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齿轮的加工方法大全,看看你知道几种?

作者:凯发k8国际精机 来源: 时间:2019-08-15 09:18:11 浏览次数:

 硬齿面精加工在加工精度和加工效率上取得了一些进步,出现了一些新的工艺方法。下面简单介绍下国内外硬齿面的滚齿、插齿、剃齿、珩齿以及磨齿的新工艺方法及装备。

 近年来,各种硬齿面精加工在加工精度和加工效率上都取得了一些进展,同时还出现了一些新的硬齿面精加工方法。

1.硬齿面滚齿工艺

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 由于磨齿效率低、成本高,近年来,国外开始研究硬齿面滚齿工艺,采用硬质合金滚刀可以提高加工效率,目前在日本、德国等生产中已有应用。国内近年来也在积极研究硬齿面滚齿工艺,并取得了一些进展,一些工厂生产中已有应用。

 国内一些厂家已采用硬齿面滚齿工艺代替粗磨齿,加工效率比锥面砂轮磨齿机约高5~6倍。硬齿面滚齿工艺要求滚齿机床刚度好、精度高,只有在切齿技术、刀具及机床等几个方面的正确配合下,使切齿过程达到较佳状态,硬齿面滚齿的精度才能达到7级。硬齿面滚齿存在的大问题是齿形精度较低,加工精度不稳定。其主要原因是:

 1)用硬质合金滚刀来加工60HRC 左右的硬齿面,刀具与工件的硬度相差很小,滚刀易磨损,直接影响齿形精度;

 2)由于滚齿是一种断续切削过程,滚齿过程伴随着强迫及自激振动、力和热的冲击,常常容易造成硬质合金滚刀崩刃;

 3)由于硬质合金滚刀采用负前角,而切削厚度小,工件硬度又高,使得径向切削力很大。从工艺系统分析,滚齿机的刚度虽较强,但刀杆和心轴却是2个刚性薄弱环节,径向的变形对精度影响很大。

2.硬齿面插齿工艺

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 国外有的公司将硬质合金插齿刀顶刃磨出较大的负前角,使侧刃有较大的刃倾角,形成刮削加工,也取得了初步成果。不过,要想用硬齿合金插齿刀插制6级精度齿轮是非常困难的。除了存在和硬质合金滚刀、滚齿相类似的问题外,还存在着插齿速度无法增加到与硬质合金刀具相适应的佳切削速度,往复插齿运动造成振动、插齿机传动链精度不达标等许多问题,使之未能在生产实际中应用。

 国内一些工厂在普通插齿工艺基础上,对硬齿面插齿工艺也作了一些研究。目前,可插制48HRC左右的中硬齿面7级精度齿轮,主要采取了以下措施:1)提高机床的刚度和精度,提高传动链精度;2)采用高精度插齿刀(AA 级插齿刀),严格控制刀具的安装偏心;3)提高齿坯和夹具的精度;4)选取合理的进给次数和加工进给量等。

3.硬齿面剃齿工艺

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 近年来,日本试验成功用硬质台金剃齿刀加工8级精度、硬度为60 HRC 的齿轮。为使剃齿刀能切入工件的硬齿面,除将剃齿刀上的渐开线螺旋面刃带减至窄处外,还要把剃齿刀每齿上的刀刃减至l~2个。本来软齿面剃齿的大优点是刀刃多,有渐开线螺旋面保持稳定啮合,使剃齿效率高,并保证精度。而硬齿合金剃齿刀在结构上的改动,削弱了剃齿的上述2个优点。此外,剃齿的特点是切削厚度很小,而硬质合金的刀刃一般是较钝的,故很难进行剃削加工;因而难于在生产中实际应用。

 国内近年来也在研究硬齿面剃齿工艺,目前已能剃削48 HRC 左右的中硬齿面7 级精度齿轮,加工效率很高,其主要采取了以下措施:

 1)选择剃削性能好的刀具材料做剃齿刀;

 2)提高剃齿刀的制造精度,并采用修形剃齿刀或负变位剃齿刀,不仅减小或消除了剃齿齿形的中凹现象,还能剃削鼓形齿轮;

 3)提高热处理前、后齿坯的加工精度,严格控制热处理淬火变形;

 4)精细调整机床,提高机床刚度,选择合理的剃削用量等。

4.珩齿工艺

 珩齿是目前高精度硬齿面齿轮加工的主要方法;但是,要把珩齿精度提高到6级,是比较困难的。目前,国内有的工厂已珩出6级精度齿轮。德国的工厂也是利用珩齿生产6级精度齿轮,采用粗、精2次滚齿,并采用修形剃齿刀剃齿,严格控制热处理变形等一系列措施,以保证珩前精度,并使用修形珩轮进行珩齿。

