剃齒加工中凹題目及解決辦法

剃齒加工中凹題目及解決辦法、八一＞~-刖言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高精度齒輪市場(chǎng)需求量越來越大。剃齒加工是美國(guó)耐森納爾?波洛奇公司在1926年率先發(fā)展起來，五十年代后期開始逐漸推廣到各個(gè)部分，在目前全球的齒輪生產(chǎn)中，是最主要的齒輪精加工手段。由于當(dāng)代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)齒輪噪音提出了嚴(yán)格的要求，大量生產(chǎn)的齒輪也要進(jìn)一步進(jìn)步精度。剃齒可作為齒形加工的最后工序能修正齒圈徑向跳動(dòng)誤差、齒距誤差、齒形誤差和齒向誤差等，故經(jīng)過剃齒齒輪的工作平穩(wěn)性精度和接觸精度會(huì)有較大進(jìn)步，同時(shí)可獲得較精細(xì)表面。據(jù)報(bào)道，美國(guó)高速傳動(dòng)齒輪有90%經(jīng)剃齒加工。通過剃齒，一般可進(jìn)步齒輪精度1-3級(jí)，因此對(duì)剃齒寄予了很大厚看。一、剃齒加工原理及方式1、剃齒加工原理剃齒刀是經(jīng)過淬火磨削的齒輪形刀具，沿齒高方向有鋸齒刀槽。剃齒加工就是利用剃齒刀與齒輪工件的嚙合傳動(dòng)，從齒輪工件的齒面切削往微小的加工余量，進(jìn)行剃削。齒輪工件與剃齒刀嚙合旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪軸與刀具軸并不平行，而是互相交錯(cuò)；齒輪工件和剃齒刀之間只有齒面嚙合，兩者的軸之間沒有機(jī)械的聯(lián)系，互相之間自由旋轉(zhuǎn)。這也是剃齒與其它齒輪精加工方法、切齒法的明顯區(qū)別所在。剃齒過程中，兩軸互相交錯(cuò)地嚙合著的齒輪和剃齒刀，由于一面在齒面上加壓力而一面旋轉(zhuǎn)，刀具和齒輪齒面在齒高方向和軸向產(chǎn)生相對(duì)滑移，刀具齒面上的很多齒刃槽的邊沿就成了切削刃。剃齒刀的鋸齒刀槽的頂部構(gòu)成刀具齒面，用齒輪磨床進(jìn)行齒形磨削，沒有齒面后角，不像其它刀具（例如插齒刀）有齒面后角。因此，即使是用鋸齒刃槽的刃背頂住齒輪工件的齒面，也不會(huì)過度切進(jìn)，可以用0.02?0.05毫米的加工余量進(jìn)行齒面精加工。剃齒刀齒側(cè)面的切削刃槽通常是平行于刀具端面或垂直于刀具齒向，使兩側(cè)切削刃分別具有正、負(fù)前腳或零前角，剃齒刀切削工件時(shí)，它的齒側(cè)面和工件的加工表面相切，所以剃齒時(shí)的后角即是0°，這將產(chǎn)生擠壓現(xiàn)象，因此剃齒是一個(gè)在滑移運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生切削與擠壓的加工過程。2、剃齒加工方式按剃削齒輪的移動(dòng)方向或按嚙合點(diǎn)移動(dòng)方式可以將剃齒法分為幾種，具有代表性的有軸向剃齒、切向剃齒、對(duì)角線剃齒及徑向剃齒法。