时间：2023-10-02 01:54:11
【关键词】面齿轮；数控加工；软件
1 面齿轮齿面铣削加工可行性分析
由面齿轮传动的啮合理论分析可知，面齿轮的加工可以采用范成原理进行。但由于加工面齿轮刀具的尺寸与实际啮合中的圆柱齿轮相同，因此，从理论上讲加工面齿轮的刀具将是无穷多。面齿轮插齿加工的这种特殊性制约了面齿轮传动的应用范围。采用铣削（成形法）的方法加工面齿轮可以克服上述缺点，不必使用特殊刀具，可降低刀具成本。提取模数为3 mm、齿数为89 齿的实验直齿面齿轮的三维实体模型，对此面齿轮的一个齿槽进行分析。如图1 所示，面齿轮的齿槽由五个曲面片组成，其中面1 是一个平面；面2 是空间曲面，左右各一个；面3 也是一个平面。齿槽由面2 和面3 围成，齿顶槽宽最宽处10.436 mm，齿根槽宽最窄处1.153 mm，齿全高6.036 mm，面2 和面3 之间的过渡圆弧半径为0.5 mm。就整个面齿轮而言，将齿坯上齿槽加工余量去除即可形成齿形，齿形精度和表面粗糙度分别与加工方法有关。
通过对图1 分析可知，面齿轮齿面属于陡斜面一类的曲面，并且被加工面开放，被加工面间的过渡圆弧为0.5mm。由于被加工的面齿轮曲面没有被其他结构遮挡，是开放的曲面，所以采用配备有高速主轴的三轴三联动数控铣床加工是一种可行的工艺方法。使用三轴三联动的数控铣床加工时，对于曲面不同的流线及流线上的不同位置，不可避免的会有不同的切削速度，此时加工出的面齿轮齿形精度较高，但是表面质量一般。
2 加工方法
本文采用三轴数控铣床加工面齿轮齿面。因为齿槽尺寸较小，最窄处宽度约为1mm，所以最终加工方法采用直径0.8mm 的球头雕刻刀进行精加工。齿坯加工在CK6140 进行，为了保证回转精度，精车时使用心轴定位，花键槽使用线切割加工。
齿形加工在CNC-JTGK600 数控雕铣机床上进行。CNC-JTGK600 数控雕铣可实现三轴三联动加工，分辨率0.001mm，配备最高速度为20000r/min 的电主轴，X 轴方向行程600mm、Y 轴方向行程500mm、Z 轴方向行程500mm，可以满足齿形加工的要求。
齿形加工分四个工步进行，前两个工步为粗加工，后两个工步精加工。齿形加工工序如表1 所示。
3 加工程序
根据面齿轮的三维模型采用专业软件辅助编写数控加工程序。针对单个齿槽编写程序，然后利用加工程序的复制旋转功能实现其他齿槽的加工。
3.1 粗铣齿槽
第一次粗铣齿槽的工序，使用Ф4、长15 雕刻刀进行粗加工，采用分层铣削的走刀路线加工，主轴转速5000r/min，进给速度100mm/min。在Z 轴方向每次进刀量为2mm，平行于齿槽方向进刀。应用MasterCAM9.1 的平行铣削功能，生成刀具轨迹，仿真加工结果，如图2 所示。
第二次粗铣齿槽的工序使用Ф2、长15 雕刻刀进行加工，采用分层铣削的走刀路线加工，主轴转速1000r/min，进给速度80mm/min。在Z 轴方向每次进到量为1mm，垂直于齿槽方向进刀。
3.2 半精铣齿形
半精铣齿形使用Ф1、R0.2、长10 的圆鼻雕刻刀，采用三轴联动的曲面流线加工方式进行加工。选择短轴方向为曲面流线走刀方向，自上而下加工，精加工余量为0.05mm。逼近误差er 定义为0.025mm，行间残留高度定义为0.1mm。主轴转速1500r/min，进给速度80 mm/min。
3.3 精铣齿形
精铣齿形使用Ф0.8、R0.4、长10 的球头雕刻刀，采用三轴联动的曲面流线加工方式进行加工。选择长轴方向为曲面流线走刀方向，自上而下加工。走刀方向逼近误差er 定义为0.01 mm，行间残留高度定义为0.01 mm。主轴转速1800 r/min，进给速度50 mm/min。
4 面齿轮齿面数控铣削加工
在CNC-JTGK600 数控雕铣机完成面齿轮的数控加工，成品如图3 所示。
5 结果检测分析
测量结果表明：齿厚偏差的最大值为0.016mm、齿距偏差最大值小于0.001mm、齿距积累误差最大值为0.015mm、齿廓偏差最大值为0.001mm。这表明，使用三轴三联动数控铣削的方法可以满足面齿轮加工精度的要求。但是由于切削速度的变化和步距的选择等原因，造成面齿轮齿表面光洁度较低。
参考文献：
[1]诸如鹏，潘升材，高德平.面齿轮传动的研究现状与发展[J].南京航空航天大学学报，1997（3）.
[2]叶又东.数控铣削加工中的工艺分析及处理[J].机械，2004（10）.
