齒輪精加工主要有兩種方法:剃齒加工和磨削加工。剃齒在熱處理前進行,磨削在熱處理之后進行。近幾年來,齒輪磨削精度、效率和各種功能已達(dá)到了極高的水平。新陶瓷和CBN砂輪的使用對成形磨削和展成磨削都貢獻巨大。
剃齒工藝與磨齒工藝的對比
一直以來,齒輪生產(chǎn)商把全部精力集中于改善整個齒輪的質(zhì)量,于是完全依賴齒輪磨削加工。這項加工工藝保證齒輪加工的精度幾乎完美無缺,可惜的是經(jīng)營費用及投資價值很高。
由于有了先進的數(shù)控剃齒刀磨床(圖),如今我們可以在幾十分鐘內(nèi)完成各種修形剃刀的磨削。剃齒機床通過程序控制所有的動作。但對于齒輪熱處理后的質(zhì)量還無法全面控制,因為淬火會造成齒輪的變形。對沒有勻稱結(jié)構(gòu)的齒輪會有重大的影響。這樣的齒輪在工業(yè)、農(nóng)業(yè)各方面應(yīng)用的車輛及拖拉機的變速裝置中都是常見的。
剃齒刀磨床S400G,意大利SAMPUTENSILI生產(chǎn)制造
關(guān)于汽車工業(yè)的齒輪,尤其是那些用于自動變速器中的行星齒輪。通過將剃齒精度控制在5級并設(shè)置剃齒的反變形措施,將其熱處理變形降到最低,因而穩(wěn)定了齒輪的成品尺寸。
齒輪剃齒加工工藝上的優(yōu)勢
◆ 齒向精度提高2、3 DIN等級
◆ 齒形精度提高2、3 DIN 等級
◆ 齒距精度提高1、2 DIN 等級
◆ 剃齒表面粗糙度接近磨削加工的表面粗糙度(Ra= 0,4-0,6 微米)
◆ 通過細(xì)致的剃前及剃齒加工可得到5 級精度(DIN 3962)的齒輪
理論上的齒向會與實際測量的齒向有差別。通過剃齒加工工藝、剃齒參數(shù)及特殊剃齒刀的各種影響達(dá)到理想的齒輪齒向,以降低噪音。可實現(xiàn)用低成本的剃齒工藝加工出相當(dāng)于高成本的磨齒工藝加工出的相同質(zhì)量的齒輪。
例如,自動變速使用的行星齒輪,可以在約一分鐘內(nèi)磨削并獲得5 DIN等級的齒輪。通過剃齒加工可以得到同樣等級的齒輪,加工時間比一般磨削的少13-15秒。剃齒僅需要一臺機床,而磨削卻需要三臺。
在選擇磨削齒輪以前,要估算所有費用和利潤。齒輪剃齒工藝在DIN5到DIN8等級的應(yīng)用范圍內(nèi)可以取代磨削。
傳動極大力矩的齒輪系,如重卡車、拖拉機以及農(nóng)業(yè)機械,目前是經(jīng)過成形磨削加工的。成形磨削使齒輪的根部圓滑過渡,齒輪本身就變得更堅固,打齒的風(fēng)險也減至最小限度。因此較大模數(shù)(4-8毫米)的齒輪在主要是磨削加工。
但有一些齒輪不能磨削。例如與大齒輪相連的小齒數(shù)或帶臺肩的齒輪、同步器等零部件。
剃齒的齒輪主要是用于車輛的傳動裝置中。在它右面的二速齒輪不能磨削,必需剃齒。一般來說所有以插齒刀加工的齒輪都不能磨削。
近年來,快速發(fā)展起來一項新工藝——內(nèi)珩磨工藝。切除的材料多時,可選擇應(yīng)用CBN砂輪珩磨,這種加工方法去除的金屬材料不多,珩磨齒輪的珩前誤差不能很大。但砂輪的價格卻很貴,如果熱處理造成的變形很大,為了便于切除材料,應(yīng)在熱處理前用具有變形補償?shù)奶挲X切除較多的余量,并有效減少熱處理變形,這將有助于熱處理后的珩磨。
剃齒加工時,切除的材料不多,切削速度也不高,加工中刀具刃口的壓力不大。因此轉(zhuǎn)向改善剃齒槽的側(cè)面粗糙度, 現(xiàn)在的數(shù)控梳槽機,使剃齒刀容屑槽側(cè)面的加工表面粗糙度有了很大好轉(zhuǎn)。日本已在這方面進行了試驗,研究有關(guān)熱處理后的液化氮深冷處理。這種加工方法使剃刀材料的特性予以改變、平均使用壽命增長、剃齒刀的性能也有所改善。
剃齒機床不斷地發(fā)展,技術(shù)日益完善?,F(xiàn)在的剃齒機床可以執(zhí)行各種各樣剃齒加工程序如軸向剃齒、對角剃齒、切向剃齒、徑向剃齒。而且在同一齒輪的剃齒過程中,從一種剃齒方法轉(zhuǎn)到另一種剃齒方法。特殊工藝過程都是由數(shù)字控制實現(xiàn)的。數(shù)控剃齒的好處在于在剃齒過程中實現(xiàn)切削速度,徑向進給,行程等各種參數(shù)的控制、在剃齒過程中進給量切削速度、行程長度等參數(shù)都能進行改變。所有這些都便于我們選擇不同加工條件。除了上述標(biāo)準(zhǔn)剃齒方法以外,也可以選擇如下所列舉的特定工藝:
1. 漸進對角剃齒(Progressive Diagonal Cycle)
2. 不連續(xù)對角剃齒(Disjointed Diagonal Cycle)
3. 混合剃齒(Mixed Cycle)
4. 雙聯(lián)剃齒(Twin Linked Cycle)
漸進對角剃齒
對角剃齒時,在齒向上可能發(fā)生的鼓形由工作臺圍著中心的擺動來實現(xiàn)。這種動作是繞x軸線擺動而實現(xiàn)的,是在計算機控制下完成的。x、y、w三軸線的協(xié)同運動可造成鼓形或者在齒輪的雙側(cè)面形成錐角。
如果鼓形相當(dāng)大、擬切除的材料過量、要對齒輪進行多次擺動剃齒,可以設(shè)定x軸線的擺動次數(shù)以便兩端的材料漸進地切除。
混合剃齒
徑向剃齒比切向剃齒的時間短,但表面比較粗糙。解決辦法是進行徑向切削,切除大量余量,然后進行軸向、對角剃齒實現(xiàn)精加工。實現(xiàn)了剃齒時間短和良好的剃齒表面質(zhì)量的剃齒結(jié)果。
不連續(xù)對角剃齒循環(huán)、雙聯(lián)剃齒
這兩種特殊工藝可得到齒向修正。例如以不連續(xù)對角剃齒把加工程序分成三段,并根據(jù)每段的具體加工標(biāo)準(zhǔn)擬訂不同的鼓形和錐度要求。
較容易獲得特殊及不對稱凸形的齒向修正,從而能加工出與淬火可能發(fā)生的變形相對應(yīng)的反變形齒形,以改變齒輪的嚙合狀況,降低齒輪嚙合的噪音。