軸向剃齒是通過刀具或齒輪沿齒輪軸向移動(dòng)來達(dá)到剃齒刀與齒輪嚙合點(diǎn)的移動(dòng)，可以遍及齒輪的齒寬；切向剃齒是刀具或齒輪垂直于齒輪軸移動(dòng)，所能加工到的齒寬限于刀具的齒寬覆蓋范圍內(nèi)，但移動(dòng)量?jī)H為普通剃齒的幾分之一，所以加工時(shí)間明顯縮短；對(duì)角線剃齒介于上述兩者之間，刀具或齒輪在傾斜于軸的方向移動(dòng)，剃削得齒寬可以寬于刀具的齒寬，刀具或齒輪的移動(dòng)量介于兩者之間；徑向剃齒法在剃削過程中，剃齒刀與齒輪為線接觸，因此具有效率高、刀具耐用度高、齒形精度高和加工表面粗糙度值低，有強(qiáng)制性的齒向修正能力，且特別適合于加工多聯(lián)齒輪等優(yōu)點(diǎn)。另外，按切削所必須的壓力加在齒輪工件和刀具齒面上的方式，剃齒法可以分為過盈嚙合剃齒和制動(dòng)剃齒兩種。過盈嚙合剃齒是：使刀具和齒輪無側(cè)隙嚙合，再通過縮短中心距對(duì)齒面加以必須的切削壓力；制動(dòng)剃齒是：制動(dòng)被動(dòng)的刀具或齒輪的軸，將必須的壓力加于嚙合齒面，這種加工方法通常用于只需加工一側(cè)齒面或剃齒刀和齒輪以任意嚙合角嚙合的情況，通常用于大型齒輪的齒向誤差矯正。二、剃齒中凹題目及原因剃齒時(shí)，剃齒刀與工件是一對(duì)無側(cè)隙的螺旋齒輪嚙合。盤形剃齒刀可以看成是一個(gè)圓柱齒輪，切削時(shí)經(jīng)過加工的工件（剃前齒輪）裝夾在心軸上，頂在機(jī)床工作臺(tái)上的兩頂尖之間，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。在螺旋齒輪嚙合中，兩齒輪的齒面接觸在理論上是點(diǎn)接觸，隨著齒輪旋轉(zhuǎn)接觸點(diǎn)傾斜于齒面移動(dòng)，在齒高方向不斷移動(dòng)的同時(shí)，在齒寬方向也不斷地移動(dòng)。因此，在重合度大于1的情況下，兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合時(shí)，兩個(gè)接觸點(diǎn)在相鄰兩齒的齒高方向和齒寬方向都處于不同位置（這種現(xiàn)象是鼓形齒剃齒固有誤差產(chǎn)生的唯一原因）。同時(shí)，在剃齒刀和齒輪工件嚙合時(shí)，刀具的切削刃形成齒面鋸齒刃槽，其邊沿棱角咬進(jìn)齒輪齒面，齒面接觸并不是點(diǎn)接觸，嚙合實(shí)際狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化。剃齒時(shí)齒形接觸點(diǎn)的位置數(shù)目變化規(guī)律齒輪制造精度對(duì)噪聲的影響主要有基節(jié)誤差、齒形誤差、齒圈跳動(dòng)、接觸精度和齒面粗糙度等五大因素構(gòu)成。齒形誤差與剃齒加工中產(chǎn)生的誤差密不可分，而剃齒加工中的重要不容忽視的題目是齒形中凹。1、中凹現(xiàn)象機(jī)理剃齒刀和被剃齒輪的重疊系數(shù)一般不是整數(shù),造成同時(shí)接觸的齒面數(shù)是變化的。當(dāng)齒面由偶數(shù)齒接觸過渡到單齒接觸時(shí)其兩側(cè)齒廓上接觸點(diǎn)的數(shù)目也在變化（見上圖）。當(dāng)齒頂或齒根進(jìn)進(jìn)嚙合時(shí)，有兩對(duì)齒同時(shí)接觸。當(dāng)齒的齒腹進(jìn)進(jìn)嚙合時(shí)，只有一對(duì)齒接觸。由于徑向進(jìn)刀的總壓力大致一定，反映在單齒接觸區(qū)中的每個(gè)接觸點(diǎn)上的齒面壓力顯然要比兩齒接觸區(qū)所承受的壓力大得多，根部處于雙齒嚙合區(qū)，金屬的切除少。節(jié)圓四周處于單齒嚙合區(qū)，金屬的切除較大。這就造成了剃齒齒廓中凹現(xiàn)象的發(fā)生。2、引起齒形中凹的原因

