齿轮的精加工——剃齿工艺及剃齿刀设计
疋科技凰
齿轮的精加工
——剃齿工艺及剃齿刀设计
杨雪君
(湖北黄冈职业技术学院，湖北黄冈438002)
蛹要】剃齿加工是齿轮精加工最常用的一种方法。剃齿是在齿轮切齿以后，热处理以前的一个工序，齿轮经过热处理以后，如果它的硬度是在洛氏硬度溆c)40vv．T的，也是可以用的。用剃齿法加工出的齿轮，精度较高(可迭6"7个精度)，光洁度好(△7一△8)、生产效率高(加工一个齿轮，—般但需1—2分钟)，同时所用的机床结构简单，调整方便，是广泛应用于齿轮精加工的工艺技术。
[关键词]剃齿加工；剃齿刀；淬火；高频短周期
1剃齿；JnT原理及方法
剃齿是通过剃齿刀具把粗／JU工_的齿轮面上的金属剃掉，形成齿形，利用剃齿的方法，不但可以剃正齿轮和斜轮的齿，同时也可以在直径很小和很大的齿轮上剃齿。
剃齿的方法，一般分两种：一种是旋转式剃齿法(所用的刀具就像齿轮一样的刀具)：一种是齿条式剃齿法(刀具形式就像齿条式的)。
旋转式剃齿法是指利用剃齿刀与齿轮工件的啮合传动，从齿轮工件的齿面削去微量的加工余量，进行剃削。齿轮工件与剃齿刀啮合旋转时，齿轮轴与刀具并不平行，而是互相交错：齿轮工件和剃齿刀之间只有齿面啮合，两者的轴之间没有机械的联系，互相之间自由旋转。这也是剃齿与其它齿轮，j Uq-方法、切齿法的显著区别所在。
按剃削齿轮的移动方式或按啮合点移动方式可以将旋转式剃齿法分为几种，具有代表性的有轴向剃齿、切向剃齿、对角线剃齿及径向剃齿。轴向剃齿是通过刀具或齿轮沿齿轮轴向移动来达到剃齿刀与齿轮啮合点的移动，可以遍及齿轮的齿宽：切向剃齿是刀具或齿轮垂直于齿轮轴移动，所能加工的齿宽限于刀具的齿宽范围内，但移动量为普通剃齿的几分之一，所以加工时间缩短；对角线剃齿介于上述两者之间，刀具或齿轮在倾斜于轴的方向移动，剃削的齿宽可以宽于刀具的齿宽，刀具或齿轮的移动量介于两者之间。
用旋转式剃齿法不但可以剃齿轮的外齿，同时也可以剃齿轮的内齿(即内接齿轮)。改变旋转式剃齿力和被剃齿的齿轮各种不同的相对运动，就可以形成各种不同的剃齿法。
2剃齿的工艺
剃齿一般都在淬火前进行，但是对渗碳钢和不渗碳钢是不同的。
对不渗碳的齿轮，是在热处理(淬火、回火)前进行剃齿的。经过渗碳的齿轮就是在渗碳正火后进行剃齿的，然后再进行淬火。
剃齿的时候，特别是在大批量生产的时候，一般是经过以下几个步骤的．1)在车床上加工毛坯。2)钻机上加工孔，在拉床上拉孔。3)滚齿或插齿，并为剃齿加工留下余量。4)渗碳和正火。5)对孔和端面精加工。6)剃齿。7)热处理。8)研齿。
对不渗碳或直接淬硬的中碳合金钢齿轮加工的时候，要注意1)在车床上加工毛坯。2)用修正齿形的工具滚齿或插齿为剃齿留下余量。
3)剃齿。4)热处理。5)研齿。
3滚齿周期误差分析
从精密齿轮传动机构的要求来看，齿轮的运动精度往往是最主要的精度指标。在运动精度规范中如果采用单面综合检验方法来确定齿轮运动误差(△F乏)与转角审的函数，可以写成：△F乏=，(‘P)=n0+
x
、‘’1一
乙c nIⅢ1¨。：I计ji)
一1L
C n——第n项谐量的振幅；6n——第n项谐量的初相角。
