误差增大而浪费材料。第三，附加运动方向不对。在滚齿机加工斜齿轮时，附加运动方向的判定比较困难，再加上铣削方式、工件螺旋方向及滚刀螺旋方向等因素的变化，更增加了判断的难度。

1.2 齿形不对称。首先，滚刀安装不对中。滚刀的安装好坏影响着滚刀径向、轴向跳动，最终影响切齿精度。一般安装滚刀前宜先校正刀轴，控制两端径向圆跳动小于0.005mm。台阶与螺母端面对轴线的垂直度应小于0.01mm，垫圈应淬硬磨平。滚刀装到刀轴上需校正两边凸台的径向圆跳动，尽可能使其“同步”，即两端径向圆跳动的最高点在同一方向。其次，滚刀刃磨后，螺旋角或导程误差大。常用的加工外啮合直齿和斜齿圆柱齿轮的刀具。加工时，滚刀相当于一个螺旋角很大的螺旋齿轮，其齿数即为滚刀的头数，工件相当于另一个螺旋齿轮，彼此按照一对螺旋齿轮作空间啮合，以固定的速比旋转，由依次切削的各相邻位置的刀齿齿形包络成齿轮的齿形。

1.3 齿形误差。齿形误差是指在齿形工作部门内，包容实际齿形廓线的两理想齿形（渐开线）廓线间的法向间隔。齿轮滚刀是加工外啮合直齿和斜齿圆柱渐开线齿轮最常用的一种刀具。这种滚刀侧后刀面的轴向截形是直线，如果用它代替渐开线滚刀切齿时，则切出的齿轮齿形不是渐开线，因而在理论上造成了一定的齿形误差，称为齿轮滚刀的造形误差。另外，在实际加工过程中不可能获得完全准确的渐开线齿形，老是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。齿轮的基圆是决定渐开线齿形的惟一参数，假如在滚齿加工时基圆产生误差，齿形势必也会有误差。

2 齿轮加工工艺过程常见问题解决对策

2.1 正确确定齿轮齿数。首先，合理选用滚刀。我们要选择模数、压力角相同，螺旋角相近，变位系数差异在0.1mm内，这样齿根差异才不会太大。如果相差很大，也可以通过微调滚刀的安装角度，以达到图纸上要求的根径。如果发现做出的齿轮齿顶变宽，根径变小，情况不严重时，也可以适当加大刀架角度，这样滚出的齿轮的齿顶就会变尖一点。根径变小。其次，确认好工件毛坯尺寸。加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位。无论从提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工。因此，在齿轮的技术要求中，应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的，齿顶圆精度太低，必然使所测量出的齿厚值无法正确反映齿侧间隙的大小。第三，附加运动方向要准确。目前，金属切削机床书籍及有关资料中，对滚切斜齿圆柱齿轮时工件附加运动方向的判定是：滚刀竖直移动工件螺旋线导程的过程中，当滚刀与齿轮螺旋线方向相同时，工件应多转一周，即工件附加运动方向与工件展成运动方向相同。反之，当滚刀与齿轮螺旋线方向相反时，工件应少转一周。由此可见，附加运动是形成齿轮螺旋线的运动，附加运动方向与展成运动方向、铣削方式、工件螺旋方向有关。因此，附加运动一定要准确才能保证齿轮加工质量。

2.2 齿形要对称。齿形加工是齿轮加工的关键，其方案的选择取决于多方面的因素，如设备条件、齿轮精度等级、表面粗糙度、硬度等。首先，保证滚刀的安装精度。滚刀安装在滚齿机的心轴上，需要用千分表检验滚刀两端凸台的径向圆跳动不大于0.005 mm。同时，要适时窜位。滚刀在滚切齿轮时，通常情况下只有中间几个刀齿切削工件，因此这几个刀齿容易磨损。为使各刀齿磨损均匀，延长滚刀耐用度，可采取当滚刀切削一定数量的齿轮后，用手动或机动方法沿滚刀轴线移动一个或几个齿距，以提高滚刀寿命。其次，控制滚刀刃磨质量。积极采用滚刀刃磨床，它具有精度高、价格低、操作方便灵活等特点。采用高精度直线导轨、精密分度盘，保证了滚刀刃磨的精度。独立的砂轮修整装置和滚刀的螺旋进刀、对刀装置，大大提高了操作灵活性和刃磨滚刀的工作效率。第三，检查交换齿轮的安装及运转状况。交换齿轮是用以改变机床切削速度或进给量（见切削用量）的可更换齿轮组，并在应用中能够交换位置使用的齿轮。通过使用交换齿轮能够将原来的升（降）速传动变成降（升）速传动，而传动比互为倒数。因此，为了保证车床的正常运转，必须及时检查交换齿轮的安装及运转情况。

2.3 避免齿形误差。首先，合理选用工件装夹。数控加工时夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时一是要通常考虑可调整夹具，组合夹具及其它适用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。当在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。其次，充分考虑利用新工艺、新技术和新材料随着毛坯制造专业化生产的发展，目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用越来越多，如精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料的应用日益广泛，这些方法可大大减少机械加工量，节约材料，有十分显著的经济效益。第三，做好定位基准的选择。对于齿轮定位基准的选择常因齿轮的结构形状不同，而有所差异。带轴齿轮主要采用顶尖定位，孔径大时则采用锥堵。顶尖定位的精度高，且能做到基准统一。

3 结束语

总之，齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。如今，齿轮加工正朝着高效、高精度及绿色制造方向发展，齿轮加工也正朝着全数控、功能复合、智能化、自动化及信息化方向发展。广大技术工作者要抓住这一发展趋势，更好地为我国的齿轮加工行业提供高效、复合、智能的技术服务。

参考文献

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