齿轮加工方法总结

齿轮加工方法总结（精选8篇）

齿轮加工方法总结 篇1

齿轮是现代机械传动中的重要组成部分。从国防机械到民用机械，从重工业机械到轻工业机械，无不广泛的采用齿轮传动。随着我国工农业生产和科学技术的飞跃发展，齿轮的需求显著增加。因此，高精度齿轮生产，便成为发展机械工业的一个重要环节。近几年来，齿轮生产队伍发展壮大。根据不同的齿轮特性，分布略有不同，自动变速箱完全在外资企业控制，只能做齿轮配套。通用变速箱外资的多，国内主要是名企为主。

专用变速箱：国有企业占据主要市场。

高速重载齿轮：国有企业、外资企业为主。

齿轮的基圆是决定渐开线齿形的惟一参数，如果在滚齿加工时基圆产生误差，齿形势必也会有误差。基圆半径R= 滚刀移动速度／工作台回转角速度为滚刀原始齿形角)，在滚齿加工过程中渐开线齿形主要靠滚刀与齿坯之间保持一定速比的分齿来保证，由此可见，齿形误差主 要是滚刀齿形误差决定的，滚刀刃磨质量不好很容易出现齿形误差。

2008 年，中型企业集团化，重点企业的产量、销售额占全行业的 75%以上，现在年销售额超过1 亿元的企业已有150 多家，还有一批超过 10 亿元的企业。重点地区分为大中型分变速箱的企业分布情况进行分布主要集中在：汽车自动变速箱齿轮，基本外国垄断。

齿轮加工方法总结 篇2

1 齿轮加工基础知识

齿轮机构包括一对用于传送空间的两个轴和相互啮合的齿轮和齿条所组成的机械结构, 是最广泛使用的手动传动机构。与加工技术, 越来越多的齿轮机构更广泛地适应各种机械结构。齿轮机构有影响准确的利用边缘较广泛的圆周弧度和传递能量, 效率高, 寿命长, 性能可靠, 结构紧凑等一系列优点。因此, 在机械行业中, 有着非常广泛的应用, 这就要求厂家齿轮不断创新和优化齿轮产品设计, 生产高品质的齿轮传输产品, 以满足高速发展的经济领域的需求。

1.1 齿轮常用材料及其力学性能

在传动时的弯矩冲击齿轮传动。当使用齿轮表面的一定时间周期时必然会产生一定的磨损, 将使齿轮表面点蚀和齿接触面塑性变形, 从而丧失精度, 引起振动和噪声以及其他缺点的产生, 不同类型的故障条件会导致不同的齿轮破坏形式。

齿轮选择是在不同的操作条件下使用适当的齿轮制造材料。齿轮材料的性能和齿轮的使用寿命密切相关, 选择齿面点蚀容易产生疲劳的并且运行速度大的, 应选择硬度高的齿面和固体层比较厚的材料;有冲击负荷传输, 容易折断的齿轮, 所需要的材料的韧性应该是很好的;低速重载齿轮, 易折断的齿轮, 齿轮磨损, 要考虑选择齿轮材料的表面硬度高。

当选择一个齿轮材料时, 除了考虑传输条件, 还应考虑齿轮的结构形状, 生产制造技术和材料制作成本, 浪费消耗等其他一些因素。整体情况必须满足以下基本要求: (1) 轮齿表面层应具有足够的耐磨性和硬度。 (2) 对于承载交变载荷和冲击载荷的齿轮, 齿轮材料本身必须具有足够的抗弯强度和韧性。 (3) 有一个良好的加工过程, 是容易加工良好的传输性能的齿轮的必要条件, 传统材料的齿轮机械性能还需进行热处理。

