梳齒工藝技術(shù)的比較優(yōu)勢.pdf

T e c o g y a n d 工藝與檢測 梳齒 工藝技術(shù) 的 比較優(yōu) 勢 術(shù) 周 湘衡 中鋼集團衡 陽重機有限公司 湖南 衡 陽 4 2 1 0 0 2 摘要 齒輪制造工藝技術(shù)是獲得優(yōu)質(zhì)齒輪的關(guān)鍵 由于對梳齒工藝技術(shù)的比較優(yōu) 勢認(rèn)識不足 研究滯后 造成我國梳齒工藝設(shè)計的理念和工藝實踐都較陳 I E t 梳齒工藝技術(shù)的比較優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮 制約了其在我國的發(fā)展 通過對梳 滾 插齒 3種切齒工藝進行全面的分析對比 來 闡述梳齒技術(shù) 經(jīng)濟效益明顯優(yōu)于滾 插齒 尤其是在加工精度較高 模數(shù)較大 齒面較硬 主動輪齒數(shù)很少的大傳 動 比 大變位 寬齒面復(fù)合齒廓的齒輪副時效益尤為突 出 從而明確 了梳 齒工藝進 一步研究的方 向 為大力推動梳齒工藝技術(shù)在我國的充分發(fā)揮和發(fā)展奠定理論基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞 梳齒工藝 分析對 比 比較優(yōu)勢 認(rèn)識不足 研究滯后 國際接軌 中圖分類號 T G7 0 6 文獻標(biāo)識碼 A Co mp a r is o n a d v a n t a g e o f t o o t h s lo t t in g p r o ce s s t e ch n o l o g y ZHOU Xia ng h e n g S i n o s t e e l H e n g y a n g Ma ch in e r y C o L t d He n g y a n g 4 2 1 0 0 2 C H N Abs t r a ct To o t h s lo t t in g p r o ce s s t e ch n o lo g y o f g e a r s is t h e k e y t o ma n u f a ct u r e q u a lit y g e a r s T he t h e o r y a n d p r a ct ice o f t h is t e ch n o l o g y is o u t o f d a t e in C h in a b e ca u s e o f b a ck wa r d r e s e a r ch a n d la ck o f u n d e r s t a n d i n g o f t h e co mp a ri s o n a d v a n t a g e t h e co mp a r is o n a d v a n t a g e o f t his t e ch n o lo g y i s r e s t r i ct e d a nd h a s n o t b e e n d e v e l o p e d t o f ul l e x t e n t By a n a l y z in g t h r e e t o o t h cu t t in g p r o ce s s e s o f s lo t t in g h o b b in g a n d s h a p in g s lo t t i ng s h o ws mo r e e co no mi ca lly e f f i cie n ce e s p e cia ll y a t cu t t in g g e a r p a ir s wit h h ig h p r e cis e bi g g e r mo d u lu s ha r d e r s u r f a ce s ma ll n umb e r o f t e e t h o f ma i n d r i v in g g e a r s la r g e t r a n s mis s io n r a t io a nd s h ift co e f f i cie n t b r o a d s u r f a ce a n d co mp o u n d p r o fi le T h i s p a p e r s p e cifi e s t h e d e v e lo p i n g t r e n d s o f f u r t h e r r e s e a r ch o f s lo t t in g p r o ce s s a n d la y s t he t h e o r e t ica l f o u n d a t i o n t o e n h a n ce f u lly t h e d e v e lo p me n t o f s lo t t in g p r o ce s s t e chn o lo g y i n Ch in a Ke