作者简介：
【关键词】仿形法 鼓形齿轮 y38滚齿轮
齿式联轴器是可移动刚性联轴器中，用处最广泛的一种联轴器，它是利用内外齿啮合以实现两半联轴器的连接。允许被连接轴有一个不大的偏转角，而直齿形联轴器当外齿轮与内齿圈相对偏转时，形成齿端点接触，造成接触应力增大，磨损加剧以致早期损坏。为改善这种情况，我们常把齿式联轴器齿轮的制成鼓形齿。当两轴有相对角位移时，鼓形齿可以避免齿端点接触，改善啮合面上压力分布的均匀性并可增加许用角位移。由于鼓形齿性能好，已被广泛应用于 炼铁、炼钢、轧机中的部件。但鼓形齿齿形是一小段圆弧，给加工带来不便，必须用有专用加工设备，目前新设计的数控滚齿机都已采用鼓形齿，这些设备成本高，造价高，是普通滚齿机的几倍。而普通的滚齿机只能加工直齿，正是由于普通滚齿机的加工单一性，造成普通滚齿机设备闲置，资源浪费。我们采用在普通滚齿机上安装伺服系统，仅仅是几千元的费用，就能达到造价百万元的数控滚齿机加工鼓形齿的效果。
改装的方法如下：
利用液压仿形法。在一台国产y38滚齿机上，利用液压伺服系统的原理，改装了径向走刀传动系统，使滚刀在轴向走刀的同时，又按预定轨迹作径向进给，即滚刀的复合走刀运动为圆弧从而加工出鼓形齿齿形。
一、原理
为了使滚刀在垂直走刀的同时按预定轨迹径向走刀，在刀架上装置一块模板，模板随同刀架升降并随同立移动，在床身导轨上装置液压伺服阀，在立柱进给丝杠上装置液压缸，缸体固定在床身上。伺服阀采用正开口四边滑阀，有单独的供油装置供给压力油。由于液压缸左右油腔面积相等并通过伺服阀的四个控制边s1、s2、s3、s4，既与压力油相通又与回油相通。当模板与滑阀阀芯接触并压下一定距离使阀芯在中间位置时，液压缸的左右油腔压力相等。活塞不动，处于平衡状态。当模板推动阀芯时，如推动阀芯向左移动，这是s1和s3减小，s2和s4增大，液压缸左腔压力增大，右腔压力减小，因此活塞从左向右移动，反之从右向左移动。活塞移动时通过进给丝杠推动立柱移动。作径向进给。同时带这模板一起移动，因此立柱移动后，模板与滑阀退离接触（或压进）使系统中心恢复平衡。立柱停止完成反馈过程。而立柱的移动距离等于模板推动滑阀阀芯移动的距离。因此在滚刀沿齿轮轴向走刀的同时，能按照模板的弧形作径向进給，从而仿形加工出鼓形齿形。
二、结构设计
1.油缸
是空心双出杆活塞油缸，立柱进给丝杠从活塞中心空穿过，用螺母锁紧，这一结构保证了当油压推动活塞时带动丝杠一起移动，同时立柱的机动和手动进给仍可用原机床的传动机构带动，与液压传动互不干涉。当加工鼓形齿轮时，先开动机动进给，使滚刀接近工件，然后用锁紧螺母将丝杠，与螺母伞齿轮锁紧，以消除丝杠、螺母之间的间隙对鼓形齿加工精度的影响。需要指出，在加工鼓形齿轮时，由于在工件齿宽中线以上时，滚刀是逐渐后退，过了中线，滚刀转为逐渐前进，由于进给方向变换，因此传动系统如果存在间隙，将会造成加工误差。在鼓形齿加工过程中，不再使用原机床机动和手动进给机构，只用液压系统，先转动手轮.通过丝杠使滑阀移动到阀芯与模板接触并压下一段距离达到平衡状态，当再转动手轮使滑阀移动时，立柱也随之移动同样的距离，用这种方法可以控制吃刀和退刀，由于活塞行程有50mm，对加工模数10以下的齿轮所需的吃刀深度是足够的，当需要改换加工普通圆柱齿轮时，可以不必拆除液压缸，只需将活塞移动到左端与油缸盖相靠垫上两半剖分垫，用螺母锁紧，即可与普通滚齿机一 样使用。
2.模板装置
鼓形齿轮实际上是一个变位量沿齿宽方向连续变化的齿轮，刀具的位移量应等于齿轮变位量，因此滚刀的运动轨迹应是半径为r的圆弧，可见模板圆弧半经也是r.另外，模板的圆弧两端应有一段直线部分，以保证滚刀切入和切出 行程滑阀阀芯与模板不脱离接触。
模板应安装到刀架上，应能随同刀架升降，并能方便地调整高低位置。当加工鼓形齿轮时，为了保证鼓形量对称于齿宽中线（要求中线偏移不大于±0.5mm)，需要使当滚刀轴中心线对正工件齿宽中线时，模板的圆弧中心对正滑阀阀芯。
3.液压伺服阀
为了保证鼓形齿加工精度，要求控制系统的灵敏度高，也就是推动阀芯的力要小，克服负载的作用力要足够大，随着阀芯的微小位移，立柱能作出反应，这主要决定于伺服阀的精度，为此阀芯与阀套要采取配作加工，保证经向间 隙不超过0.005mm.四个控制窗孔要达到最理想状态。
三、特点
1.精度较高
由于利用了液压伺服系统的放大作用，控制滑阀位移的力很小，不过几公斤。因此装置的本身不会有变形，而能够把模板的弧形准确的传递刀工作机构上，得到足够大的作用力，可以用调整供油压力的大小很方便地达到。