1.2 制作齿形的一般方法

锯齿形齿的制作, 有多种类型的切割处理技术进行热轧, 冷挤压, 锻造, 铸造, 机械加工, 粉末冶金技术可以分为形成两种类型不同加工方法。

1.3 齿轮制造现状

齿轮传动装置具有恒定输出功率, 带载能力强劲, 匹配度高, 可靠性高, 寿命长, 结构紧密等诸多优点, 所以被广泛应用于各种机械装置和仪器中。齿轮机构是机械变速器的主要表现形式, 齿轮是机器的主要部件, 其质量、性能、使用寿命直接影响该机器的使用。因为现代机械要求越来越多的形状复杂的齿轮, 技术问题较欠缺, 生产难度进一步加大, 因此转移生产水平的技术经济性能的机器, 在很大程度上是一种反射国家整体机械工业水平的行业。

在我国, 20世纪70年代末, 已基本形成齿轮传动机构制造的完整工业体系。齿轮生产技术的关键是获得高品质的制造装备。齿轮加工过程中, 由于使用的各种程序不同的结构传输形式, 精度等级的制造条件归纳为齿轮坯加工、齿形加工、热处理和热处理完成四个阶段的处理。齿轮毛坯加工过程必须保证数据的准确性, 因为热处理直接决定齿轮内在质量, 热处理和后期质量热处理后的流程也是关键, 内在质量也反映了生产齿轮的水平。

2 齿轮加工工艺

2.1 锻造齿坯

锻热压印的过程在齿轮毛坯锻造仍然被广泛使用。近年来, 横轧技术在机械轴的生产上是一个大规模推广过程。这种技术特别适用于更复杂的阶梯轴类工件, 这种方法不仅精度高, 生产效率高, 更重要的是加工余量小, 基本没有资源浪费。

2.2 正火

这个过程的目的是经过齿轮切削硬度和最终热处理加工的组织工作, 以获得合适的温度, 以有效地减少齿轮钢材料的热变形。一般工作的人员, 设备和环境的正常化影响比较大, 从而使工件和冷却速度是难以控制均匀的, 导致不均匀的组织结构, 并直接影响金属切削的最终热处理, 使得产生大的热变形而无法控制, 出于这个原因, 必须使用等温正火过程。实践证明有效改变正常化等温缺点的弊端, 可以稳定产品质量。

2.3 车削加工

为了满足高精度加工的齿轮定位的要求, 所有齿轮毛坯均采用数控车床一次性完成。机械夹紧不用反复磨旧式车刀, 断面和外径同步加工过程设备得以实施完成, 既保证了垂直度内孔的要求, 又确保了生产大批量的离散型齿坯的差异小, 从而提高了精密齿轮毛坯, 以确保后续齿轮加工数量。此外, 高性能的数控车床也显著减少了设备数量, 经济性明显较好。

2.4 滚、插齿

在众多的加工齿部设备中, 仍然是传统滚齿机和塑造机上使用的技术, 虽调整为便于维修, 但生产速度较慢的性能, 如果有必要完成较大的产量时, 必须同时多机生产。随着涂层技术的发展, 研磨涂层刀片后再次镀涂是很容易的, 多次更换图层可以显著提高刀具寿命, 作为一项参考, 同比增长超过90%使用年限, 有效地减少了换刀时间和研磨时间, 效果显著。

2.5 剃齿

径向剃齿技术, 因为其效率高, 齿形的设计, 齿向的修改有利于实现, 根据要求的简单性, 被广泛应用于大批量生产的齿轮中。自1995年以来, 该公司收购了意大利公司从事径向改造剃齿机, 因为这种技术已经日益成熟, 在质量稳定可靠的处理中得到应用。

2.6 热处理

齿轮毛坯最常用的钢材正火或淬火, 回火等热处理。铸造或锻造, 机械加工和切削加工之前。这消除了残钢的铸造或锻造后的斜面压力, 在布上的凹凸物通过重结晶和结构均匀细化的方法, 从而提高了切削加工性能和减少了表面粗糙度, 而且还可以减少淬火变形和开裂倾向。淬火也起到了组织晶粒形式的作用, 它可以使齿轮毛坯实现更高的实力, 但切割性能相比以前更糟。齿轮毛坯正火或淬火后的粗糙普遍存在, 这样就可以避免内应力粗加工的形成。齿轮的热处理, 常见的齿轮淬火热处理, 渗碳, 渗氮等方法。往往可以形成淬火硬度比平均表面硬化更高, 并且保持了中心部的强度和韧性

