高效切削在工程机械齿轮加工中的应用体会

陈殿俊

摘 要：高效切削技术复杂，涉及镀层工艺、高速主轴单元以及快速CNC控制系统等，是一项系统的工程，将其引入机械制造领域，对于提高机械制造加工效率，实现加工过程中的节能降耗，最终实现高效加工、高额利润的目标意义重大。该文立足于机械齿轮加工角度，紧紧围绕机械齿轮加工中刀具与设备应用两方面，论述高效切削的应用。

关键词：齿轮加工 高效切削 刀具 涂层技术

中图分类号：TG61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0119-01

作为工程机械中重要的传动元件，齿轮的加工质量对于工程机械的使用寿命及其在传动过程中的平稳性具有决定性的影响。高效切削工艺在齿轮加工中的应用，尤其是在加工设备以及加工刀具中的应用，对于提升工程机械齿轮的加工质量，解决其低自动化生产加工问题作用重大。

1 高效切削在工程机械齿轮加工设备中的应用

高效加工设备的应用是高效切削在工程齿轮加工中，解决低自动化生产下的加工问题，提高其加工效率的重要实现途径之一。其运用的高效加工设备主要包括数控成形磨齿机、高效数控滚齿机以及车铣复合中心等。

在工程机械齿轮技工实践中，磨齿通常是齿轮加工的重要环节之一，在磨齿加工中，多运用展成法进行齿轮磨削，然而这传统的磨削方法存在着磨削效率不高，加工设备结构复杂等缺陷，不利于工程机械齿轮生产效率的提高。将高效切削引入其加工过程中，应用成形磨齿技术代替展成法磨齿，可大幅提升齿轮的磨削效率，约为展成法磨齿的2倍。然而运用成形磨齿技术的缺陷就在于初期的烧伤与磨削裂纹等问题长期无法得到有效解决。随着数控技术的发展及其在磨齿机中的运用，结合大流量冷却装置等的研发运用，工程机械齿轮的成形磨齿发存在的弊端也就迎刃而解，而且有效运用数控成形磨齿技术，在工程机械齿轮加工中，还可实现齿向与齿形的修形，以提升齿轮在传统过程中的平稳性，还有助于其磨削精度的大幅提升。

数控滚齿机具有高刚性特征，伺服功能强大，滚刀头驱动功率相对较大等特征，在工程机械齿轮加工中的应用，可充分发挥其数控伺服功能强大、高滚速等优势，实现滚齿过程中的温度补偿，是齿轮加工中一种高效的加工设备。高效数控滚齿机在实际应用过程中，滚刀转速苏范围比较广泛，约在200～1500 r/min之间，相较于常规的滚齿机滚速范围（800～1800 r/min）而言，滚刀的旋转速度大幅提升，可实现加工过程中滚刀的高速旋转。同时，高效数控滚齿机在操作过程中采用七轴四联动，主轴与分齿的展出运动无须挂轮，仅需以机械连链为载体便可实现，而且运用数控轴驱动的进给系统，可实现径向与轴向的自动变速进给与轴向L循环。加之，此种机床的具有较高的智能化水平，可依据工件自动找正数据进行串刀量的准确计算，促进加工中自动串刀的实现，有助于解决齿轮生产加工中低自动化水平的问题。此外，高效数控滚齿机具有较高刚性，齿轮切削过程中可实现工件的液压自动夹紧，减小了切削过程中的振动，在提升齿轮传动中的稳定性的同时，有助于延长其使用寿命。在工程机械齿轮加工实践中，滚刀的切削力度及其磨损情况均可通过操作面板观察实现，完成加工后，还可实现齿轮的齿向与齿形误差的自检，有助于提升齿轮加工质量。

随着数控技术的快速发展，在工程机械齿轮加工中，数控化设备得到了广泛地应用，对于提高齿轮加工与切削效率意义重大。其中车铣复合中心实现了车削技术与铣削技术的有机统一，可在同一设备上实现五轴联动，有助于一次性完成齿轮加工中铣齿、车削工序以及轴类工件装夹，且在齿轮加工实践中，转速可高达1200 r/min，切削效率非常高。

2 高效切削在工程机械齿轮加工刀具中的应用

先进刀具在工程机械加工制造中的应用，对于提升切削速度，解决切削过程中滚刀崩刃以及滚刀磨损问题具有重要作用。在淬硬齿轮加工中，为解决齿轮淬火变形问题，多运用刮削技术对齿轮的加工质量进行改善。由于齿轮模数在8～14mm之间，因此，运用的滚刀多为合金刀片滚刀，这种焊接式的硬质滚刀在加工过程中切削的速度无法满足要求，而且这种刀具需要较长的刃磨时间，且刃磨之后滚刀的精度及其容易受损，无法全面满足高效切削的要求。基于此，在工程机械齿轮加工中，为充分满足切削的速度要求，可将可更换刀片组合滚刀应用于切削加工实践之中，相较于焊接式硬质刀具而言，其切削的速度可提升40%左右，而且还可获得相当稳定的齿轮加工质量。同时，运用这种先进刀具，在齿轮加工过程中，不需要刃磨，提升了加工的速度。在加工过程中，若单个刀片的磨损量超出要求，可更换另外的切削刃或刀片，省略了拆卸刃磨环节，在节省换刃时间的同时，还减少了加工原材料的同时，有助于加工成本的降低。

另外，在工程机械齿轮加工实践中，在制齿加工中，滚齿工艺是核心的工艺技术，在滚齿加工中，占有超过70%的比重。然而在滚齿加工中，常规滚刀多以高速钢为其主要材质，这就造成了在滚齿加工中，若切削速度大幅提升，就极其容易引发滚刀磨损量增大等问题，减少了滚刀的使用寿命，同时也增加了加工成本。针对这一问题，随着涂层技术的飞速发展，高速钢滚刀涂层技术在滚刀工艺在应用非常广泛，例如，运用ALCrN、TiNC等的滚刀涂层处理技术，在齿轮加工中的应用，对于改善滚刀的质量，提升加工效率作用巨大。涂层处理技术的主要优势在于防止滚刀崩刃问题出现，提高滚刀的耐磨性、耐热性，并减小滚刀在切削过程中的切削摩擦力。以M42刀具材料为例，在其应用工程中，经TiN涂层涂层处理，其涂层滚刀效率可大幅提升，切削速度可达145 r/min左右。由此可见，在工程机械齿轮加工中，加大进给量以及全面提升滚刀的转速是实现高效切削的最有力的途径。在切削速度提高的同时，可快速排出切屑，从而减轻切削热，可降低齿轮加工中冷却使用成本，还可获得环保效应。

综上可见，高效切削在齿轮加工中的应用主要通过加工设备以及先进刀具两方面实现，在提高了工程机械齿轮加工中切削效率、降低加工劳动强度的同时，还可获得高质的加工产品，对于促进机械制造业的持续发展具有重要意义，是齿轮加工的必然趋势。

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