2.机床的操作、调整方便
用这套装置加工鼓形齿轮，与在普通滚齿机上加工圆柱齿轮，操作上没多大区别。所用工时也基本相同，对于不同尺寸和模数的鼓形齿轮加工，除模板专用外，具有万能性，即适用于成批生产，也可用于单件小批生产。
3.机床的改装不大
一般机械制造厂都能办到，对于其他型号的滚齿机，包括立柱移动式和工作台移动式的都适用，它的原理也可以移植于研磨机，用以加工俢缘齿轮。改装后的滚齿机，还能够加工普通圆柱齿轮，不需要作大的改动。
用这套装置加工的鼓形齿轮精度不低于级8-8-7，齿面光洁度达到6级。
四、使用情况
调查表明，在轧机上使用鼓形齿联轴器由于偏转角大，工作条件繁重，特别是在转速高的情况下，磨损迅速，寿
命低。解决这一途径是：
1.增大模数，在按装尺寸一定时，可以适当减少齿数。
2.采用加工后表面热处理，从而提高齿面硬度到hrc48-52，以增加耐磨性。
关键词：齿轮；加工工艺；磨齿；珩齿
中图分类号：V232文献标识码： A
一、国内外齿轮加工工艺现状
目前，在国内外汽车齿轮加工制造的工艺上，一般还是以坯件形成、毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿面热处理及热后齿形精细加工的工艺路线为主。滚齿/插齿- 剃齿- 热处理加工工艺在成本和品质优良性价比优势而成为汽车齿轮使用最为普遍的制造加工工艺。滚齿能够在确保齿轮精度要求的前提下，最大化的提升加工效率，然后通过剃齿工艺对齿面修形，从而提升齿轮的承载能力和减少齿轮噪音。该工艺可以在最终热处理后达到汽车的齿轮承载能力和噪音性能要求。
随着中国加入WTO，国内经济市场与国外市场不断接轨，外资企业及合资企业引进了国外设计产品和先进的制造技术和管理理念，基本上能够实现滚齿或者插齿后进行剃齿修形，经过热处理后能够满足一般汽车齿轮的性能要求。磨齿或者珩齿工艺也逐渐纳入汽车齿轮生产工艺中。但在齿面修形技术与国际要求还有一定的距离，需要国内的齿轮加工企业进一步提高齿轮加工精度，提升工艺技术水平。
二、齿轮加工工艺简述
齿轮加工制造的关键在于齿轮加工工艺的设定，根据齿轮的不同用途，在生产条件的许可下课采取不同的加工工艺来控制齿轮的承载能力，精度等级及使用寿命等。汽车齿轮的加工工艺一般为坯件形成、毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿面热处理及热后齿形精加工几个阶段。具体加工工艺如下表所示：
序号 工序名称 加工工艺介绍
1 毛坯形成 一般为锻件、棒料或铸件，汽车齿轮坯件大都是采用热模锻成型的锻造毛坯。
2 齿坯热处理 正火/退火、去应力等工艺，改善齿坯的金相及硬度便于后续齿轮的切削加工。汽车齿轮齿坯一般采用等温正火工艺
3 齿坯加工 轴类齿坯加工:(1)车(铣)两端面(2)打两中心孔(3)精车轴颈、外圆、圆锥和端面(4)磨工艺轴颈和定位端面
盘类齿轮加工:(1)车端面，膛内孔，粗精加工分两道工序完成(2)车端面膛内孔，粗精加工在一次装夹中完成(3)拉内孔，车端面和外圆工艺
4 齿形粗、精加工
(热处理前) 根据精度要求，从整体毛坯上切出齿槽，有时在槽侧留出适当的精加工余量。目前应用最广的切齿加工工艺为滚齿(或插齿)一剃齿工艺进行齿形切削加工。
5 齿端倒角去毛刺 汽车齿轮一般都需要去掉齿两边锐边、毛刺，齿端按一定要求修整成一定形状
6 热处理 根据材料不同，要求不同而异，常用热处理工艺王要有:调质、渗碳淬火、渗氮、高频淬火。热处理后要求进行强力抛丸以提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。齿轮通过热处理工艺能够形成良好的芯部韧性及理想的表面硬度使成品齿轮具有耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳、长寿命等优良性能。
7 基准面的精加工 通常是对齿轮内孔、端面、轴的外径、齿形等部分进行精加工，用于分度圆或分度圆锥作定位基准。轴类齿轮:研磨中心孔，校直，精磨定位端面及安装轴颈。盘类齿轮:精磨内孔及定位端面。
8 齿形加工(热处理后) 齿面要求比较高的齿轮加工工艺采用滚齿(或插齿)一齿面热处理一磨齿〔或琦齿)的加工工艺方案。根据齿轮的精度要求、生产批量和尺寸形状选择相应加工方法:磨齿:生产效率较低，成本投入较高，常用于精度要求较高的圆柱、圆锥齿轮。瑞齿:用于降低表面粗糙度，降低噪声，生产效率高，可用于大批量生产。
9 成品齿轮最终检验 按齿轮成品要求检验其几何精度、齿面跳动、啮合误差、接触区位置、大小和形状及噪声等