2.7 磨削

主要是对齿轮进行内衬热处理, 用轴的外径、断面、齿轮内孔等主要部分提供精加工提高精度, 减小几何公差的大小。

2.8 检验

齿轮检测技术中有着重要的作用, 在生产齿轮, 没有先进的检测技术和设备, 它是不可能制造一个优秀的齿轮性能的。现代齿轮技术是结合非接触式检测技术、高精度、多功能、自动化, 集成化 (电脑控制) 、经济化发展的方向。在检测领域中, 解决问题求解大型和小型模数检测问题。

齿形检测方法是目前两种类型有单独的误差测量和综合误差的测量。1968四川省成都工具研究所首次齿轮整体误差方法测量综合误差。揭示了齿轮固有的特性和各种误差之间的联系机制, 提供了基础的监控齿轮制造质量, 改进设计和制造齿轮的工艺和方法。1970年以后成都工具研究所、哈尔滨和北京量具厂等用这种方法测量技术研制了完全横截面的测量仪器, 用来减少误差, 以全面制定发展新阶段的测量方案。

3 新方向

高精密加工技术的研究和开发用于开发高效齿轮。经过几十年的科技人员的努力, 对于硬齿轮外部的生产技术, 建立了国际先进水平为主要的设计、制造、测试、系统测试标准和规范, 具有全方位的加工, 热处理, 检验和测量工具, 培养了一系列国际先进的技术型工程技术人员, 和先进的设备高级操作员。但由于齿轮处理结构工具尚未发展成熟生产工艺化, 主要的原因是内齿轮磨削, 研磨寿命的降低, 影响制造齿轮刮除技术和研究中硬质合金理论的成熟信息。因此, 预计这将是最近一段时间齿轮制造业的研究方向。

学习制造理论, 工具和制造齿轮工艺, 最后都要落实在设备的设计和制造中实现。磨齿收购成本高, 开发应用磨齿轮附件可以实现一机多用, 降低加工成本。在预处理中, 大型设备目前在研究和开发是铣齿, 更经济的途径在传统铣刀铣削的加工安装技术。

参考文献

[1]杨占尧.塑料注塑模结构与设计[M].清华大学出版社, 2004.

[2]张中塑料注塑模具设计从入门到精通[M].航空工业出版社, 1999.

试论弧齿圆柱齿轮的加工方法 篇3

关键词：弧齿圆柱齿轮；加工方法

弧齿圆柱齿轮的概念是由日本学者长谷川吉提出的，鉴于其具备很多优点，所以吸引了国外许多学者的注意与研究。在弧齿圆柱齿轮的加工方面，国内外学者研究了多种加工方法，其中比较典型的就是旋转刀盘铣削法与平行连杆法。但针对这两种加工方法的工艺及其优缺点方面的研究却很少。但加工工艺对加工效率以及工业生产都有重要影响，为此，本文就主要分析弧齿圆柱齿轮的上述两种加工方法。

1.旋转刀盘法

图1为弧齿圆柱齿轮的旋转刀盘铣削加工方法，如图所示，刀盘以 为中心轴做旋转运动，并沿着y轴进给移动。被加工齿轮绕着轴进行转动进给，有效调节刀盘进速度以及被加工齿轮进给速度，促使弧齿圆柱齿轮展成运动得以实现[1]。

图1 旋转刀盘铣削法加工弧齿圆柱齿轮

2.平行连杆法

图2为弧齿圆柱齿轮的平行连杆加工方法。如图所示，传动链前端的电机带动主动架，接着主动架利用连杆带动从动架（设置有弧齿圆柱齿轮的加工刀片）。因为加工的时候刀具前刀面是不会变化的，因此，能有效确保弧齿圆柱齿轮的凹齿面与凸齿面齿线半径一致[2]。