我们将这个周期误差函数，利用谐量分析方法，分解为不同频率，振幅的正弦函数，可以看出周期量误差主要影响了运动精度。从滚齿工艺的误差分析可知，这个以工件～转为周期的大周期误差是影响工件运动误差的决定性因素，而小周期误差即高频的短周期误差一般则是恶化了工作平稳性的主要因素，是间接影响运动精度的次要因素。
229菊丽百百—丽
从诸多的滚剃齿轮工艺中诸周期误差相互转换与补偿的规律所得到的启示，以工件一转为周期的大周期误差主要由齿轮毛坯安装的几何偏心e r所引起的齿圈径向跳动E0及由滚齿机的运动偏心e k所引起的误差△由z二者组合而成。二者在一定方向和大小的条件下，可以使啮合线增加或者减小。如果再考虑自由对滚的剃齿工序的误差的校正能力，二对切向大周期误差很少能减少的情况，那么对剃前滚齿工序，应尽量利用误差补偿条件将切向误差补偿掉，而将径向误差留给剃齿工序来完成，这将是最有利的补偿大周期误差的条件。
高频短周期误差主要由于机床分度涡轮的不均匀传动引起，要想在最佳条件下减少滚齿工序中所产生的小周期误差(高频短周期误差)，只有当齿轮滚切及剃齿时的啮合角有适宜的差值才有可能，推荐二者差值△a=oc—oc e，满足下列公式：△a=a-I-黑Z凡
式中：oc剃齿刀与被剃齿齿轮的啮合角：a e：剃前滚齿时齿坯与原始齿条的啮合角：k周期误差频率。
4剃齿刀的设计
为了保证剃齿刀的齿顶和齿轮的齿跟处不相互接触，滚刀或者插齿刀的齿形必须加以修形，同时牙齿的深度要比普通深一点。剃齿刀的修形就是有意识地将剃刀节圆部份修凹，以弥补因剃齿工艺带来的齿形中凹缺陷。可选取减少剃刀外圆磨量的方法或采用负变位剃齿刀的办法来减少工件的齿形中的凹。
剃齿刀修形常用的方法有三种：一是靠模板修形法，其基本原理是先检测出被剃后的齿轮齿形中的曲线，按检测曲线设计制作修形模板，依照修形模板曲线将磨刀砂轮修形，然后用修形后的砂轮修磨剃齿刀。经过修形后的滚刀齿形顶部加厚，齿跟底部增加一斜角，这样的刀具在制作上比较困难，需要成形的砂轮磨出。修成的插齿刀是在插齿刀的前刃面用圆形薄片砂轮磨出一个凹面。刀具齿形经过修正就可以得到加工的适当齿形和余量，比较方便。
剃齿刀不像齿轮工业上使用的其他刀具那样有了很大的进展。比如滚刀首先通过引进T l N、Ti A l N、Ti C N涂层，并允许采用近于200m／ra i n切削速度的新高速钢，达到了很好的效果。剃齿加工时，切除的材料不多，切削速度也不高，因此加工中刀具刃口的压力不大。剃齿刀的制造工艺没有变化，另一方面各种涂层对剃齿刀都没有很大的作用，这是因为T i N的涂层难以贴在剃齿刀的容屑槽的侧表面上。槽侧面热处理后不再加工，表面粗糙，T i N的涂层贴得不太紧。把注意力转向改善剃齿槽的侧面粗糙度，现在的数控梳槽机，使剃齿刀容屑槽侧面的加工表面粗糙度有了很大好转。特别是热处理后的液态氨深冷处理，这种加工方法使剃齿刀材料的特性予以改变、平均使用寿命增长、剃齿刀的性能也有所改善。
5结语
虽然磨齿工艺的精度更高，但是由于剃齿工艺噪音低等的优势使其在全球齿轮生产中，还是最主要的齿轮精加工手段。
[参考文献]
1j剃齿加丁中[vl r司题及解决法，胡敏，蔡安江
2】1日】近代齿轮话会，会日俊大主编