10 防锈和包装入库
三、齿轮加工新动向
在我国经济不断高速发展的同时，汽车工业的变革也来临，科学技术的不断创新，技术也在不断的更新换代，对于现代技术的中对汽车齿轮降低噪声要求的不断提高，磨齿和珩齿作为齿轮热后精加工工艺的应用正日益增多。
3.1 高速干切技术
在切齿工艺中，高速干切技术已经走入人们的视线。齿轮干切技术在国外发达国家广泛应用蓬勃发展成为齿轮切削加工的最优方案。随着对环保越来越重视，控制污染法规和要求的日益完善，国内齿轮干切加工也初步得到发展。现国内不少齿轮生产企业已经引进干切技术，欧、美、日的一些著名齿轮机床生产厂家如美国Gleason-Pfauter 公司，意大利SU 公司, 日本三菱重工和Kashifuji 公司等干切技术的机床和刀具不断被国内的企业引进并投入生产, 干切切齿技术将成为今后汽车齿轮滚齿加工的发展趋势。
3.2 硬齿面加工
(1）磨齿加工
磨齿加工作为是齿轮精加工的一种方法。这种曾经的被认为效率低、成本高齿轮加工手段，随着新型砂轮材料的优越性能及磨齿机自动化程度越来越高、磨齿机的效率得到极大提升的情况下，现在已经在齿轮加工（特别是汽车齿轮加工）中得到了普遍应用。在国内外的汽车齿轮加工企业普遍都拥有自动化的磨齿机，在国内常见的有德国KAPP 磨齿机、意大利SU 磨齿机，美国Gleason 磨齿机等。通过磨齿加工的齿轮能够取得更好的表面精度，消除热应力，减少热处理变形，从而更好地控制齿轮的噪音，提高齿轮的使用寿命。现磨齿加工工艺在整个齿轮行业中已基本成熟并在快速增长，而汽车工业将会是近几年硬齿面加工的增长最大的市场。
(2）强力珩齿技术
汽车的发展在中国已经进入到一个繁荣时代，技术的进步意味着企业具有更大的市场竞争优势，在齿轮加工中的硬齿面加工中，强力珩齿技术得到了不断的更新，为了很好的解决齿轮在变速器中传动噪声和降低制造成本方面的问题，我们直接采用热处理之后运用珩齿技术，提高了插齿的效率，也可以很好地解决上述矛盾。相比较而言，强力珩齿加工效率高，但成本比较高，每种珩磨轮都需配相应的修整轮，价格较高，只适合大批量生产。目前国外正在大力推广采用滚齿－热处理－强力珩齿这种加工新工艺。但这种新工艺在国内尚属试用阶段，普及推广应用有待时日。
3.3 少/ 无削加工
为了取得更好的性价比，提高齿轮的市场竞争力，少/ 无切削加工工艺逐渐步入齿轮加工的舞台。在节约资源，节省成本，保护环境，提高材料利用率等的优势下，冷轧、冷挤压、热精锻、冷精锻成型，冶金粉末加工等少/ 无切削加工工艺将成为汽车齿轮加工技术的首选。目前，由于原材料的材质、设备精度及热处理工艺装备水平及质量过程控制等诸多因素导致齿轮少/ 无切削加工发展还缓慢。
3.4 全智能加工系统
随着电子计算机高速发展，数控技术越来越普及应用于齿轮加工。全数控、多元化、小型化、低噪声、高速高效、高智能、绿色环保等新型加工设备发展随着而来,齿轮加工也向着有全自动，全智能，高可靠性方向逐步发展，未来将会实现由一人值守，全机器运转替代传统的人工操作流水线作业方式。齿轮加工正朝着高效、高精度及绿色制造方向发展。
结语
从中国加入WTO 后，越来越多的外资及合资齿轮加工企业不断进入中国市场，国际一线的齿轮制造技术和现代化管理方式不断被引进并应用于国内的齿轮制造企业，汽车齿轮制造行业发展尤为突出。新兴制造工艺在不断被开发并得以推广，也给中国的齿轮发展提供了更为广阔的舞台
参考文献
[1] 王政.《汽车齿轮的加工工艺及发展趋势》. 现代零部件.2010 年第9 期 p26-28
[2] 李先广.《当代先进制齿及制齿机床技术的发展趋势》 制造技术与机床.03 年第2 期.p47-50
[3] 梁代魁.《汽车变速器齿轮的加工技术》. 国外汽车.1992 年第1 期p58-61
关键词:行星齿轮;减速装置;工程机械;加工工艺
中图分类号:TH132文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0045-02
行星齿轮是广泛运用在行星减速中的齿轮零件。目前,需加工的行星齿轮要求非常高,对齿轮噪音要求非常高,齿轮要求干净,不能带一点毛刺。首先是材料的要求;其次是齿轮的齿形齿向满足DIN3962-8的标准,齿形齿向不得中凹;第三,齿轮磨削后的圆度误差和圆柱度误差要求高,内孔表面有粗糙度要求高。齿轮的技术要求如图1(齿轮图纸)所示:
一、行星齿轮常用加工工艺和检测出现的问题
