發布時間：2018-06-12 14:39:29    瀏覽次數：

硬齒面精加工在加工精度和加工效率上取得了一些進步，出現了一些新的工藝方法。本文對國內外硬齒面的滾齒、插齒、剃齒、珩齒以及磨齒的最新工藝方法及裝備進行了介紹，尤其是對磨齒加工的成形法和展成法工藝現狀進行了詳細介紹，指出了硬齒面精加工方法的發展方向。

近年來，各種硬齒面精加工在加工精度和加工效率上都取得了一些進展，同時還出現了一些新的硬齒面精加工方法。

硬齒面滾齒工藝

由于磨齒效率低、成本高，近年來，國外開始研究硬齒面滾齒工藝，采用硬質合金滾刀可以提高加工效率，目前在日本、德國等生產中已有應用。國內近年來也在積極研究硬齒面滾齒工藝，并取得了一些進展，一些工廠生產中已有應用。

北京第二機床廠和濟南第一機床廠等一些廠家已采用硬齒面滾齒工藝代替粗磨齒，加工效率比錐面砂輪磨齒機約高５～６倍。硬齒面滾齒工藝要求滾齒機床剛度好、精度高，只有在切齒技術、刀具及機床等幾個方面的正確配合下，使切齒過程達到最佳狀態，硬齒面滾齒的精度才能達到７級。硬齒面滾齒存在的最大問題是齒形精度較低，加工精度不穩定。其主要原因是：

１）用硬質合金滾刀來加工６０ＨＲＣ 左右的硬齒面，刀具與工件的硬度相差很小，滾刀易磨損，直接影響齒形精度；

２）由于滾齒是一種斷續切削過程，滾齒過程伴隨著強迫及自激振動、力和熱的沖擊，常常容易造成硬質合金滾刀崩刃；

３）由于硬質合金滾刀采用負前角，而切削厚度小，工件硬度又高，使得徑向切削力很大。從工藝系統分析，滾齒機的剛度雖較強，但刀桿和心軸卻是２個剛性薄弱環節，徑向的變形對精度影響很大。

硬齒面插齒工藝

國外有的公司將硬質合金插齒刀頂刃磨出較大的負前角，使側刃有較大的刃傾角，形成刮削加工，也取得了初步成果。不過，要想用硬齒合金插齒刀插制６級精度齒輪是非常困難的。除了存在和硬質合金滾刀、滾齒相類似的問題外，還存在著插齒速度無法增加到與硬質合金刀具相適應的最佳切削速度，往復插齒運動造成振動、插齒機傳動鏈精度不達標等許多問題，使之未能在生產實際中應用。

國內一些工廠在普通插齒工藝基礎上，對硬齒面插齒工藝也作了一些研究。目前，可插制４８ＨＲＣ左右的中硬齒面７級精度齒輪，主要采取了以下措施：１）提高機床的剛度和精度，提高傳動鏈精度；２）采用高精度插齒刀（ＡＡ 級插齒刀），嚴格控制刀具的安裝偏心；３）提高齒坯和夾具的精度；４）選取合理的進給次數和加工進給量等。

硬齒面剃齒工藝

近年來，日本試驗成功用硬質臺金剃齒刀加工８級精度、硬度為６０ ＨＲＣ 的齒輪。為使剃齒刀能切入工件的硬齒面，除將剃齒刀上的漸開線螺旋面刃帶減至最窄處外，還要把剃齒刀每齒上的刀刃減至ｌ～２個。本來軟齒面剃齒的最大優點是刀刃多，有漸開線螺旋面保持穩定嚙合，使剃齒效率高，并保證精度。而硬齒合金剃齒刀在結構上的改動，削弱了剃齒的上述２個優點。此外，剃齒的特點是切削厚度很小，而硬質合金的刀刃一般是較鈍的，故很難進行剃削加工；因而難于在生產中實際應用。