图2平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮

3.两种加工方法工艺的分析和对比

（1）系统刚度。旋转刀盘法具有构件少和传动链短的特点，刀盘能直接安装在机床主轴，所以系统刚度由机床刚度决定，因而系统刚度很高；在平行连杆法里因为传动链长，且含有连杆（刚度很低），为此，其系统刚度由平行连杆的刚度决定，因而系统刚度很低。

（2）切削速度。旋转刀盘法切削齿轮主要是通过安装多把刀在高速转动的刀盘上，因为刀盘属于回转体，就理论上来说其自身没有不平衡质量，即便出现动载荷也是由很少加工误差质量形成的，用较小的配重实现动平衡即可。所以旋转刀盘法能实现很高转速，具备很高的切削速度。平行连杆机构刚性差，动力学不平衡，所以转动的时候手正弦扰动较大，倘若要平衡其动载荷，就要增加较大的平衡重，进而增加机构负担；加之因为刚度差容易出现振动及共振，所以平行连杆法的切削速度难以有效提升，加工齿轮齿面质量较差。

（3）工艺生产效率。因为切削速度和生产加工效率基本上是成正比的，所以旋转刀盘法的生产效率要远远高于平行连杆法的生产效率。

（4）加工齿形合理性分析。基于两种加工方法齿条的基础上分析其加工齿形的合理性。旋转刀盘法加工出来的齿条其凹凸齿面齿线的半径以及径向齿宽齿槽宽均不一，表现为中间厚和两端薄，但法向齿宽及齿槽宽均一致。加之，旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮其轮齿呈现为鼓形齿，有易润滑等优势，而且转动过程中能在齿间间隙产生动压油膜，有效提升齿轮动润滑接触强度等，即便其接触区域小而且基本集中在中截面周围，但旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮还是属于较为合理的齿面结构。平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮其齿条的凹凸齿面齿线半径、径向以及法向齿宽与齿槽宽均一致，虽说此机构加工的齿轮可以达到全齿宽线啮合，但鉴于弧齿圆柱齿轮的两端面都有楔形变薄的现象，为此，全齿线啮合对齿轮接触强度的提升没有促进作用，也就是说平行连杆法加工弧齿圆柱齿轮缺乏合理性。

（5）齿面加工精度分析。从图1和图2可以看出，两种加工方法加工出来的齿轮表层都有刀痕，需要加工处理后才能应用。其中，旋转刀盘法能有效提升切削速度，能用砂轮代替道具，对齿轮做剃齿、磨齿等处理；平行连杆法不能有效提升切削速度，也就不能对齿轮进行磨齿、剃齿等加工。所以，旋转刀盘法能实现很高的齿面精度，平行连杆法则不能。

（6）硬齿面加工分析。加工硬齿面齿轮要求具备较大切削力和切削速度，还可能用到磨齿工艺，但通过上文分析，这些条件平行连杆加工法都难以达到，只有旋转刀盘法才能满足需求，为此，旋转刀盘法能用于加工硬齿面，平行连杆加工法则不能。

3.分析对比结果

通过对旋转刀盘加工方法和平行连杆加工方法进行对比分析后，总结了两种加工方法各自的优点和缺点，如表1所示。

本文主要分析了弧齿圆柱齿轮的两种加工方法，即旋转刀盘法和平行连杆法，通过对比分析两种加工方法，得出采取旋转刀盘法加工弧齿圆柱齿轮更好。

参考文献：

[1]常青林.弧齿圆柱齿轮两种加工方法工艺分析[J].机械传动，2014（06）：96-100

齿轮加工方法总结 篇4

机床型号:ZY-1000;

数控系统:三菱M70 FANUC-OIM;

基本轴:X、Y、Z;

回转轴:A。

1 工作原理

用锥面砂轮磨渐开线齿轮, 是按齿轮与齿条啮合原理进行的, 图1用齿轮齿条模拟一对渐开线齿轮相互啮合。齿条相当于基圆半径无限大的一个齿轮, 即分圆直径

d分=∞

渐开线齿轮基圆直径:

d基=d分×cosα分

当d分→∞时,

Lim d基=d分×cosα分=∞

d分→∞

渐开线齿形在分圆处的曲率半径:

ρ= (d基/2) ×tgα分=∞×tgα分=∞

式中:d分为齿轮的分圆直径;d基为齿轮的基圆直径;α分为齿轮分圆压力角;ρ为曲率半径。

同样, 在齿形的其他点上, 其曲率半径也是无穷大, 所以齿条的齿廓渐开线就变成直线。因齿条的齿形是直线, 那么它的压力角就是这个齿形与中线的垂线 (相当于向量半径) 之间的夹角α分, 而齿条的齿形角等于2α分, 这个角度就是锥形砂轮的夹角。

将齿条作为刀具, 即直线刀刃。在运动过程中, 直线刀刃的包络线即为形成的齿廓渐开线。齿条刀具的移动A和工件的旋转运动B共同形成齿廓渐开线的运动。可见形成齿廓渐开线的运动是由刀具运动A和工件运动B复合而成的。单纯的直线移动A和单纯的旋转运动B, 称为简单成形运动。

在形成齿廓渐开线的过程中, 它们之间必须维持准确的运动关系, 即齿条刀具移过一个齿距时, 工件也必须转过一个齿。这意味着由运动A和运动B复合成齿廓渐开线的运动时, A、B是不能互相独立的。在传统齿轮加工机床传动系统中, 这种复合运动由刀具至工件之间严格传动比的传动链实现。而在数控机床中这种传动比的实现由数控系的插补运动即可简单的实现。

2 机床运动

齿轮工件在机床上的装夹和运动如图2所示。

机床的主轴 (砂轮) 的旋转作为切削的主运动, 工件轴 (齿轮) 即机床的第4旋转轴的往返运动和机床Z轴的上下运动合成展成运动, 按照齿轮每转过一个齿砂轮运动一个齿距关系运动, 即:

齿轮旋转角度360°/z;机床Z轴运动mπ的距离。

式中:z为齿轮齿数;m为加工齿轮的模数。

由机床X轴方向进给, 使在整个齿形上进行磨削。

3 砂轮修整补偿

砂轮修整要处理的一个重要问题是补偿, 砂轮每次修整后应当进行修整量的补偿, 补偿是自动在修整砂轮宏程序中计算, 把砂轮修整去的量计入工件的坐标系中, 例如:对于加工压力角20°的齿轮, 砂轮上表面和下表面修形成40°的锥角, 设上、下砂轮面在机床的X向修整0.02mm, 此时为了保证齿形不变, 在外径方向要修去0.02, 为了保证程序的通用性, 修整量0.02放置在变量#500中, 我们使用G54作为工件坐标, 在数控系统的程序说明书中可以查到G54坐标系值的宏变量号是:X轴:#5221;Y轴:#5222;Z轴:#5223;A轴:#5224。

按图示的坐标系的位置, 砂轮每修整一次, G54的坐标修正程序执行一次:

下面的语句即完成修整的补偿:

数控磨削有一个要处理的问题是砂轮修整, 用锥形砂轮展成法磨削齿轮, 只要把砂轮修整成锥面, 形成的夹角与齿形角相等, 也就是与齿轮的压力角相等, 由于修整面是斜面, 所以修型精确, 不会有包括金刚笔R等各种误差在内形成的修型误差, 砂轮修整使用3只金刚笔 (图3示) , 分别修整砂轮的上、下锥面和外圆。

4 结论

我们使用通用立式加工中心用展成原理磨削齿轮, 取得较好的效果, 特别是对一些特殊的齿轮也可很方便的实现磨削, 如我们磨削45°大压力角的齿轮, 另外用展成法砂轮修形准确, 宏程序通用性强, 只需输入数个加工参数和几个工件参数例如模数, 齿数, 压力角就可以进行生产。

摘要：数控立式加工中心机床在各企业使用很普遍, 而齿轮磨床的数量却相对较少, 为了充分发挥数控的优势, 我们在立式加工中心机床上应用齿轮展成加工原理进行齿轮磨削, 获得好的效果。

关键词：数控技术,数控机床,展成原理

参考文献

[1]三菱700/70编程说明书 (M系) , 1B-1500073 (CHN) -D.