行星齿轮常用的工艺路线:锻坯(正火、抛丸)―精车―剃前滚齿―去毛刺、齿部磨棱―轴向剃齿―渗碳、淬火―珩齿―磨内孔。经检验发现出现以下技术问题:
1.行星齿轮的齿形齿向出现了中凹现象,齿面粗糙度低于要求,要求为Ra0.8,实际上为Ra1.2～Ra1.8,齿形的齿顶出现负值且中间齿形凹陷,齿向也出现了中凹,行星齿轮的齿形齿向如图2所示。
2.内孔表面的粗糙度不能达到要求,检测结果为Ra0.5～Ra0.7,低于Ra0.4的要求,不能满足技术要求。
3.用标准内孔通止规检测与内径千分表检测误差较大,有0.010～0.015的差异。圆度误差有0.004～0.006,圆柱度0.007～0.009。不能满足技术要求(圆度不大于0.003,圆柱度不大于0.005)。
以上技术质量问题的出现是由设备、刀具和工艺路线设计不合理形成的,为了解决以上技术问题,必须从设备、刀具去解决,用最佳的工艺路线去实现产品的加工。
二、齿轮加工工艺和检测的改进创新
由于加工工艺路线和设备刀具设计不是非常合理,致使该工艺加工存在一定的技术问题,首先就要解决齿轮的齿形和齿向问题,如果齿形齿向不能满足设计要求,其余的加工都无从谈起。
1.解决齿形齿向的问题有两种方案:第一种是采用热后磨齿,通过热后磨削加工,齿形能满足DIN3962-8的齿形和齿向要求,同时也可以保证齿面的粗糙度,但磨削不能完全保证齿形齿向不中凹,并且加工成本很高,加工效率低下;另一种方案是采用径向剃齿结合热处理的变形技术控制。这种加工方案非常经济并且效果很好。首先保证径向剃齿的齿面粗糙度达到技术要求大于Ra0.8。其次是控制剃齿的齿形齿向,让其满足热处理的变形规律。通过多次的试验,形成了一套有规律的剃齿技术要求。具体技术为:(1)对产品热处理变形进行总结其规律,发现经热处理后,齿形的齿顶变负,齿向的中凹严重,齿向的鼓形拉直,针对这种变形,就必须对热前产品的剃齿齿形和齿向进行修正;(2)对径向剃齿工艺的刀具修形处理,剃齿工艺最重要就是剃齿刀的修形,修形规律要通过产品加工进行摸索,不能以一概全。具体情况要具体分析,大致是剃齿刀的映射到剃齿工件上;(3)径向剃齿的齿面粗糙度完全小于Ra0.8,现加工的齿面粗糙度只有Ra0.5～0.68。
2.内孔表面的粗糙度要求不大于Ra0.4,这种内孔要求在普通内圆磨床上是很难实现的,即便实现了合格率也不高(只有85%)。如采用粗精磨再加内孔研磨,成本高,效率低(每班只能加工100多件)。通过技术改造。用简易CNC内圆磨床,采用PLC模块控制,在砂轮修磨次数上采用往复一次的方法,来实现内孔的尺寸和粗糙度,就能经济的达到技术要求,合格率和效率都得到了大大地提高(每班次能加工200件)。采用简易CNC内圆磨床,加工产品经检测,普通内圆磨床与简易CNC内圆磨床的数据对比见表1:
表1普通内圆磨床与简易CNC内圆磨床的数据对比
序号 磨床型号 粗糙度(μm) 圆度(μm) 圆柱度(μm) 内孔尺寸大小(mm)
1 M2110C 0.4～0.6 5 9 0.01～0.03
2 M2110/CNC 0.18～0.32 2 5 0.003～0.008
3.圆度和圆柱度检测的改进和创新:由于塞规检测不出内孔的圆度误差,用通止规检测时,内孔的真实尺寸反映不明显。用内径千分表检测出的数据存在人为因素的影响。为了快速检测出孔的尺寸和圆度及反映出圆柱度的大小,经对圆度的定义和圆柱度定义的理解。引进使用QQF型浮标式气动量仪,该量仪的量值为0.0005mm,能满足内孔的检验要求,同时也满足圆度和圆柱度的检验要求。具体检测方法如下:(1)圆度的检测:气动测头在内孔的一端内旋转一周,内孔的尺寸就出现了最大φ1最小值φ2,两值的绝对值就是内孔这端的圆度t=|φ1-φ2|;(2)圆柱度的检测:气动测头在内孔的一端内旋转一周,内孔的尺寸就出现了最大φ1最小值φ2;然后用同样的方法检测内孔另一端,内孔的尺寸就出现了最大φ3、最小值φ4,四个值中最大与最小的绝对值就是圆柱度t=|φmax-φmin|。(具体如图4所示),通过这样的检测就可以解决购买昂贵的圆柱度仪的的资金问题,确实是为企业减轻了负担,提高了经济能力。
图4内孔示意图
三、行星齿轮工艺改进的工艺流程及结果
经改进后对齿轮加工调整为锻坯(正火、抛丸)―精车―剃前滚齿―齿部磨棱―径向剃齿―去应力回火―渗碳、淬火―珩齿―磨内孔 (简易CNC内圆磨床)。
只有通过工艺创新和检测创新,才能使书本上概念有新有理解,满足产品的加工要求,降低生产和检测成本。
参考文献
[1]机械设计手册新版(1卷) [M].北京:机械工业出版社,2004.