國內近年來也在研究硬齒面剃齒工藝，目前已能剃削４８ ＨＲＣ 左右的中硬齒面７ 級精度齒輪，加工效率很高，其主要采取了以下措施：

１）選擇剃削性能好的刀具材料做剃齒刀；

２）提高剃齒刀的制造精度，并采用修形剃齒刀或負變位剃齒刀，不僅減小或消除了剃齒齒形的中凹現象，還能剃削鼓形齒輪；

３）提高熱處理前、后齒坯的加工精度，嚴格控制熱處理淬火變形；

４）精細調整機床，提高機床剛度，選擇合理的剃削用量等。

珩齒工藝

珩齒是目前高精度硬齒面齒輪加工的主要方法；但是，要把珩齒精度提高到６級，是比較困難的。目前，國內有的工廠已珩出６級精度齒輪。德國的工廠也是利用珩齒生產６級精度齒輪，采用粗、精２次滾齒，并采用修形剃齒刀剃齒，嚴格控制熱處理變形等一系列措施，以保證珩前精度，并使用修形珩輪進行珩齒。

普通珩齒工藝采用的盤形珩輪加工效率很高，１～２ ｍｉｎ就能加工１ 個齒輪。近年來，日本提出新的珩齒方法———蝸桿珩齒工藝，推出新型蝸桿珩齒機。蝸桿珩齒的工作原理是采用蝸桿形狀的珩輪對齒輪齒面進行珩齒，與珩前精度比較，可提高１～２級精度。目前，蝸桿珩齒技術在日本、美國、英國和瑞士等國已有十幾項專利發表，多用于汽車變速箱齒輪的制造。國內近年來對蝸桿珩齒工藝組織攻關，進行了很多研究，已由南京第二機床廠和長江機床廠生產蝸桿珩齒機，并開始在生產中應用，精度可達到６～７級，平均生產速度為３～６ｍｉｎ／件。一般蝸桿珩輪采用普通磨料，又分為軟珩和硬珩２種蝸桿珩輪。近年來試驗研究采用電鍍金剛石蝸桿珩輪和電鍍ＣＢＮ（立方氮化硼）蝸桿珩輪的珩齒工藝。

國外近年來還發展了內嚙合自由珩齒工藝，瑞士已生產出內嚙合珩齒機。這種工藝采用內齒圈珩輪加工外齒輪工件，平均單件工時為１～２ｍｉｎ，珩后精度可提高２級，一般可達６～７級。如果提高珩前精度，將能珩出更高精度的齒輪。

磨齒工藝

磨齒分為展成磨齒和成形磨齒２大類。一般說來，展成磨齒的效率較低（蝸桿砂輪磨齒除外），磨齒費用較高，機床復雜，價格昂貴，限制了其在生產中的廣泛應用，僅在少數精密機械及工具行業使用。而成形磨齒具有機床簡單、效率較高、成本較低等優點，但由于過去成形磨齒砂輪修整問題未得到很好解決，也妨礙了成形磨齒工藝在生產中的應用?，F在世界各國都在積極研究高精度、高效率、多功能、性能穩定的新型磨齒加工方法和磨齒機。

5.1 展成磨齒

展成磨齒法又可分為單齒分度展成磨齒法和連續展成磨齒法，如圖１所示。

圖１ 展成法齒輪磨削方法分類

瑞士 Ｍａａｇ磨齒機采用碟形砂輪磨齒，除繼續保持高精度的優勢外，在結構和磨削方法上有所改進，效率有所提高。為提高加工效率，Ｍａａｇ 公司在磨削方法上由 ＨＳＳ系列磨齒機的１５°／２０°的普通磨削法發展到０°磨削法，采用ＢＣ機構磨修形齒輪，形成了新的ＳＤ 系列。后來 Ｍａａｇ 公司在０°磨削法的基礎上，又發展了Ｋ磨削法，效率又有所提高。盡管這樣，Ｍａａｇ磨齒機的效率仍然很低，磨１ 個齒輪常常要耗費幾個小時，成本很高，尤其是大規格磨齒機效率更低。

