大模数直齿圆锥齿轮铣削方法探析

摘 要：在直齿圆锥齿轮的齿面加工过程中，对于模数较大（m >10）的直齿圆锥齿轮，可以采用铣床铣削加工的方法，进行铣削加工，既方便实用又经济实惠，因此本文就大模数直齿圆锥齿轮的铣削加工方法进行探析。

关键词：大模数直齿圆锥齿轮 铣削方法

一、铣削前准备

1.设备选择

在加工大模数直齿圆锥齿轮（俗称直齿伞齿轮，简称直伞）时，由于其模数较大，一般工件外径也较大，所以在加工时，我们最好选用较大型号的万能回转头铣床或立式铣床。

2.工装准备

加工直齿圆锥齿轮一般都是成对加工，在加工齿数多的大齿轮时，一般采用回转工作台和角度板及压板、螺钉进行装夹，其角度板为角度可调节的“∠”形板；在加工齿数少的小齿轮时，一般采用万能分度头和心轴一夹一顶装夹。

回转工作台的选用，首先依据工件外径的大小选择，其直径需大于工件外径的60%，否则加工刚性较差；其次需满足加工精度的要求，需配有分度板进行等分分度。

3.检具准备

检具准备主要分两种，一种是测量齿厚的齿厚卡尺，另一种是检测齿形的齿形样板。齿形样板最好是分三段制作，即根据伞齿轮的大端模数、中段模数、小端模板及齿数、压力角等参数，采用数控线切割，割出其中一个齿槽的齿形样板，齿形样板主要用于检测齿形。

4.刀具准备

加工大模数直齿伞齿轮选择刀具大都为指形模数铣刀，铣刀的准备主要有两条途径：一条是购买或定制，这需根据直伞的大端模数和齿数选取铣刀的模数和刀号；另一条是自己磨削制作，特别是对于一些特大模数（m>20）的直伞加工刀具，大都只能自己磨削。自己磨削铣刀，可利用废旧的立铣刀或键铣刀，粗铣刀常用立铣刀改制，因为立铣刀刀刃较多，铣削平稳，还可采用较大的铣削用量，其外形只需与齿槽槽形大体相似即可；精铣刀常采用键铣刀，主要是便于对样板磨出合格的齿形，精铣刀的齿形样板一般根据大端模数的齿形，小端模数的齿厚制作。

二、铣削方法

1.工件的装夹

（1）大齿轮的装夹。大直径的直伞齿轮由于圆锥角δ较大，当用指形铣刀采用立铣的方式铣削时，则需用角度板和回转工作台进行装夹。装夹时，先将角度板安装在工作台上，用千斤顶调节好倾角（即铣削角度：α=90?-δ根），调好后，将回转工作台安装在角度板上，再在工件内孔和回转工作台孔中安装定位板，以保证工件中心与回转台中心重合，再用压板螺钉将工件固定在回转台工作台上，并检查齿面跳动是否符合要求，如图1所示。

（2）小齿轮的装夹。配对的小直径的直伞齿轮因其圆锥角较小，直径较小，一般可采用万能分度头结合心轴用一夹一顶的方法进行装夹（只适用于直径小于ф350mm，大于ф350mm需采用大齿轮的装夹方法）。在装夹时，分度头需向上倾斜一个铣削角度δ根（锥根角），如图2所示。

图1 图2

2.铣削步骤

（1）对中心。即齿槽的中心线必须通过齿坯的轴心。对中心的方法一般有三种：第一种是利用键槽铣刀（设直径为d）对准工件内孔的一侧（设工件内孔为D），工作台横向移动一个距离S[S=（D-d）]，则中心已对好，此种方法准确度较高。第二种是划线对刀，可利用高度划线尺，划出齿槽的中心线，并在中心线左右两侧各划出一对称线，可通过试切，调整机床方向，使铣刀中心对准齿槽中心。第三种是切痕对刀，即通过试切，根据切痕（为U形），横向移动机床，让刀具中心对准切痕中心即可，此种方法准确度相对较低，但比较简便。

（2）试开槽，调整中心。首先使粗铣刀接触齿坯大端齿顶圆，调整升降，使铣刀切削齿深约一半，铣出一个槽，在工件转过180?（个齿）的位置处再铣出另一槽（齿数为单数时，可转过 个齿）。然后，用齿向杆检查齿向，通过调整横向，直至针尖相交为止。

（3）铣中间齿槽。根据直伞模数大小，机床和工装刚性强弱，分几次铣削到全齿深（H=2.2m），每进一次深度，依次铣出全部中间齿槽，铣削中需注意大小端齿厚余量。

（4）铣大小端两侧加工余量。由于直齿圆锥齿轮的轮齿和齿槽都是大端处宽且深，小端处窄且浅，因此不可能一次铣出符合要求的齿槽，则需对齿槽大小端进行修切。修切的方法常采用：分度头（或回转工作台）绕自身主轴回转和工作台横向偏移相结合的方法。即：如沿着齿槽方向从小端往大端方向看，先修切齿槽左侧，则分度头或回转台需顺时针转一角度（一般指分度手柄转多少孔，用n表示），而工作台需向左移动一距离（用s表示）。根据笔者多年的实践，其n和s的计算应为：

N= s=nK大-ΔB大或s=nK小-ΔB小

其中：ΔB大―大端齿厚余量，

ΔB小―小端齿厚余量，

K大―分度手柄转一个孔，大端轮齿分度圆位置转过的弧长，

K小―分度手柄转一个孔，小端轮齿分度圆位置转过的弧长。

在修切齿槽右侧时，分度头或回转台需逆时钟转一角度（2n），工作台需向右移动一距离（2S），但在转动和移动后铣削中需检测大小端齿厚尺寸，如有误差，应适当调整。调整如下：如小端齿厚合适而大端稍厚，应适当增大n值，如大端齿厚合适，小端稍厚应适当减小n值，其S值随n值变化而变。

3.修磨

我们可以采用角磨机对照样板进行打磨，如果精度要求较高，还可以从大端至小端分段多制作几块齿槽样板，边打磨边检验，直至齿形符合要求。

三、检测

1.检尺寸

检尺寸主要是通过测量弦齿高检验弦齿厚是否符合图样精度要求。

2.检中心

检查齿向是否通过圆锥中心，我们可以采用两根齿向杆任意放入两个齿槽中的方法，如两个针尖相交则表示合格，如两个针尖不相交则表示齿向不通过中心，即不合格。

3.检齿形

检齿形，我们可以采用事先准备的大小端或中段齿槽样板进行检验，通过对光看缝隙，如缝隙均匀表示合格，如不均匀表示不合格。

4.检齿形表面

在检齿形表面时，齿形表面粗糙度要符合图样要求，并无波纹、啃刀等缺陷。

5.检径向圆跳动和齿面啮合着色

对于精度要求较高的直伞，我们一般检查齿圈对中心的径向圆跳动是否超差，即在一对直伞啮合时看齿面着色接触面百分比是否符合要求。

参考文献：

[1]四川省机械工业局.复杂刀具设计手册[M].北京：机械工业出版社，1979.

（作者单位：湖南兵器工业高级技工学校）