齿轮加工方法总结 篇5

1 线切割加工工艺简介

目前，多种线切割加工工艺已经在各类精密零件的生产中得到了广泛的应用。数控线切割加工工艺在生产中的优势主要体现在以下几个方面。

第一，在数控线切割加工中，标准化夹具能够实现快速精密定位，从而保证极高的重复定位精度且不降低加工效率。在数控线切割加工中，较多的采用快速装夹的标准化夹具，这类装置的原理是：集电极与夹具为一体的组件是在装有同数控线切割机床上配备的工艺定位基准附件相同的加工设备上加工完成的。工艺定位基准附件都统一同心、同位，并且各数控机床都有坐标原点，因此电极在制造完成后，直接取下电极和夹具的组件，装入数控线切割机床的基准附件上，无需再进行纠正调节。加工过程中如需插入一个急件加工，同样可以将正在加工的半成品卸下，待急件加工完后再继续快速装夹加工。标准化夹具，是一种快速精密定位的工艺方法，它的使用大大减少了数控线切割加工过程中的装夹定位时间，有效地提升了企业的竞争力。

其次，近年来数控线切割摇动加工工艺大大提高了线切割加工复杂曲面的精度。摇动加工方法实现高精度加工线切割加工复杂型腔时，在不同方向上的加工难度和加工面积相差很大，会产生加工不稳定、放电间隙不均匀等现象。为了保证高效率下放电间隙的一致性、维持高的稳定加工性，可以在加工过程中采用电极不断摇动的方法。加工中采用摇动的方法可获得侧面与底面更均匀的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。摇动加工是根据被加工部位的摇动图形、摇动量的形状及精度的要求而定的，如果在加工中不采用摇动的方法，则很难实现小间隙放电条件下的稳定加工。在精加工中很容易发现因这个原因造成的不稳定加工的现象，不稳定放电使尺寸不能准确地得到控制且粗糙度值不均匀。采用摇动的加工方法能很好解决这些问题且能保证高精度、高质量的加工。

第三，多轴联动加工方法使螺旋曲面、微小齿轮等的数控线切割成为可能。近年来，模具工业和计算机技术的发展，促进了多轴联动线切割加工技术的进步。采用多轴回转系统与多种直线运动协调，组合成多种复合运动方式，以适应不同种类工件的加工要求，扩大了数控线切割加工的加工范围，提高了其在精密加工方面的比较优势和技术效益。数控线切割加工机床可利用多轴联动很方便地实现传统线切割机床难以加工的复杂型腔模具或微小零件的加工。

2 微小模数齿轮齿形曲线的数学模型

用数控线切割加工齿轮时，必须在齿轮轮廓曲线上合理取点，使编制的数控加工程序能够加工出正确的齿轮形状。因此，正确建立齿廓曲线的数学模型是进行微小模数齿轮加工的基础。

渐开线圆柱直齿轮一个齿的齿廓由齿顶圆弧段、渐开线段、齿根圆弧段，或者还有连接齿根圆弧段和渐开线段的过渡曲线段连接而成。其中过渡曲线不是简单的外切圆弧，它是在齿轮加工中形成的，直接取决于加工工艺方法和刀具齿顶形状，是齿廓曲线中比较复杂的线段。下面我们分别建立直齿圆柱齿轮齿廓曲线的数学模型。

3 基于UG的微小模数齿轮的三维实体建模

3.1 齿廓各段曲线的取点逼近

在用数控机床加工非圆曲线的零件轮廓时，一般不能直接进行数控编程，必须经过合理的数学处理，要以微直线段或微圆弧段逼近曲线。用微直线段逼近齿廓曲线时，相邻点间的一小段曲线可以认为是一小段圆弧。

我们通过在MATLAB中编程，将已经建立的数学模型生成可执行的程序，并以控制拟合误差的策略逼近齿廓曲线，对齿轮齿廓的渐开线、过渡曲线等部分分别进行取点计算，然后将数据文件存储，为下一步的实体建模做好准备。