【关键词】慢走丝；齿轮；加工；误差；加工质量
0 引言
齿轮的加工有很多方法，一种典型齿轮加工方法是利用齿轮的啮合原理来加工齿轮齿形的叫范成法，滚齿和剃齿是比较典型的齿轮加工方法，另一种方法是在齿坯上适用于齿轮齿槽法向截面相一致的刀具加工出齿形的方法。
滚齿加工一般可以加工出8级精度的齿轮，如果利用精密滚齿机和精密滚刀可以加工出4-5级精度的齿轮。在滚齿加工中常出现误差幼齿圆和径向跳动误差、公法线长度误差、齿形误差、齿向误差、齿面粗糙度，只要我们找到误差来源，再生产和加工过程中加以控制，就可以提高齿轮的精度。
剃齿加工是齿轮一种常用加工方法，工作原理如同螺旋齿轮副啮合原理，被加工齿轮可以看成是有齿圆柱齿轮，加工刀具可以看成是螺旋齿轮，剃齿刀与被加工齿轮啮合，回转轴线构成一个角度，剃齿刀可以分解成两个运动，一种运动带动工件旋转，另一种运动是剃削的切削运动，剃齿刀可以在工件表面上切0.01-0.05mm切屑，因此切削加工广泛运用在齿轮精加工。
对齿轮进行精加工可采用磨削、珩磨、研磨、抛光等精加工工艺，其中磨齿工艺最为广泛应用。
1 齿轮加工工艺方案
在齿轮泵中，最关键的部件是一对相互啮合的齿轮，齿轮加工精度基本决定了齿轮泵性能。国外许多著名的齿轮的齿轮泵生产厂家，都是伴随着齿轮泵加工成精密级不断发展壮大的，齿轮泵越精密销售量猛增市场占有率越高。制造精密齿轮泵一直是齿轮泵研究的一个重要方向。本文考虑到材料的热处理，还考虑到本单位的设备状况，提出里齿轮加工两种工艺方案如下：
方案一：下料――粗车――调质――精车――粗磨――线切割――磨齿――氧化
方案二：下料――正活――粗车――精车――渗碳淬火――粗磨――精磨――线切割――磨齿
2 齿轮坯制作
本单位有数控慢走丝线切割机床，由于本文齿轮的模数较小，必然为最后工序磨齿做出高精度齿轮坯，所以利用数控慢走丝线切割加工齿轮坯，这样加工出齿轮坯为磨齿提供了高精度齿形和定位精度。
数控满走丝线切割加工齿形应在齿坯外形留5-10mm装夹余量，还必须考虑到钢丝的入丝点和出丝点，由于齿轮外形不能有痕迹，所以本文入丝点和出丝点选在齿根处。
慢走丝线切割在加工过程中使用多次切割的先进工艺，采用多次切割工艺时第一次切割主要进行高速稳定切割，可选用高峰值电流，第二次切割主要是修光，选择较小的脉冲电流和脉冲宽度，第三次切割主要是精修。
数控慢走丝线切割机床采用编程方式是交互式图形编程，以Pre/E软件画出一件齿形图，然后利用数控慢走丝的切割机床进行编程，编制程序如图1。
【参考文献】
[1]徐茂功，主编.公差配合与技术测量[M].机械工业出版社，2003.
[2]齿轮手册编委会，主编.齿轮手册[M].机械工业出版社，2002.
【关键词】大直径；分体结构；大齿轮；加工工艺
前言
近年来随着冶金、电力和建材行业规模的日渐壮大，球磨机的生产也日渐向大出力大直径发展。截止目前国内生产最大的自磨机MZS8848，其大齿轮直径已经达到11559mm之大。大齿轮是整个球磨机制造周期最长生产难度最大的部件。大型球磨机大齿轮的直径经常在5-10m之间甚至达到10m以上。此类大齿轮的制造和加工也就成了制造大型球磨机的关键突破点。本文通过对本公司生产的一套直径9139mm四半分体结构大齿轮的加工工艺探究，发表了一些自己的看法，希望可以抛砖引玉，为此类大齿轮的生产制造甚至球磨机的生产贡献微薄的力量。此套大齿轮基本参数如下表所示：
材质 模数（mm） 齿数 齿宽（mm） 直径（mm）
ZG40CrNiMo m=34 z=266 b=952 d=9139
1、材质较为特别可焊性差相互定位较难
此套大齿轮就选用了ZG40CrNiMo材质。此材质具有较高的强度、韧性及淬透性，但是此材质可焊性差、补焊需要整体升温后方可进行。这就意味着加工过程中一旦出现加工量不足的问题将极难补救。在编制加工工艺时我们的解决方法是细化工艺路线，划分出粗、半精和精加工。并在每次机械加工前和钳工把合后安排划线。一方面指导加工另一方面可以验证上次留量加工的结果是否对下次加工造成影响。
对于分体结构大齿轮，分体加工而后由1/4组合成1/2，再由1/2组合成整圆是我们加工的基本思路。加工过程中我们通常是采用在结合面焊定位焊块的工艺手段来实现轴向的定位。但此齿轮材质特别可焊接性差，不能焊接工艺焊块。为了保证加工过程中各半齿轮间不串动，我们的解决方案是在结合面原有的定位销孔处加钻小于图纸直径的定位销孔，并制作工艺销钉用以把合定位。这样既不伤害齿轮原有结构又起到了定位的作用。同时我们选用号孔的方式来确保各个半齿轮结合面上的定位销孔位置的一致性。即以一半加工好的齿轮销孔为基准，通过钳工把合将另一半齿轮的销孔位置划出，并按此线为基准加工销孔。这样就大大提高了定位销孔位置的一致性。
2、硬度过高不易加工