錐面砂輪磨齒機傳動鏈長，而且漸開線齒面是逐點包絡出來的，影響加工精度及穩定性，單件工時一般為０．６～３ｈ；但錐面砂輪磨齒機通用性好，在生產中應用得較廣。世界上生產錐面砂輪磨齒機聲譽較高的是德國的 Ｈｏｆｌｅｒ公司和 Ｎｉｌｅｓ公司。這２家公司已發展了直徑為３５００ ｍｍ 的磨齒機系列產品。

大平面砂輪磨齒機傳動鏈短，結構比較簡單，加工精度也較高；但加工效率很低，多用來加工剃齒刀和插齒刀等齒輪刀具以及精度較高的齒輪。各國相關廠家都在生產這種磨齒機，但多年來在結構和性能上沒有太大的發展。

在各種磨齒方法中，蝸桿砂輪磨齒機的效率最高，一般１０多分鐘就能磨１個齒輪，適于５～６級齒數＞８ ｍｍ 或直徑＞６００ ｍｍ）的加工，還有待于解決。

近年來，日本還出現了采用電鍍ＣＢＮ（立方氮化硼）蝸桿砂輪的數控蝸桿砂輪磨齒機，砂輪不用修整可連續加工幾萬個齒輪，用廢后換新砂輪，加工效率很高，１ ｍｉｎ 左右就能磨１ 個齒輪，并能磨修形齒輪。目前，我國各種形式的展成磨齒機都已有生產，但產品尺寸系列還不夠齊全。

5.2 成形磨齒

為了解決大批量齒輪的高效經濟磨齒問題，近年來世界上許多國家（如前面提到的瑞士 Ｍａａｇ 公司以及德國、日本、英國、美國等）又在積極研究成形磨齒工藝。成形磨齒所達到的精度與展成磨齒相媲美，且生產率還要高好多倍（但仍低于蝸桿砂輪磨齒），強力高效磨削應用于成形磨齒，效率還將進一步提高。成形磨齒一般適于５～６級精度齒輪的批量生產，還特別適合于模數大、齒致少、寬度大的齒輪和各種修形齒輪的加工。

成形磨齒要解決的第１個問題是創造通用的成形砂輪修整器，為此近年來發表了不少這方面的專利和成果，如圖２所示。國外成形磨齒機多采用靠模四桿機構修整器；但這種修整器的精度穩定性較差，靠模數量多，調整麻煩。由于準確漸開線修整器結構一般較復雜，影響精度，又發展了許多種近似漸開線修整方法。單金剛石筆修整砂輪時很難解決金剛筆磨損對修整齒形精度的影響；因此又發展了金剛滾輪修整法。由于成形金剛滾輪制造復雜、價格很貴，國外又發展了金剛砂帶壓輪法。近年來，國內外又研制出了數控成形砂輪修整器，采用三坐標閉環系統，以保證精度并能自動調節補償金剛石筆磨損；但這種裝置復雜、昂貴，尚未正式應用于生產。

圖２ 成形磨齒砂輪修整方法分類

硬齒面齒輪精加工技術的未來發展

隨著數控技術的出現，硬齒面齒輪的精加工設備在機床的成形運動設計方面，原有的形成齒輪漸開線輪廓的內聯系傳動鏈是通過機械機構實現的。數控技術使得機床的每個運動都加入一個伺服電動機，通過數控機床的ＣＮＣ系統，向每個伺服電動機發送脈沖指令，每個伺服電動機得到指令后，通過電動機旋轉帶動滾珠絲杠實現機床運動，這樣就消除了原有的、形成齒輪漸開線輪廓的、內聯系傳動鏈的機械機構誤差，使機床運動精度得到提高。新的數控滾齒機、插齒機、剃齒機以及磨齒機將得到廣泛應用。

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