3.2 基于UG的三维实体建模

在UG软件中，通过样条曲线命令>通过点>文件中的点，在对话框中选择前一步得到的数据文件的路径，确认后绘图区将会显示逼近的曲线（如图5所示），经过拉伸操作后，可以建立小模数齿轮精确的三维模型（如图6所示）。同时，还可以生成详细的零件图，可以利用UG的自动生成工程图功能输出零件图。

由于数据点文件中存储的数据包含了小模数齿轮齿廓中渐开线、过渡曲线、齿根圆和齿顶圆，因此建立的三维实体十分精确。在数据取点逼近时，我们还可以采取较小的步长策略或者设定较小的拟合误差控制提高逼近的精度，从而得到更加精确的齿廓数据。

4 微小模数齿轮的数控线切割加工

采用传统的齿轮加工工艺加工小模数齿轮时，由于刀具精度等问题的影响，加工难度大，效率低。传统的齿轮加工工艺难以保证微小模数齿轮的加工质量，限制了这类齿轮的应用。考虑到齿轮工作齿面和齿根表面的光洁度，数控线切割加工是较好的解决方法。

数控线切割机床按极丝的运行速度不同分为快走丝线切割机床和慢走丝线切割机床两类。快走丝线切割加工是我国独创的线切割加工模式，走丝速度一般为8～10m/s，由于丝速高还需要反复供丝，造成极丝抖动，故加工质量下降。慢走丝线切割加工是国外主要使用的线切割加工模式，走丝速度一般低于0.2m/s，由于是单向连续供丝，极丝磨损可以不计，加工质量较好。快走丝线切割加工适合切割厚度大的工件，而慢走丝线切割加工适合精密零件的制造。瑞士阿奇公司的经典系列线切割机床加工表面粗糙度 Ra可达 0.1μm，加工精度可达 1.5μm，近几年，随着材料科学和制造业的发展，各种高强度、高硬度材料和特殊结构零件被广泛使用，特种加工工艺成为重要研究领域，慢走丝线切割技术也得到了广泛应用。

数控线切割加工编程的最主要部分是计算出加工程序所用的节点坐标，然后再根据数控程序格式要求编制加工程序。前文我们通过建立的齿轮数学模型，对齿轮齿廓的各个曲线段进行了逼近，得到的数据就是加工所用的节点坐标。

利用线切割加工小模数齿轮，数控程序的编制十分重要，它控制着机床的运动，但想获得高的加工质量，包括低的表面粗糙度，高的加工精度，除了对机床本身的要求外，加工中对电参数的控制非常重要，包括电参数的选择、工件表面温度等都对加工精度有较大影响。

5 结论

（1）基于渐开线齿轮啮合的基本原理，分析了小模数齿轮（转下页）

不发生根切的基本条件，然后建立了小模数齿轮渐开线齿廓、过渡曲线、齿顶圆以及齿根圆的精确数学模型，对数学模型进行取点逼近，并将数据点文件导入到UG中，通过UG调用数据点文件实现了小模数齿轮的精确三维造型。

齿轮加工方法总结 篇6

关键词：齿轮,轴,齿形,加工工艺

1 研究背景

随着轨道交通技术的不断发展,对齿轮传动系统的设计要求也在不断提升,如运行速度不断提升、承载能力不断提高、齿轮精度越来越高、结构形式越来越紧凑等。

目前在齿轮传动系统中,主动齿轮结构形式采用齿轴的情况越来越普遍;齿轮轮齿由于精度和表面粗糙度的要求最终几乎都需要进行磨齿加工。由于设计的需要和结构的限制,诸多主动齿轮轮齿的成形圆直径( Form Diameter) 很明显地比一侧或两侧的轴径外圆小,如图1和图2所示;由于使用工况的需要和齿轴安装结构的限制,主动齿轮轴的轮齿一般都需要进行齿向修形,如图3所示。这类齿轮轴除轮齿部分的加工外,其余的加工工艺与普通齿轮轴的加工一样,故不再赘述,重点讨论和比较此类齿轮轴轮齿部分精加工的几种方法。