y wo r d s t o o t h s lo t t in g p r o ce s s a n a l y z e co mp a r is o n a d v a n t a g e la ck o f u n de r s t a n d in g b a ck wa r d r e s e a r ch in t e 1 T I a t io n a liz a t j o n 1 問題 的提出 由于引進馬格 MA A G 梳齒機 又稱齒 條刀插齒 機 才 接觸 到 梳齒工 藝 技 術(shù) 本來 梳 滾 插齒 是 3種不同的切制 圓柱齒輪 的工藝方法 各 自都有優(yōu)缺 點 都可以揚長避短并行不悖地 互補地發(fā)展 國外的 實踐正是這樣 文獻 1 在論述 了梳齒工藝 的特點后 指 出 國外 的實踐證明 當(dāng)齒輪模數(shù)大于 1 0 1 2 m m時 梳齒生產(chǎn)率 比滾 插齒 高 國內(nèi)的實踐也 印 證 了這一點 在馬格梳齒機 S H 3 5 0 5 0 0 上 用高速鋼 梳齒刀加工中硬齒面 3 0 0 4 0 0 H B 徑節(jié) D P 1的圓柱 齒輪 精度和生產(chǎn) 率都優(yōu) 于滾齒 至于帶窄空刀槽 的 國務(wù) 院原重大技術(shù)裝備項 目 8 5 3 0 1 0 1 2 4 人字齒 輪 多聯(lián) 齒 輪 的制造 滾 齒 工藝 更 是無 能 為 力 了 那 么 是什么因素制約了梳齒工藝在我國的發(fā)展 呢 其 主要 原 因是 第一 思想 上認(rèn) 識 不 足 關(guān) 鍵 是對梳齒工藝的比較優(yōu)勢認(rèn)識不清 表現(xiàn)在現(xiàn)有 文獻 介紹梳齒工藝時 機床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 因有空行程和返 程 故效率低等 優(yōu)點是刀具簡單 剛度高 萬能性好 精度高于滾 插齒 故此大家普遍認(rèn) 為梳齒工藝不 是主流工藝 是滾 插齒工藝 的補充 第二 工藝探索 和實踐少 沒有完全消化吸收 窄空刀槽 的齒輪設(shè)計 少 梳齒工藝的優(yōu)勢沒有發(fā)揮 第三 研究全面滯后缺 少系統(tǒng)性 現(xiàn)無相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范手冊等 特別是 工藝與檢測 T e c h n 0 Io g y a n d 對斜齒梳齒刀刃磨工藝的應(yīng)用缺乏理論指導(dǎo) 以至于 到 目前為止不少相關(guān)專業(yè)人員 以端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的 斜齒輪的幾何計算 都不會 上述 因素相互交叉疊加 造成 的后果是諸如馬格類型 的梳齒機 往往是 棄其 所長 用其所短 只用于加工直齒輪 甚 至不用梳齒 工藝 殊為可惜 2 梳 滾 插齒 3種工藝對比 評定一種工藝方法 的優(yōu)劣 必須對其加工質(zhì)量 效 率 費用 通用性等 即技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行全面的分析 比較 這 3種工藝都應(yīng) 當(dāng)在各 自的具有 比較優(yōu)勢的加 工范 圍內(nèi)發(fā) 展 那 么 梳齒 工 藝在 哪 些 方 面具 有 優(yōu) 勢呢 2 1 梳齒工藝在加工硬齒面齒輪方面的優(yōu)勢 對于抗拉強度 6 b 1 4 0 0 M P a 4 0 0 H B 的齒輪 用梳齒法相對較易 其 主要原 因是 第一 由于刀具簡 單 剛度好和刃磨方便 故可 以根據(jù)待 切齒輪 的材 質(zhì) 機械性能和可加工性 以下 同 較方便地設(shè)計并 刃 磨 出具有優(yōu)化的諸切削角度的刀具來 并且刀具可方 便采用先進材料和表 面強化工藝等 第二 在滾切硬 度較高的大模數(shù) 大變位 多齒數(shù)寬齒面 的大型齒輪 因切削量較大和滾刀切刃長度不足等 刀具磨損較明 顯 難 以控制精度和齒面粗糙度 甚至還有殘留齒和頂 刀等不正?，F(xiàn)象 而梳齒由于是沿切向一齒一齒地加 工 因此可 以停機并能在切削過程當(dāng)中刃磨刀具 這一 點是十分重要的 第 三 充分發(fā)揮切削過程 中展成機 構(gòu)停止動作工 件即呈靜止?fàn)顟B(tài) 因此 機床一刀具 系統(tǒng)的剛度好 且梳齒機是切齒機 中精度最高的這一 強項 特別是在刮削硬齒面和干式切削工藝條件下 相 比滾 插齒切削平穩(wěn)可得到較高的質(zhì) 量和生產(chǎn)率 這 點 恰恰表 明 了梳齒 工藝 的缺點在一定 條件 下可 以 轉(zhuǎn)化 為優(yōu)點 第四 裝刀滑 臺是 由曲柄連桿機構(gòu)驅(qū) 動 兩端死點 的速度為零 而在 中點 速度最大 加速切 人有利于刀具對硬齒面的穩(wěn)步 啃 人 第五 梳齒 的 每一切削沖程 中切屑面積保持不 