 普通珩齿工艺采用的盘形珩轮加工效率很高,1~2 min就能加工1 个齿轮。近年来,日本提出新的珩齿方法———蜗杆珩齿工艺,推出新型蜗杆珩齿机。蜗杆珩齿的工作原理是采用蜗杆形状的珩轮对齿轮齿面进行珩齿,与珩前精度比较,可提高1~2级精度。目前,蜗杆珩齿技术在日本、美国、英国和瑞士等国已有十几项专利发表,多用于汽车变速箱齿轮的制造。国内近年来对蜗杆珩齿工艺组织攻关,进行了很多研究,已由南京第二机床厂和长江机床厂生产蜗杆珩齿机,并开始在生产中应用,精度可达到6~7级,平均生产速度为3~6min/件。一般蜗杆珩轮采用普通磨料,又分为软珩和硬珩2种蜗杆珩轮。近年来试验研究采用电镀金刚石蜗杆珩轮和电镀CBN(立方氮化硼)蜗杆珩轮的珩齿工艺。

 国外近年来还发展了内啮合自由珩齿工艺,瑞士已生产出内啮合珩齿机。这种工艺采用内齿圈珩轮加工外齿轮工件,平均单件工时为1~2min,珩后精度可提高2级,一般可达6~7级。如果提高珩前精度,将能珩出更高精度的齿轮。

5.磨齿工艺

 磨齿分为展成磨齿和成形磨齿2大类。一般说来,展成磨齿的效率较低(蜗杆砂轮磨齿除外),磨齿费用较高,机床复杂,价格昂贵,限制了其在生产中的广泛应用,仅在少数精密机械及工具行业使用。而成形磨齿具有机床简单、效率较高、成本较低等优点,但由于过去成形磨齿砂轮修整问题未得到很好解决,也妨碍了成形磨齿工艺在生产中的应用。现在世界各国都在积极研究高精度、高效率、多功能、性能稳定的新型磨齿加工方法和磨齿机。

5.1 展成磨齿

 展成磨齿法又可分为单齿分度展成磨齿法和连续展成磨齿法,如图1所示。

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图1 展成法齿轮磨削方法分类

 瑞士 Maag磨齿机采用碟形砂轮磨齿,除继续保持高精度的优势外,在结构和磨削方法上有所改进,效率有所提高。为提高加工效率,Maag 公司在磨削方法上由 HSS系列磨齿机的15°/20°的普通磨削法发展到0°磨削法,采用BC机构磨修形齿轮,形成了新的SD 系列。后来 Maag 公司在0°磨削法的基础上,又发展了K磨削法,效率又有所提高。尽管这样,Maag磨齿机的效率仍然很低,磨1 个齿轮常常要耗费几个小时,成本很高,尤其是大规格磨齿机效率更低。

 锥面砂轮磨齿机传动链长,而且渐开线齿面是逐点包络出来的,影响加工精度及稳定性,单件工时一般为0.6~3h;但锥面砂轮磨齿机通用性好,在生产中应用得较广。世界上生产锥面砂轮磨齿机声誉较高的是德国的 Hofler公司和 Niles公司。这2家公司已发展了直径为3500 mm 的磨齿机系列产品。

 大平面砂轮磨齿机传动链短,结构比较简单,加工精度也较高;但加工效率很低,多用来加工剃齿刀和插齿刀等齿轮刀具以及精度较高的齿轮。各国相关厂家都在生产这种磨齿机,但多年来在结构和性能上没有太大的发展。

 在各种磨齿方法中,蜗杆砂轮磨齿机的效率高,一般10多分钟就能磨1个齿轮,适于5~6级齿数>8 mm 或直径>600 mm)的加工,还有待于解决。

 近年来,日本还出现了采用电镀CBN(立方氮化硼)蜗杆砂轮的数控蜗杆砂轮磨齿机,砂轮不用修整可连续加工几万个齿轮,用废后换新砂轮,加工效率很高,1 min 左右就能磨1 个齿轮,并能磨修形齿轮。目前,我国各种形式的展成磨齿机都已有生产,但产品尺寸系列还不够齐全。

5.2 成形磨齿

 为了解决大批量齿轮的高效经济磨齿问题,近年来世界上许多国家(如前面提到的瑞士 Maag 公司以及德国、日本、英国、美国等)又在积极研究成形磨齿工艺。成形磨齿所达到的精度与展成磨齿相媲美,且生产率还要高好多倍(但仍低于蜗杆砂轮磨齿),强力高效磨削应用于成形磨齿,效率还将进一步提高。成形磨齿一般适于5~6级精度齿轮的批量生产,还特别适合于模数大、齿致少、宽度大的齿轮和各种修形齿轮的加工。

 成形磨齿要解决的第1个问题是创造通用的成形砂轮修整器,为此近年来发表了不少这方面的专利和成果,如图2所示。国外成形磨齿机多采用靠模四杆机构修整器;但这种修整器的精度稳定性较差,靠模数量多,调整麻烦。由于准确渐开线修整器结构一般较复杂,影响精度,又发展了许多种近似渐开线修整方法。单金刚石笔修整砂轮时很难解决金刚笔磨损对修整齿形精度的影响;因此又发展了金刚滚轮修整法。由于成形金刚滚轮制造复杂、价格很贵,国外又发展了金刚砂带压轮法。近年来,国内外又研制出了数控成形砂轮修整器,采用三坐标闭环系统,以保证精度并能自动调节补偿金刚石笔磨损;但这种装置复杂、昂贵,尚未正式应用于生产。

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图2 成形磨齿砂轮修整方法分类

硬齿面齿轮精加工技术的未来发展

 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。