硬齿面齿轮加工技术研究及应用

林阔++董福超

摘 要：硬齿面齿轮加工技术分析了加工大批量低成本硬齿面齿轮的常用加工方法，在加工精度和加工效率上取得了一些进步，主要针对国内外滚齿、插齿、剃齿等硬齿面齿轮加工技术的现状进行了探讨。本文主要对硬齿面齿轮加工技术进行了研究及其技术的应用进行了分析。科学技术在不断进步，硬齿面齿轮加工技术将会进一步地完善和发展。

关键词：硬齿面齿轮；精加工；硬齿面齿轮加工技术

硬齿面齿轮是指齿面硬度大于HRC40的齿轮，它承载能力大、体积小、重量轻、寿命长、相对使用成本低、传动质量好；然而齿轮经过淬硬处理，不可避免地产生变形，使齿轮精度普遍降低l-2级甚至更多，造成齿轮副传动时噪声大、效率低，它是采用特种钢材，应用复合工艺使齿轮表面硬度达到HRC 45以上硬度的齿轮，通常采用齿轮表面渗氮或氮碳共渗（硬度约为HRC52）、中高频感应淬火或火焰淬火（硬度约为HRC55）和齿轮表面渗碳淬火（硬度HRC 58～62），加工工艺一般采用滚齿-剃齿-热处理或珩齿工艺；滚齿-热处理-磨齿工艺，国内外制定了齿轮表面硬度、芯部硬度、有效硬化层深度等一系列检验标准，对完善热处理工艺，保证硬齿面齿轮质量起到了重要的作用，使硬齿面齿轮技术得到快速发展和广泛应用。

一、硬齿面齿轮加工现状

硬齿面齿轮传动足现代装备制造业中传递动力和运动的一种主要形式。硬齿面齿轮的设计和制造水平直接影响到机械产品的性能，在工业发展中占有举足轻重的地位，被公认为工业化先进程度的一种标志。随着工业技术的飞速发展，要求齿轮具有高精度、高速、高承载力、高齿面硬度、良好的齿面质量、长寿命等技术指标。在工业领域中，对具有高齿面质量、高传动性能齿轮数量的需求成几何级数增长。硬齿面齿轮精加工技术关系到国家安全和尖端科技的发展，是国家的一项战略需求，因此，硬齿面齿轮的精加工工艺成为齿轮加工技术发展的主导方向。硬齿面齿轮的精加工是以高效率、高质量、低成本为目标，实现材料高效去除的一种齿轮精加工技术。随着硬质合金材料、刀具涂层技术、超硬磨粒T具制备技术和齿轮精加工机床技术的发展，淬硬齿轮加工技术和齿轮加工精度有了显著的提高，高精度齿轮的加工成本大幅度降低。目前，针对淬火后硬齿面齿轮所采用的加工方法有硬齿面剃齿、硬齿面精滚（刮削）、硬齿面磨齿和硬齿面珩齿技术等。其中硬齿面剃齿、硬齿面精滚适用于齿面硬度为HRC 45～53的齿轮精加工，硬齿面磨齿、硬齿面珩齿适用于齿面硬度HRC≥45的齿轮精加工。

二、硬齿面齿轮加工技术

目前，硬齿面齿轮的加工技术有：切削类有硬质合金滚刀滚齿，硬质合金剃齿刀剃齿、硬质合金插齿刀插齿等。

（一）滚齿加工

滚齿是一种高效的、应用广泛的齿廓加工方法，是依照交错轴斜齿轮啮合原理进行加工的，过去主要用于软齿面加工。目前，通过提高滚齿机刚性，采用高性能高速钢、硬质合金和先进的刀具涂层技术，硬齿面滚齿工艺已广泛用于模数为2～40、齿面硬度为HRC40—64的硬齿面圆柱齿轮的半精滚和精滚加工，可作为磨前预加工，可以去掉淬火变形量，缩短磨齿工时，降低磨齿加工成本，且无磨削烧伤或裂纹，还可硬化齿面，提高齿轮的疲劳强度。国外硬齿面滚齿精度可达6级，国内可达7～8级，硬齿面滚齿表面粗糙度可达Ra0.63～1.25μm甚至更低。滚齿的缺点是不能切制内齿轮及多联齿轮。硬齿面滚齿齿形修正靠修正刀具来完成。齿向修形靠滚齿机数控系统控制工件或刀具两坐标联动实现圆弧插补。

（二）剃齿加工

剃齿是一种齿轮精加工方法.可以加工直齿或斜齿轮，采用剃齿刀加工出的齿轮质量较好。一般可达到5～7级精度.而且剃齿刀的耐用度和生产效率都比较高。普通剃齿法加工时接触压力大，一般只适用于软齿面的精加工，不能用于硬齿面加工。近几年推出了一种硬齿面剃齿法.是德国Hurth公司20世纪80年代初研究开发的齿轮精加工方法.是利用精密齿轮状基体涂镀金刚石的刀具与热处理后的齿轮作高速啮合运动。它不同于普通剃齿是.此时刀具与工件不是自由啮合，而是高速同步运动。此技术是复杂基体精密涂镀金刚石技术、数控高速同步技术、剃磨机床技术的综合运用。加工中所产生的齿形中凹问题靠刀具修形来解决。这种方法主要用于硬度为HRC50左右的中硬齿面精加工，剃齿刀材料选用高性能高速钢进行表面化学处理。

（三）插齿加工

插齿也是广为采用的切齿方法.它用形状为齿轮或齿条的插齿刀具。它与被加工齿轮按一定的速度作啮合运动的同时.刀具沿齿长方向作往复运动形成切削加工，特别适合于加工内齿轮和多联齿轮。硬齿面齿轮的精插削是指采用硬质合金插齿刀精加工热处理后、硬度为HRC45～64的硬齿面齿轮。硬齿面插齿刀的研制，国外起步较早，现已进入应用阶段。国内开始于20世纪80年代中期。例如我国内蒙古第一机械制造厂采用758刀片制造的压配式插齿刀（采用平前刀面）加工硬度HRC60的齿轮达到8级精度：成都工具研究所采用AA级硬质合金插齿刀加工HRC45-62的硬齿面齿轮，加工精度可达6～7级，Ra达0.4～0.8μm。硬齿面插齿加工具有下列优点：对于硬齿面的直齿外齿轮、内齿轮、双联（三联）或带台肩齿轮都能方便地进行加工；工艺过程简单、操作方便、效率高、成本低。

三、结束语

随着数控技术的出现，硬齿面齿轮的精加工设备在机床的成形运动设计方面，原有的形成齿轮渐开线轮廓的内联系传动链是通过机械机构实现的。数控技术使得机床的每个运动都加入一个伺服电动机，通过数控机床的CNC系统，向每个伺服电动机发送脉冲指令，每个伺服电动机得到指令后，通过电动机旋转带动滚珠丝杠实现机床运动，这样就消除了原有的、形成齿轮渐开线轮廓的、内联系传动链的机械机构误差，使机床运动精度得到提高。新的数控滚齿机、插齿机、剃齿机以及磨齿机将得到广泛应用。

参考文献：

[1]李治平.弧齿锥齿轮的硬齿精加工探讨[J].金属加工（冷加工），2015.

[2]郭玉生.硬齿面刮削加工探讨[J].企业文化，2014.