變 切削力 穩(wěn)定 故可便于刀具 選擇 優(yōu)化切 削用 量和切削角度 有 利于提高切齒效率 和精度及齒面質(zhì)量 延 長刀具使用 壽命 這一優(yōu)勢對硬齒面很重要 通過以上論述和實 踐證 明 梳齒在加工 5 8 6 2 H R C的硬齒面齒輪時 也可高效地達到 D I N 5級精度 當(dāng)齒輪硬度越 高時 梳齒 的效果越顯著 2 2精度和齒面質(zhì)量問題 作為終切工序而言 梳齒 比滾 插齒 的精度要高 其基本原因分解敘述主要有以下幾點 第一 梳 插齒 1 0 0 不存在滾齒的加工原理誤差 第二 梳齒刀不存在滾 插齒中的原 理誤差 如造形和齒形角誤差 由于刀 具結(jié)構(gòu)簡單 高精度梳齒刀比相應(yīng)插 滾刀獲得容易 制造檢測更方便 第三 梳齒 的加工原理相 當(dāng)于齒條 和齒輪 工件 的嚙合轉(zhuǎn)動 即刀具齒廓 的滾切運動軌 跡廓線包絡(luò)而形成齒輪牙齒 的漸開線齒廓 故無需形 成螺旋線齒槽 如滾齒的差 動傳 動鏈 的附加運動機 構(gòu) 所以梳齒齒向誤差不存在滾 插齒的原理誤差 對 于大質(zhì)數(shù) 如齒數(shù) 1 0 7 齒輪 因梳 滾 插齒的分齒交 換齒輪 比都是按近似逼近值 此時滾齒靠差動傳動鏈 的附加運動來補償 而梳 插齒 由于是一齒一齒地加工 方式 故梳 插齒有齒距誤差 這點對大質(zhì)數(shù)寬齒面或 人字齒輪尤為重要 第四 從折線線段 的數(shù) 目 l 來 分析 滾齒時 齒形的形成過程是斷續(xù) 的 在端面中的 齒形是由一些包絡(luò)成理論漸開線 的折線組成 的 折線 線段 的數(shù) 目N 與滾刀的容屑槽數(shù) 目k 成正比 與滾刀頭數(shù) 成反 比 是滾刀與齒輪 嚙合時 的重合 度 是不能通過改變加工條件而增減的 滾切少齒數(shù)的 齒輪時 這種現(xiàn)象更突 出 而在梳 插齒機上 折線線 段的數(shù) 目N 8 r m S 與進給量 5成反比 每一節(jié)距的 行程次數(shù)也就是展成漸開線刀具 的軌跡數(shù) 能夠依據(jù) 待切齒輪的精度要求 模數(shù) 齒數(shù) 螺旋角 材質(zhì) 生產(chǎn) 率等在廣泛的范圍內(nèi)調(diào)整 折線線段 的數(shù) 目 少齒形 棱度高 齒形精度就差 故梳 插齒比滾齒的齒面粗糙 度值小 齒形精度要高 在同等條件下 因梳齒刀的齒 廓是直線 比凸齒為漸開線的插齒刀產(chǎn)生的棱度要低 故梳齒比插齒的齒形精度又要高些 第五 從齒面波 度 來分析 滾齒時 由于軸 向進給而產(chǎn)生于齒側(cè) 面的波度 波度 大小與軸向進給量 s的平方成正 比 與滾刀的半徑 月成反 比 由于梳 插齒是連續(xù)切削 的 則無此波度 進給量可取得較大 模數(shù)越大進 給量 可大很多 這反而有利于減少 刀具最大磨損處切出刃 頂端的磨損 不僅提高加工效率 同時還增加刀具耐用 度 為此梳 插齒 比滾齒 的精度高和齒面粗糙度值小 第六 因刀具的齒距是有誤差 的 當(dāng)插齒刀齒數(shù)不等于 工件齒數(shù) 插制工件 的第一個齒 與最后一個 齒之 間的 齒距誤差最大 插齒刀齒距 累積誤差也完全反映到被 加工齒輪上 故加工出的齒輪齒距累積誤差較大 滾齒 時 一般是用單頭滾刀 故工件的諸齒距都是 由滾刀固 定齒距形成 的誤差 故滾齒誤差是均勻一致 的 而梳 齒刀只有一齒或幾個齒 根據(jù)切齒方式不同最大齒距 誤差為上一次循環(huán)切制最后一個齒與退 回分度后的第 一 齒誤差 如采用減荷 法 r e lie f f a ct o r 加工則不會產(chǎn) 生刀具齒距誤差 第七 滾齒特有容屑槽螺旋 角和圓 ZU U 1 0 l 周齒距及滾刀 對中 誤差等 梳 插齒則沒有 第八 梳齒刀聯(lián)接沒有間隙 故安裝精度最高 而滾 插齒都 有 第九 加工精度要求高的大模數(shù) 多齒數(shù)的寬齒輪 時 為保證齒 向精度 滾齒須在恒溫環(huán)境下進行 由 于梳齒是一齒一齒地加工 一般可不考慮 第十 在精 密切齒過程中刃磨刀具 對于滾齒而言 因刀具逐漸磨 損會在齒面上留有微小錐度 而實際操作上 變?yōu)椴豢?能 而對于梳 插齒而言 若精心地進行刀具追加切人 則可能實現(xiàn) 第十一 滾 插齒有刀具旋轉(zhuǎn)運動 相應(yīng) 有與工件回轉(zhuǎn)的展成運動傳動鏈 副 誤差 故有傳動 鏈和軸承等旋轉(zhuǎn)件間隙和安裝聯(lián)接調(diào)整誤差 的影響 造成齒形 齒向 徑向等誤差 梳齒無此旋轉(zhuǎn)運動 另 外 梳齒用靠模加工鼓形齒無原理誤差 齒形精度高 滾齒有原理誤差 馬格中等尺寸梳齒機加工齒輪的精 度等級 齒 向總誤差 可達 D I N 3級 相 鄰齒距誤 差達 D I N 4級 齒形總誤差和齒距最大積累誤差達 D I N 5級 齒圈跳動誤差達 D I N 6級 J 通過以上敘述 齒距累積誤差 和齒 向誤差從小 到 大依次為梳 滾 插 且梳齒的齒 向誤差不存在原理誤 