此齿轮调制硬度280-305HB，硬度极高。高硬度为机床加工增添了较大难度。我们的解决方案是：镗床方面，选用798材质的大三角刀片配合ST550材质的精刀片进行镗削加工，改善切屑效果；立车方面，采用机卡车刀配合进口的SNMM250724-HR刀片替代常用的焊接车刀，并适当减小背吃到量；铣齿方面，选用功率较大的12M滚齿机，滚刀和盘形齿轮铣刀选用耐磨耐热的进口钴合金高速钢滚刀，滚齿硬度可以达到310-350HB可以满足此齿轮的制齿要求。
3、直径太大超过机床工作台极限
大齿轮直径达到9139mm然而我公司现有最大的10米数控立车其工作台直径仅为8000mm，零件无法装卡。为了解决装卡问题，我们制作了一套增加机床加工尺寸的工装卡具，我们将它命名为垫梁。其基本设计思路是在机床原有工作台上固定八个长条状的垫梁，再将原有卡爪移动到垫梁工装上，将工作台的工作面整体外延。考虑到强度问题垫梁整体选用铸造结构，整体外形呈长方形。其上端面开有与原机床相同结构的T形槽和锯齿状固定牙槽，用以安装机床原有的卡爪。下端面铸造有拉筋和多处把合孔，通过螺栓将其与机床工作台上的T形槽连接起到固定作用，并可以根据实际使用需要调整把合位置来灵活变动有效长度。
通过这套工装立车的加工直径可以达到其极限范围，大大提升了立车的加工能力。并且此套工装具有一定的通用性，可以将其应用到不同的机床使用。这不仅解决了此套大齿轮的加工，还为厂内各立车日后加工其他大直径零件创造了条件。
4、直径大、结构特别齿轮变形不易控制
此类大齿轮直径较大，辐板内多为空腔结构并且为四半分体结构，加之加工过程中受到切削振动、切削热和自然时效等因素的影响齿轮变形在所难免。为了保证出厂精度，我们采取了以下几方措施进行控制：
1）细化工艺路线，将整个加工过程划分成粗加工—探伤—调质—半精加工—粗铣齿—热处理—精加工—精铣齿—探伤的工序。此种工艺路线的细化既有利于零件形变的恢复，又方便在加工发生问题时及时补救。
2）在粗车后安排调质，在粗铣齿后安排人工时效，最大限度的消除零件应力，防止变形对精加工的影响，保证整体制造精度。
3）在每一次加工前把合后安排划线，一方面划出加工参照线，最主要的是通过组对后划线宏观的验证上一步的机加工是否达到了要求。
5、大齿轮生产周期过长
在市场竞争日趋激烈的当今社会，时间就是金钱，用户对于工期的要求越来越高。对于生产厂家来说缩短交货时间是占据市场的有力武器。大齿轮是整套磨机中制造周期最长的部件，缩短大齿轮制造周期是缩短整机交货时间的关键所在。大齿轮铸造工序较长，工期较难压缩。机械加工中以铣齿工序耗时长达两个月之久。如果能在铣齿方式上做出改进就可以有力的缩短生产周期。
以往此类大直径大齿轮粗精铣齿均采用滚齿机用展成法进行粗精铣齿，此种方法对比成型法制尺效率高精度好。但是此种四半分体结构的齿轮只有把合成整轮后方能上滚齿机加工，并且粗铣齿时滚齿机作为精密设备无法上太大切屑量，这就导致粗铣齿效率低下。在这种情况下展成法制齿反而没有太大优势。经过技术分析和实践验证，我们采用镗床配合盘型齿轮铣刀代替滚齿机进行粗开齿，即采用成型法制齿。基本原理是制作适合本齿轮的专用盘型齿轮铣刀和刀片。加工时镗床按照齿形样板划出的加工线沿齿的方向逐个齿切削。镗床功率大可以上较大吃刀量，并且可以多台机床同时对各1/4进行开齿，这就大大提高了粗铣齿的效率，最多可以在原有基础上节省2/3的粗铣齿时间。
6、结束语
以上针对此类大直径、分体结构大齿轮加工问题的解决方案，通过生产实践证明是切实可行的，希望对于以此大齿轮上典型问题的分析和解决方案的提出能够对行业内大齿轮的制造起到一定的帮助作用。
参考文献
[1]黄健求.机械制造技术基础[J].机械工业出版社，2005（11）.
InvoMilling 是一种外齿轮和花键加工工艺，具有无可匹敌的灵活性，对于小批量生产以及注重短时间内完成的生产都非常有吸引力。
InvoMilling1.0 是基于InvoMilling 技术开发的CAM 软件包。通过简单的工件参数输入、加工策略选择、刀具选择等几步操作即可生成机床所需的程序代码。该软件配合五轴机床后，通过一组刀具即可加工多种不同齿形的外齿轮或花键。
软件通过3 个简单的步骤生成InvoMilling 的完整数控程序：
1. 通过输入零件图纸中的齿轮参数来定义齿轮的几何形状。
2. 选择加工策略，添加粗加工和精加工工序，从刀具数据库中选择要使用的刀具。
3. 在为您的机床自动生成NC 程序之前，模拟加工过程以验证刀具路径。
客户案例
关键词：动力钳；齿轮加工；渗碳淬火齿轮；内花键孔；加工工艺
在齿轮加工中，为解决低碳合金钢渗碳齿轮淬火后内花键孔加工问题，一般采取以下方法。对于花键孔硬度要求不高的齿轮，可在渗碳前。内孔及孔口两端面上留2mm余量，渗碳后车去内孔及端面上的碳渗层余量，使内孔及端面达到最终或工艺尺寸。内孔及端面处的硬度低于刀具硬度，可直接用拉刀拉削内花键。如动力钳上CMN齿轮马达配对齿轮的渐开线内花键就采用了这种加工工艺。这类齿轮也可以在渗碳前，按常规工艺精加工孔。渗碳时，在内孔及孔口两端面上涂上防渗涂料，渗碳后拉削内花键。由于防渗涂料在实际运用时效果不是很好，淬火时还要采用闷头闷内孔，以延缓内孔的冷却速度，降低内孔的淬火硬度，便于淬火后修整键槽。这些方法均是通过降低内花键孔的淬火硬度以便加工，从实际运用上来看， 效果不是很理想。