標(biāo)準(zhǔn)齒形剃刀剃齒后齒形中凹有多方面的因素，新剃刀剃齒齒形中凹大，經(jīng)過多

次重磨后的剃刀剃齒齒形中凹小，有時(shí)甚至不凹;被剃齒輪齒數(shù)越少，模數(shù)越大，

齒形中凹越嚴(yán)重;剃齒刀與齒輪軸交角越大，剃后齒形曲線越差。滾齒齒形超差、

滾齒徑跳、超差、剃齒刀的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、剃齒刀與被剃齒輪的滑動(dòng)比、

剃齒切削要素的選取及剃齒時(shí)切削行程和光整行程次數(shù)的比等都對(duì)剃齒中凹有

不同程度的影響。其中，滾齒齒形超差和剃齒刀變位系數(shù)即端面嚙合角的選取是

剃齒中凹的主要影響因素。除此之外，因預(yù)加工滾齒中凹引起的剃齒時(shí)剃齒刀切

削刃受力不一致而導(dǎo)致剃齒刀磨損程度不同,也會(huì)使齒部中間部位多切往一些，

從而產(chǎn)生不同程度的中凹。中凹現(xiàn)象的存在意味著齒輪齒形不能加工成正確的漸開線，而且在剃齒中被動(dòng)的齒輪或刀具旋轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，意味著產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)波動(dòng)從而形成噪音。從剃齒本身看，從其開始發(fā)展到至今，中凹現(xiàn)象一直是產(chǎn)生剃齒故障的原因。三、解決中凹的方法1、 剃齒的修形（1）齒形的修形一對(duì)齒輪嚙合時(shí)，從開始嚙合到脫離嚙合狀態(tài)，載荷是變化的，特別是輪齒工作的中是1~2對(duì)輪齒交替工作，工作不平穩(wěn)，因此有必要對(duì)輪齒進(jìn)行齒形修形，通過對(duì)齒頂、齒根的修緣，使輪齒的嚙合從修緣區(qū)平滑地過渡到理論的漸開線的齒形區(qū)，從而進(jìn)步嚙合質(zhì)量。齒輪的修形可以是一對(duì)齒輪輪齒的齒頂、齒根修緣，也可以是單個(gè)齒輪輪齒的齒頂和齒根修緣。（2）齒向修形一對(duì)齒輪理想的齒向嚙合長(zhǎng)度在全長(zhǎng)方向上接觸，但實(shí)際的嚙合齒向是難以實(shí)現(xiàn)

的。為了實(shí)現(xiàn)齒寬方向基本均勻受載，進(jìn)步齒輪承載能力，通常制成鼓形。2、 剃齒刀設(shè)計(jì)嚙合系數(shù)1.8?2的情況下剃齒加工比較輕易；嚙合系數(shù)在1.3?1.8的剃齒刀則

要根據(jù)嚙合區(qū)的變化而進(jìn)行修形;小于1.3時(shí)修形困難。因此在設(shè)計(jì)剃齒刀時(shí)應(yīng)

盡量使剃齒刀與被剃齒輪嚙合系數(shù)在1.8?2之間。3、剃齒刀的修形剃刀修形就是有意識(shí)地將剃刀節(jié)圓部份修凹，以彌補(bǔ)因剃齒工藝帶來的齒形中凹缺陷。可選取減小剃刀外圓磨量的方法或采用負(fù)變位剃齒刀的辦法來減少工件的齒形中凹。剃齒刀按其結(jié)構(gòu)可以分為一齒條形剃齒刀，用于加工圓柱形外齒輪；二是盤形剃齒刀，在生產(chǎn)中主要使用這種剃齒刀；三是蝸輪剃齒刀，用于蝸輪的精加工。目前使用最多的是外形像齒輪的盤形剃齒刀。剃齒刀修形常用的方法有三種：一是靠模板修形法，其基本原理是先檢測(cè)出被剃后的齒輪齒形中凹曲線，按檢測(cè)

曲線設(shè)計(jì)制作修形模板，依照修形模板曲線將磨刀砂輪修形，然后用修形后的砂

輪修磨剃齒刀。但是修形模板數(shù)據(jù)的確定目前還不能用理論分析和計(jì)算的方法來

解決，都是采用試剃的方法，通過丈量出齒輪的齒形偏差，再根據(jù)齒形偏差的外

形和大小與制定的齒形修正曲線進(jìn)行對(duì)照，經(jīng)過多次反復(fù)修磨，終極才確定比較

合適的剃齒刀的齒形修正曲線。二是微機(jī)控制修形法。該法是在專用磨齒機(jī)上，采用專門的設(shè)計(jì)程序來控制修磨

刀砂輪，達(dá)到修磨剃齒刀的目的。三是隨機(jī)修形法，它是利用反切削原理，將具有堅(jiān)硬表面的修磨輪裝在剃齒機(jī)工

件的齒輪位置上取代工件齒輪進(jìn)行剃削加工，由于修磨輪的硬度大于剃齒刀的硬

度，所以中凹現(xiàn)象會(huì)反映在剃齒刀上，再用該剃齒刀往加工齒輪便會(huì)減小或消除

中凹現(xiàn)象。目前已出現(xiàn)了齒輪式金剛石修整輪取代工序加工中的工件齒輪與剃齒

刀嚙合實(shí)現(xiàn)剃齒刀修形的方法。該工藝修形過程簡(jiǎn)單,不需將剃齒刀取下單獨(dú)修

形，修形時(shí)間短,操縱輕易。當(dāng)基體輪的精度較高時(shí)，齒形精度經(jīng)修形可達(dá)5級(jí)

(GB10095-88)以上，修磨輪鍍層用盡后，還可以重新鍍覆金剛石并且可以對(duì)系統(tǒng)

加工中的隨機(jī)誤差及時(shí)修正。四、結(jié)束語固然目前剃齒加工