差 齒形和刀具誤差從小到大依次為梳 插 滾 表面粗 糙度值從小到大依次為梳 插 滾 理論研究和生產(chǎn)實 踐表明 對滾齒來說 因刀具造形誤差較大 還受加工 原理和刀具結(jié)構(gòu)所 限 加工 出的齒形精度極差 齒形 精度不高是 滾齒 的一大致命 弱點 插 齒 除齒 形精度 外 其他精度 比滾齒差 而梳齒 的精度最高 可穩(wěn)達 D I N 5級 齒面粗糙度梳 插齒 比滾齒好 且梳齒粗糙 度可達 R 0 4 Ix m 總之梳齒 的加工質(zhì)量 尤其是在平 穩(wěn)性 接觸精度和齒面粗糙度方面比滾 插齒要好 2 3 產(chǎn)品類別 可以這么說 凡能用滾 插齒加工的圓柱齒輪 從梳齒工藝上說除內(nèi)齒外 梳齒法均可加工 但從梳齒 機的性能來講都可加工 而像窄空刀槽 的人字齒輪和 多聯(lián)齒輪 滾齒法就無能為力 了 另外 梳齒法加工大 模數(shù)少齒數(shù)能力 比滾 插齒法強得多 且可加工最小直 徑較小和最大螺旋角可達 6 O 的斜齒 輪 能方便加工 單件和非標(biāo)及特殊要求 的復(fù)合齒廓的齒輪 如利用靠 模和刀具修形的齒形 可同時對齒輪齒 向進行鼓形修 整和齒廓的修緣 修根 并有較高的精度 還可用 f e l lo w s 類型梳齒機加工小錐角齒輪 梳 滾齒兩者所能覆蓋的待切齒輪尺寸系列大致 相 同 但梳齒相對大些 插齒相對兩者小些 不過 由于 梳齒刀相對簡單得多和工藝 系統(tǒng)剛度好 故對切制硬 齒面和較大模數(shù)齒輪更有利 尤其是硬度較高的大模 數(shù) 大傳動 比 大變位 多 齒數(shù)寬齒 面的大型齒輪副 ZU1 簪U 0 年 尋 I朋 T e c h n 0 l 0 g y a n d T e s f 工藝與檢測 從廣泛性和萬能性來說 依次是梳齒和插齒 2 4生產(chǎn) 率 問題 梳齒工藝從 表象 上來說唯一的弱點是 加工時 有空行程 且每切完若干個齒后還得退 回分度 這樣 相比連續(xù)加工的滾 插齒工藝方案生產(chǎn)率要低 下面 我們透過 表象 作深層次剖析 第一 梳齒 的切削速度就是滑臺的往復(fù)速度 最大 切削速度受被加工材質(zhì)和刀具材料 的紅硬性及工藝系 統(tǒng)的剛度影響 在保持刀具耐用度的條件下 盡量增加 梳齒的沖程數(shù)和加大進給量 以提高切齒效率 且梳 插齒法一樣 刀具沖程速度與進給量可獨立選擇 則均 可優(yōu)選 第 二 在 其 它條 件 相 同 切 削速 度 一定 時 J 隨著模數(shù) 的增大或精度增高 滾刀直徑 D將增 大 由 V r r D n的關(guān)系式可知 D增大將使轉(zhuǎn)速 n成 反比地減小 從而使生產(chǎn)率降低 梳齒 時 若 一定 刀具的沖程數(shù)將不隨模數(shù)不 同而變 只與 沖程長度成 反比 第三 同滾齒相 比 6 J 梳 插齒 的切人行程長度 可保證極小 大大縮短了基本時間 滾刀直徑 模數(shù) 越大 兩者的切入長度相差越大 第四 滾齒 的切削速 度較梳齒 高 J 但 隨著模 數(shù)增 大和工件 材料硬 度增 高 為保證刀具有一定 壽命 切 削速度將有所 降低 滾 齒切削速度高的優(yōu)勢大為減弱 第五 滾齒隨著滾刀 直徑 模數(shù) 或安裝角 傾斜角 增大 加工的基本時間 將相應(yīng)地增加較多 而插齒不存在傾斜角問題 梳齒 也可避免傾斜角 斜齒用斜刀 同時還將縮短其切向 行程長度 也能提高生產(chǎn)率 梳齒時空程返 回進行分 度所花的時間在基本時間中所 占的比例大大減小 特 別是梳 插齒不 存在滾切 大質(zhì) 數(shù)齒輪 時 為避免 亂 齒 必采 取特 殊方式退 回到正確位 置 第六 梳齒 時 8 J 增加刀具齒數(shù)雖使其切 向行程 長度有所增加 但仍 明顯地提高切齒生產(chǎn)率 基本時間將大大地減少 齒輪齒數(shù)增多也有一定效果 采用雙齒刀 比單齒刀可 提高切 齒 效 率 5 0 8 0 三 齒 刀 能 提高 9 0 1 3 5 并且對產(chǎn) 品質(zhì)量有利 還可充分發(fā)揮切齒循環(huán) 方式 的優(yōu)勢來提高生產(chǎn)率 第七 因刀具螺旋面造成 兩側(cè)刃剛度和切削角度問題 用直齒梳齒刀加工斜齒 輪 比滾 插齒刀更有利于提高生產(chǎn)率和質(zhì)量 第八 合 理選擇刀具正前角和后 角能明顯改善切 削性能 和 提高刀具的耐用度 一般能提高生產(chǎn)率2 5 左右 并 且齒面粗糙度值和所消耗功率也較小 但滾 插齒則不 適合加工精度較高的齒輪 第九 梳齒機 可根據(jù)工況 優(yōu)化調(diào)整參數(shù)和切削角度 以提高工效和質(zhì)量 調(diào)整簡 便省時 節(jié)省輔助時間 第十 為 了 揚長避短 國內(nèi) 外充分利用梳齒刀和刀夾簡單 剛度好及 刃磨方便的 1 01 工藝與檢測 T e ch n 0 10 g y a n d 這一強項 設(shè)計出各種高效切削刀具 從而來提高生產(chǎn) 率 圖 1 