我公司在对动力钳输出齿轮等要求硬齿面花键孔的加工时，通过摸索和借鉴，找出一种比较符合我公司实际情况的加工方法。这就是在渗碳前拉出内花键，渗碳后直接淬火，热处理后在压机上用花键推刀推挤修正内花键。这种加工方法必须控制齿轮内花键孔渗碳淬火后的收缩变形量，以便于下道工序修整内花键。
为了能稳定渗碳淬火后齿轮内花键孔的变形量，我们首先在齿轮材料以及热加工工艺上采取了一些措施。钢材内部组织疏松是导致内孔收缩量大的原因之一。我们严格按照国家标准精选材料，同时加大锻造比，使组织紧密，以减少内孔收缩量。在锻件中如有魏氏组织与带状组织等缺陷，常温的正火难以消除，组织不均匀使冷加工后残余应力增加。齿轮渗碳淬火后，内孔变形量增大。因此，严格控制锻造工艺，是减小齿轮内孔变形的重要一环。对于正火温度，我们经过多次试验，将其控制在940-950℃，高于渗碳温度，比较符合我们的实际要求。齿坯充分正火后得到均匀的珠光体与铁素体，晶粒度为7-8级，齿轮内孔变形变小。
动力钳具有花键孔的齿轮形状典型的有图示两种情况。
图一 图二
齿轮形状不同，加热与冷却时，各截面的塑性变形抗力不一。同一材料的齿轮经渗碳淬火后，花键尺寸相同的内径径向收缩量也不同。根据我们多次实际试验摸索，这两种形状的齿轮渗碳淬火后变形规律如下：图一所示的齿轮（如配对齿轮等），孔的两端结构对称，在渗碳淬火后内孔呈反腰鼓形，即孔中部收缩大，两端收缩较小，且产生椭圆。对于图二所示的齿轮（如输出齿轮等），其结构特点是孔两端壁厚不对称。此类零件的花键孔热处理收缩变形规律主要是：除孔收缩变形产生椭圆外，还明显形成锥度。这是因为孔壁薄的一端收缩变形量比孔壁厚的一端收缩变形量大所致。
由此可见，花键孔的热处理收缩变形规律及变形量大小与齿轮的结构形状有关。要得变形量小就应尽量使花键孔的两端结构对称且壁厚均匀，并尽量增加孔的壁厚尺寸。对于图一所示的齿轮，在设计许可的前提下，将孔中部一段花键切削掉，其尺寸比花键大径深0.3-0.4（如图一）。对于图二所示的齿轮，台阶一端内花键切削掉一段。这样齿轮内花键孔将不受台阶一端收缩的影响，而可基本保持孔径相同。这类齿轮，如以台阶端面为基准进行拉削，由于该端壁薄，易产生弹性变形。拉削后，此台阶部分孔径往往偏小（壁薄时可达0.03以上）。加上渗碳淬火后，该端孔径收缩又较大，从而产生锥形孔。如以齿轮端面为基准进行拉削，则可克服上述缺点。
对于内花键孔收缩量较大的齿轮，根据花键孔的变形规律，适当加大花键拉刀径向尺寸，尽量使渗碳淬火后，花键孔尺寸在合格范围内，这种方法既经济，效果又好。我们根据实际积累的经验，相应制定了花键孔的拉削尺寸，拉削公差0.021，加工后较好地控制了内孔变形。为了弥补不对称壁厚的热处理缩孔变形，我们还采用了涨孔工艺。壁薄端孔涨量稍大于淬火后两端孔缩量的差值，使热处理后花键孔具有了一个正确的形状。可用带锥度的外花键或涨芯套涨孔，使花键大径产生塑性变形。此时，大径的内应力较大，热处理后应力恢复要增大变形，所以孔涨量稍大。
对于精度要求较高的齿轮，我们还采用了穿心轴淬火工艺，先渗碳后穿心轴淬火。既保证了花键齿面的渗碳层深度，又减小了花键大径热处理变形。淬火心轴的大径应比花键孔大径小0.05-01mm，理论上减小值应与零件的缩孔变形量相等，但实际取值应稍大一些。淬火心轴的小径应不大于零件花键孔相配的花键轴的小径，以免发生干涉。齿厚应小于花键孔齿槽宽，齿厚减薄量在0.5mm左右，防止齿侧干涉，同时增加通油量，提高花键硬度。
花键孔大径作为齿轮加工、测量及安装基准，必须具有较高的精度。在上面的工艺措施有效地减小了淬火变形后，我们在齿轮渗碳淬火后采用花键推刀在压机上对花键孔进行推挤修整， 使其达到设计要求。
结束语
经过我们不断的摸索和改进完善工艺措施，基本上消除了花键孔的椭圆度和锥度误差，有效地减小了花键孔淬火变形。使得在齿轮渗碳淬火后采用花键推刀在压机上对花键孔进行推挤修整更加方便，提高了刀具耐用度，延长了推刀使用寿命，符合我公司批量生产的实际要求，具有一定的实用推广价值。
参考文献：
[1]《热处理手册》第二卷 机械工业出版社 2008年出版
[2]《渗碳齿轮内花键孔淬火变形的预控制》王学渊，《机械制造》1987年04期
[3]《齿轮渗碳淬火变形及其改进措施》李爱花，《科学创新导报》2008 年第28期
[4]《浅析渗碳淬火齿轮的变形与控制》谢浪，《机械工人》（热加工）2002年03期
[5]《内花键渗碳淬火变形控制的工艺措施》眭小利，《机械制造》2008年01期