所示是一種 雙層 雙刀 梳齒刀用 于粗或粗 精加工一次成形 圖 2所示是一種 逐步切入式 梳齒 刀 s t e p t y p e p lu n g e cu t t e r s 其中一種就是高效粗加 工梳齒刀的例子 齒形實線部分 特別是加工 大模數(shù) 齒輪時 更有效率 故當(dāng)齒輪模數(shù)較大或材料硬度較 高時 采用梳齒的效率高于滾 插齒 特別是粗加工時 另外 森德 蘭德 S u n d e r la n d 梳齒 機 雙 面雙刀 工 藝 同時加工人字齒兩側(cè)左右斜齒 能顯著提 高生產(chǎn) 率 這一點是滾齒無法 比擬的 梳 滾齒最經(jīng)濟的加工 方法 根據(jù)所需的精度和模數(shù)來選擇 由以上論述可知 當(dāng)齒輪 的精度要求高時 不論模 數(shù)大小如何 都宜采用梳齒加工 而 當(dāng)模數(shù) 1 2 h i m 時 則無論精度 的高低 也宜采用梳齒 用插齒加T 就生產(chǎn)能力和精度而言 其經(jīng)濟性大致介于滾齒和梳 齒之間 一般滾齒的生產(chǎn)率較插齒高 但在加工模數(shù) 較小 齒數(shù)多和齒寬較 窄的齒輪時 插齒 較滾齒有優(yōu) 勢 梳齒由于通用性好 和加工精度高 對于精度不是 特別高的齒輪 梳齒后往往可 以不要再精加工 而滾齒 在多數(shù)情況下 還要經(jīng)過精加工 對于 中等精度的齒 輪梳齒法也具有一定 的經(jīng)濟性 尤其在加工大模數(shù)時 總之 通過以上理論分析和生產(chǎn)實踐表明 生產(chǎn)率 南高 到低在大多數(shù)情況下 依次為梳 滾 插齒 當(dāng)齒輪模數(shù) 和硬度越大時 梳齒的效率高于滾 插齒越顯著 圖1 雙層雙刀 梳齒刀結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 逐步切 入式 粗 或粗精 加工梳齒 刀示意 圖 2 5刀具 問題 梳齒工藝技術(shù)極為重要 的一環(huán)是刀具 是制約梳 齒工藝在 國內(nèi)充分發(fā)展的關(guān)鍵 主因之一 最 明顯的優(yōu) 勢是切齒刀具中最簡單 的 如僅有幾個乃至一個直線 刀齒 故耗材少 下面將展開分解敘述之 2 5 1 刀具設(shè)計 國外廣泛使用的梳齒刀基本上是切削工況條件下 為正前角 梳齒 刀根據(jù)所使用 的機床刀架 不同分 兩種類型 一種用 于馬格型梳齒機 機床的刀座基面帶 有前傾角 梳齒刀制成不帶前角 靠傾斜安裝在機床刀 架上而獲得前角 y y 6 5 另一種用于刀座基面不 傾斜的機床 梳齒刀本身制成一定的前角 y 在切削工 況條件下帶 有前角 以改善切 削性能 提高切 削效 率 利用 S o lid Wo r k s 三維特征造型或空問解析幾何和 投影變換作為工具很容易設(shè)計 當(dāng)為斜齒梳齒刀時 前 刀面為非對稱齒形 有一點需要著重提示 的是 當(dāng) 0 時 盧 盧 即梳齒刀 的螺旋角 是不等于待切齒 輪的螺旋角 3的 這主要是保證梳齒 刀兩側(cè)刃后角相 等 減少刀具干涉 平衡兩側(cè)切削力趨于一致 這樣 切削時的沖程方 向 并不與 刀具 的螺 旋線 也是直 線 的方 向一致 因此 靜態(tài)下 的諸切 削刃截形并不 同于工況下的相應(yīng)截形 這點在理論上是不容混淆的 而斜齒梳齒刀好壞 的癥結(jié)點恰好就在 并不等于 這試金石上 過去 國內(nèi)很多設(shè) 計是按 盧 造成 刀 具不好用 切削效率低 齒面質(zhì)量較差 梳齒 刀相 比 滾 插齒刀計算簡捷設(shè)計精度高 另外 充分利用和發(fā) 揮梳齒刀和刀夾簡單便于實施 制造刃磨方便 T 藝系 統(tǒng)剛度好和梳齒機精度高的優(yōu)勢 設(shè)計或?qū)嵤┬陆Y(jié)構(gòu) 鑲齒或機夾 新技術(shù) C A D C A M設(shè)計 制造 新材 料 粉末冶金高速鋼 新工藝 表面或刃 口強化 異 形齒廓 多段直 曲線 的刀具相當(dāng)方便 2 5 2 刀具 制造 梳齒刀不存在滾 插 齒中的原理誤差 如造形和 齒形角誤差 直線齒條 型梳齒刀制造更簡捷 檢測更 方便 提高精度容易 為此高精度高性能梳齒刀 比滾 插刀獲得容易 如采用粉末冶金高速鋼 整體硬質(zhì)合 金和機夾刀片及表面強化處理等材料和方法制造的梳 齒刀品質(zhì)好 可進一步減少重磨和提高生產(chǎn)率 更能穩(wěn) 定地獲得較高的加工精度 S o lid Wo r k s三維特征造型 和數(shù)控線切割及正弦規(guī)夾具的 C A D C A M快速一次成 形技術(shù) l 9 J 使梳齒刀的設(shè)計 簡約化 制造便捷化 設(shè)計 和制造精度及響應(yīng)速度大大提高 可獲得很高的精度 利用此技術(shù)結(jié)合切齒工作循環(huán)方式和 雙層雙刀 結(jié) 構(gòu) 可設(shè)計制造出符合切 削圖形 的 便于斷 排屑的高 效 先進 刀具 2 5 3 刀具使用壽命和重磨 梳齒刀的厚度可做很大 無論刃磨程度如何 都能保持其原有精度 每次刃磨去掉 的材料 比滾刀要 少 所 以允許的刃磨次數(shù)很多 因在刀背面加了一塊鋼 I I j u 0 平身 u 刪 墊 以增加刀具 的剛度和強度 故梳齒刀刃磨到很薄時 還可 以繼續(xù)使用 但插齒刀須考慮其理論有效厚度和 刀具變位系數(shù) 磨齒工藝及 刀齒強度等 的影響 滾刀 為保證齒形精度和刀齒強度 刃磨后還有必要 的精度 檢驗項 目 通過加大 圓周進給量 可減少刀具最大磨 損處切出刃頂端的磨損 提高梳 插 刀的使用壽命 滾 齒則不行 用高速鋼滾刀切齒 時 切削的軌跡長度 對刀具的壽命影 響很大 對 硬質(zhì)合金滾 刀來說 刀 具承受載荷的循環(huán)次數(shù) 對刀具 的壽命有很 大的影 響 而梳 插齒 的 和 都遠(yuǎn) 比滾齒 時小 得多 因 此 在壽命方面梳 插齒刀優(yōu)于滾刀 三者重磨都是磨 前刀面 而梳齒是平磨前刀面 故重磨精度最高和費用 最低 梳齒機配有 WS型梳齒開刃機 在切齒現(xiàn)場可 根據(jù)材質(zhì)和經(jīng)驗等 可在平直前刀面很方便刃磨 出優(yōu) 化 的諸切削角度 j 以適應(yīng) 不同工況 的要求 這一點 很重要 但滾 插齒則較難實現(xiàn) 2 5 4 刀具延伸創(chuàng)新 梳齒刀側(cè)邊 定位端的工藝性錯位 特別是在 雙 面雙刀 加工作業(yè) 下 既能提 高工效更 能方 便地獲得 交錯齒齒輪 另外 梳齒是切向走刀方式 各刀齒磨損 均勻 耐用度高 從而能提高切 削用量和生產(chǎn)率 甚至 單齒刀也能加 工 圖 3所示 的可調(diào)齒厚組合 式單齒 刀 就是利用這個特性 同一刀具來加工不 同齒形 角 不同模數(shù) 不同齒高的非標(biāo)直 斜齒輪及單件生產(chǎn) 解決沒有對應(yīng)刀具無法加工單件 非標(biāo)齒輪的瓶頸 滾 刀在切削過程 中沿滾刀長度方 向上磨損是不均勻的 因滾刀結(jié)構(gòu)的原因 如容屑槽 改善切削環(huán)境或條件 如刃 口強化工藝 比梳齒 困難 而梳齒刀 和刀夾具 有結(jié)構(gòu)簡單 剛度好及刃磨方便 的優(yōu)勢 延伸創(chuàng)新 如 雙層雙刀 和分屑槽結(jié)構(gòu) 比滾 插齒刀方便 圖3 可調(diào)齒 厚組合 式單齒 刀結(jié)構(gòu)示意 圖 通過上述 4個方面論述可知 梳齒刀結(jié)構(gòu)最簡單 和精度最高 改善切 削條件或環(huán)境容易 延伸創(chuàng)新 易 高性能 高精度 異形齒廓梳齒刀 比滾 插刀獲得容易 刃磨方便并可優(yōu)化切削角度 剛度好 費用低 其次是 插齒刀 滾刀結(jié)構(gòu)最復(fù)雜 插 滾刀有原理誤差 工序多 T e C h n o l 0I g y a n d T e s f 工藝與檢測 制造誤差也多 安裝調(diào)整誤差多 使用壽命短 成本高 刃磨不方便 刀具設(shè)計 制造 重磨 安裝調(diào)整誤差 由 小到大依次為梳 插 滾齒 2 6 加工斜或大變位齒輪對專用工具的依賴程度 對于滾齒 無需專用刀具及附件 但加工某一旋向 較大螺旋角會受到傾斜刀架 主動端與工作 臺的制約 對于梳齒 因直齒刀可加工直齒輪和螺旋角很大且不 同旋 向的斜齒輪 所以在大多情況下無需專用刀具及 附件 J 只有當(dāng)加工無或窄空刀槽人字齒輪和多聯(lián)斜 齒輪時僅需專用刀具 即右斜刀加工左旋齒 左斜刀反 之 對 于 插 齒 要 專 用 刀 具 和 相 應(yīng) 的主 軸 螺 旋 導(dǎo) 軌 J 并且外 齒輪 右斜刀 配右旋 螺旋導(dǎo) 軌加工 左旋 齒 左斜刀反之 當(dāng)加工 內(nèi)齒輪時 則反之 另外 對于 具體工件插齒時 還要校核插齒刀是否適用 同時還 要考慮滾 插齒刀具旋 向和齒 輪變位對加工的不利影 響 滾切大變位和多齒數(shù)齒輪 1 時 要修正安裝角和 校核滾刀切刃長度 若長度不足 需訂制費用昂貴的加 長標(biāo)準(zhǔn)滾刀或?qū)?yīng) 的非標(biāo)滾刀 由梳齒的加工原理可 知 刀具不存在切 刃長度不足和修正安裝角的問題 2 7 加工工作循環(huán)的切齒方式 為提高生產(chǎn)率和質(zhì)量及拓展加工范 圍 J 馬格梳 齒機上有一個控制圓盤 通過調(diào)整 圓盤的 3個位置及 擋塊在 圓盤上的 5種位置 可以得到許多種不同工作 循環(huán)的切齒方式 如單分齒 多分齒 切人進刀循環(huán)等 調(diào)整簡便省時 以適應(yīng)單件 非標(biāo) 大模數(shù) 少齒數(shù) 硬 齒面 粗 精加工 批量生產(chǎn)等 在單件和非標(biāo)生產(chǎn)時 還可用單齒刀進行單分齒切削 采用減荷 法加工大模 數(shù)少齒數(shù)齒輪 此時加工模數(shù) 可為多齒刀的最大模數(shù) 的 2 3倍左右 最少齒數(shù)可為 2 當(dāng)加工 大模數(shù) 的齒 輪時 通常須經(jīng)多次走刀方能切至全齒深 為減少走刀 次數(shù) 1 次走 刀就能切至全齒深 可采用如圖 2所示的 一 種高效粗精加工復(fù)合刀具 齒形虛線部分 其齒 數(shù)可根據(jù)本應(yīng)走刀的次數(shù)決定 如本應(yīng)走刀 1次 可用 三齒刀具 第 1 2 3齒分別 承擔(dān)第一 二 三次走刀的 切削任務(wù) 亦 即刀齒的齒高和齒厚逐齒增大 最后 1個 第 3 刀齒幾何參數(shù)則按終加工要求設(shè)計 同理 當(dāng)粗 加工時 齒形實線部分 刀齒 的齒高和齒厚分別是逐 齒增高和減薄的一種高效粗加工刀具 滾 插齒機則 無法實現(xiàn)此功能 2 8 傳動鏈 副 誤差和動剛度問題 動剛度差易引起振動 干擾和破壞工 藝系統(tǒng)正常 運動的穩(wěn)定性 使加工表面出現(xiàn)波紋 從而降低 了加工 精度和齒面質(zhì)量 限制了生產(chǎn)率的提高 機床和刀具 的 性能得不到充分發(fā)揮等 1 03 工藝與檢測T e c h n 0 l o g y a n d 第一 因梳齒過程中展成機構(gòu)停止動作即工件呈 靜止?fàn)顟B(tài) 因此 比工件連續(xù)轉(zhuǎn)動的滾 插 齒工藝方案 來說 機床工作臺部分的剛度最好 第二 梳齒刀的厚 度可做很大 且在刀背面加 了 1 塊鋼墊 以增加刀具 的 剛度和強度 插齒刀的厚度則受有效厚度 和磨齒工藝 條件等限制 滾刀刀齒強度也受直徑和容屑槽數(shù) 目及 大小形狀等 限制 因此對刀具來說梳 齒刀剛度最好 第三 梳齒刀是用小斜角大平面楔塊鎖 緊的無 間隙聯(lián) 接 滾 插齒刀是與心軸有間隙聯(lián)接 受心軸和支承端 剛度及軸承等旋轉(zhuǎn)件間隙的影 響 特別是插齒刀是單 支承懸臂安裝形式 因此對刀具夾 緊和聯(lián)接方式來 說 梳齒刀剛度和可靠性最好 第 四 梳齒的往復(fù)運動 和滾齒的軸向運動是沿矩形或山形導(dǎo)軌的平面作直線 運動 插齒是沿圓柱面導(dǎo)軌作直線往復(fù)運 動 從刀具 移動導(dǎo)軌形式來說 梳齒剛度最好且無爬行 第五 刀 具旋向問題 滾斜齒時 滾刀旋向應(yīng)與工件旋向相 同 稱同向切削 這時的安裝角小且作用于輪坯切削 力 的分力作用方 向與輪坯 的旋轉(zhuǎn)方 向相反 使驅(qū)動工 作 臺的蝸桿副的齒面以及其他驅(qū)動接觸 面貼 緊 消除 間隙 切削條件好 切削穩(wěn)定能保證齒面粗糙度 而異 向切削時 則反之 同理 插削斜齒齒輪時因多了 1 個 刀具蝸輪副不能消除間隙 切削不穩(wěn)定 對齒面有擠摩 現(xiàn)象 梳齒則沒有此限制 第六 形成螺旋面 滾齒是 用差動傳動鏈 而插齒是用主軸螺旋導(dǎo)軌得到的 梳齒 無此兩種運動的誤差 第七 滾 插齒有刀具旋轉(zhuǎn)與工 件相應(yīng) 回轉(zhuǎn)的展成運動傳動鏈 這樣就有滾 插齒刀的 旋轉(zhuǎn)運動 故有傳動鏈和軸承等旋轉(zhuǎn)件間隙的影響 梳 齒刀無此旋轉(zhuǎn)運 動 故梳齒刀運 動剛度最高 傳動鏈 副 誤差 最小 第八 滾齒獨有 的軸 向進 給傳 動鏈 由于低速運動易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象 影響加工精度 和齒面 粗糙度 第九 梳齒機擺動刀夾重量極輕 相 比其他形 式讓刀機構(gòu)運動慣量小 基本不產(chǎn)生振動 第十 刀具 切人 切出的沖擊和慣性力 滾齒基本無上述力 的影 響 但梳齒由于 機床一刀具 工藝 系統(tǒng) 的剛度好 足 夠克服上述力造成 的不利影響 從以上論述可知 梳齒機傳動鏈最少 和傳動副運 動間隙最小 故傳動運動誤差最小 動剛度最高 2 9機床 問題 馬格梳齒機結(jié)構(gòu)上 的優(yōu)點 是 在 帶有梳齒刀的 滑臺向下運動進行切削時 工作臺既不旋轉(zhuǎn)也不移動 而呈靜止?fàn)顟B(tài) 所 以剛度好 當(dāng)滑臺向上運動處于退 刀 齒條由讓刀機構(gòu)使刀具脫離與工件 的接觸 這時工 作 臺旋轉(zhuǎn)同時橫向移動構(gòu)成展成運動 這與滾齒機和 插齒機在切削時展成運動仍 在同時進行是不同的 有 以下幾個優(yōu)點 1 切削運動與展成運動分開進行 使 展成運動的傳動機構(gòu) 蝸輪副等 不承受切削力 因之 磨損小 使機床可 以長期保持精度 2 由于切削時 齒輪的位置不受展成運動機構(gòu) 的彈性 變形 的影響 使 梳齒精度 比插 滾齒都要高 3 刀具在切削時不受 展成運動力 刀具和加工齒面沒有擠摩現(xiàn)象 提高了刀 具壽命和齒面質(zhì)量 梳齒機上有一個控制圓盤 通過 簡單調(diào)整可 以得到許 多種不 同工作循環(huán) 的切齒方式 調(diào)整簡便省時 梳齒機性能上的優(yōu)勢 是 馬格梳齒機可用附件 加工直或斜齒 內(nèi)齒輪和齒條 利用靠模加工各種鼓形 齒 所以梳齒機可實施梳齒和插齒兩種工藝 森德蘭 德梳齒機用 雙面雙刀 工藝方式加工無空刀槽人字 齒 輪 2 1 O 淺談 機床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 的問題 梳齒 的工作原理與插齒類似 梳齒加 工特點和插 齒機 大致相同 都是以展成法進行切削 從 2 8節(jié)知 梳齒與 滾 插 齒相 比少 了一個形 成螺旋線 的傳 動鏈 副 的基本運 動 對 于公 英制 齒輪 為避免齒距 誤 差 展成運動分別設(shè)置有公英制絲桿及對應(yīng)交換齒輪 簡化交換齒輪比的計算 從而保證了展成傳動鏈精度 從 2 7節(jié)知 梳齒機具有梳齒和插齒 兩種工藝和 1 個 控制 圓盤實現(xiàn)許多種不 同工作循環(huán)的切齒方式 還有 在帶有梳齒刀 的滑 臺向下運動進行切削時 工作 臺既 不旋轉(zhuǎn)也不移動而呈靜止?fàn)顟B(tài) 圓 方工作臺不可能處 于 游動 狀態(tài)和方工作 臺返程重復(fù)定位精度 圓工作 臺間歇分度和反向機構(gòu)的重復(fù)定位精度 必有快速鎖 緊定位和誤差校正裝置或輔助運動 以消除間隙和誤 差等 以提高機床剛度和展成運動精度 梳齒機全部采 用機械傳動 凸輪杠桿等控制 提高 了工作的可靠性 所 以單從零部件多來是說 是屬于結(jié)構(gòu)較 復(fù)雜 但從 性價 比 來說是結(jié)構(gòu)簡單 2 1 l淺談 梳齒 效率 低 的 問題 第一 表 象 上 南 2 4節(jié) 知 加 工 時 有 空 行 程 生產(chǎn) 率要低 第 二 理論上 國內(nèi)梳齒工藝 則沒有得到應(yīng)有發(fā)展 主要表現(xiàn)在 對梳齒工藝的 研究全面落后 據(jù)現(xiàn)有資料所知 有關(guān)梳齒工藝的技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn) 國標(biāo) 行標(biāo) 尚未制定 現(xiàn)行資料上引述的都是 相當(dāng)于前蘇聯(lián) 的 1 9 4 8年版 的標(biāo) 準(zhǔn) 這顯然是 太陳 舊 了 按前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)刀具設(shè)計前角在工況條件下為 0 切削條件不好 切 削效率 比前 角 0 時低 按馬 格設(shè)計時前角在工況條件下則 為 6 5 盧 南 2 5節(jié)知 過去設(shè)計按 盧 設(shè)計基礎(chǔ)理論出現(xiàn) 問題 造成刀具不好用 另一瓶頸是因缺乏理論指導(dǎo) 刀具刃 ZU U l0 I 磨不好 特別是斜齒梳齒刀 的銳邊側(cè) 和鈍邊側(cè) 的前角 刃磨 上述因刀具設(shè)計理念 論 和刃磨 問題造 成刀 具不好用 引起切削效率和產(chǎn)品質(zhì)量不高 第三 實際 應(yīng)用上 由于國內(nèi)梳齒機少 充分掌握或熟練操作人員 不多 使用說明書和傳動系統(tǒng)圖內(nèi)容不夠詳細(xì) 未能充 分發(fā)揮其特點和性能 另外 因缺少互動交流 不少刀 具設(shè)計者不懂梳齒工作循環(huán)的切齒方式 故難 以發(fā)揮 刀具與切齒循環(huán)方式匹配的優(yōu)勢 從 以上論述不難理 解會產(chǎn)生梳齒工藝切削效率低的誤解 通過 以上多方面的論述 梳齒工藝技術(shù)經(jīng)濟效益 明顯優(yōu)于滾 插齒 特別適用于精度不是特別高的最終 加工 當(dāng)模數(shù)較大或材料硬度較高時 梳齒 的效率明顯 高于滾 插齒 從而清楚地認(rèn)識到梳 滾 插齒是圓柱 齒輪加工 3大主流工藝 滾齒是 目前應(yīng)用最廣泛 的切 齒方法 插齒是一種廣為采用 的切齒方法 而梳齒機是 切齒機中萬能性最好 最經(jīng)濟 刀具最簡單 設(shè)計制造 刃磨檢測最方便 剛度和精度最高的切齒機床 綜上所述 梳齒工藝的主要技術(shù)優(yōu)勢是 1 梳齒 不存在滾 插 齒 中的原理 誤差 展成 和 刀 具及 螺旋 線 梳齒刀和刀夾簡單 剛度好及 優(yōu)化刃磨方便 直 線齒條型梳齒刀設(shè)計制造更簡捷提高精度容易 高性 能 高精度 異形齒廓梳齒刀 比滾 插刀獲得容易 并有 較高的耐用度和使用壽命且費用低 2 梳齒切削過 程 中展成機構(gòu)停止動作工件 即呈靜止?fàn)顟B(tài) 因此 機 床一刀具 工藝系統(tǒng) 的剛度較好 且梳齒機是切齒機 中精度最高的 特適合于較大模數(shù)或硬齒面的最終精 加工 并有較高的精度和生產(chǎn)率 3 特殊要求的復(fù) 合齒廓 的齒輪獲得容易 加工硬度較高的大模數(shù) 大 傳動 比 大變位 多齒數(shù)寬齒面 的大型齒輪副 能獲得 較高的精度和生產(chǎn)率 4 可通過調(diào)整機床來獲得包 絡(luò)線數(shù) 以提高齒形精度 且無齒面波度和齒 向誤差 的 原理誤差 5 刀具沖程速度與進給量可獨立選擇且 均可優(yōu)選 以