针对上述齿轮轮齿,在设计加工工艺时图1中的以下参数需特别注意:1有效齿宽L3;2滚削最大出口长度L1和滚齿直线段最大长度L2;3滚刀最大半径(图1示例要求R75 mm)和(磨齿)砂轮半径(图1中要求R60 mm);4齿轮轴轴直径D1、齿轮外圆直径D2、齿轮模数、齿根圆直径、齿根圆粗糙度要求;5齿轮齿向修形要求(见图3)等。上述参数如果作为单独要求,实际生产中均无任何加工问题和加工难度,但将这些项点作为整体工艺要求提出时,齿形加工工艺设计难度就很大(特别是齿轮的模数较大、齿轮轴总体尺寸偏大时)。

2 问题的提出

由于承载能力要求和结构需要,齿轮轴齿轮模数有时会达到10甚至更大,齿轴总长超过1 000mm,精度等级达到ISO 5级 ( 部分指标达到ISO 4级)。对于这类齿轮轴,滚刀直径一般不能小于140mm[1],齿轮磨齿加工机床的选择范围较小,NILESZP12磨齿机床 ( 该机床在全世界范围内也为数不多) 为可选之一,而且还需要配备专用磨齿磨头。专用磨头砂轮直径配置为120 mm,当用至110 mm时就需更换砂轮。

这类齿轮轴齿形部分的精加工还有以下几个互相矛盾的要求需要综合考虑解决:

(1)由于长度结构设计需要,L1、L2数值有最大限制;

(2)由于齿轮轮齿啮合的需要,L3数值有最小限制;

(3)根据齿轮模数数值(直接影响数值是全齿高)与L3、L1、L2、D1、D2几何关系推算,滚刀半径最大值和(磨齿)砂轮半径最大值均有限制[1];

(4)由于机床结构和加工参数的限制,滚刀半径最小值和(磨齿)砂轮半径最小值有限制;

(5)对于有齿向修形设计要求(特别是有大修形量要求的)、齿面及齿根粗糙度有较高要求的,(磨齿)砂轮半径越大越好,(在砂轮最高线速度范围内)提高砂轮线速度(机床的最大砂轮转速是固定的),能更好地获得磨削性能。

在磨齿时,由于齿向有修形要求、齿根圆的直径小于一侧或两侧的外圆、有效齿宽有明确要求,导致磨齿时砂轮不可避免地与有效齿宽之外的齿面发生不正常的干涉现象,即或多或少地在有效齿宽之外出现一道道的磨齿刀痕。随着齿向修形量的增加,这个因不正常的干涉而出现的刀痕也会越来越深,甚至深达数毫米,严重影响该处的最大承受能力,同时也严重降低了磨齿时砂轮的使用寿命,进而导致磨削效率明显降低。

由于受到滚齿时退刀槽痕迹长度不能大于L1和齿宽有效长度不能小于L3的限制,造成滚刀退刀槽长度不够,当砂轮磨齿宽接近L3时,齿面磨削量会急剧变大,从而使得磨齿效率降低,齿轮精度等级和磨削表面粗糙度都很难达到图纸要求。同时由于砂轮的线速度不够高,造成磨头磨削阻力急剧增大,最直接的后果是专用磨头皮带断裂(有时几个小时就会发生一次),进而使设备的维护直接成本和时间成本大大增加。

3 解决办法

对于上述问题,总的解决思路是在轮齿精加工前去除可能出现不正常干涉加工的余量,具体方法可分为人工手动修磨、滚齿和磨齿,齿轮轴轮齿加工工艺可以有以下几种组合:1手动打磨 + 单面磨削加工工艺;2双面磨 + 单面磨加工工艺;3滚齿定点手动径向进刀法 + 单面磨;4小螺旋角的滚齿加工方法 + 单面磨;5滚齿定点手动径向进刀法 + 双、单面磨结合。

3. 1 手动打磨 + 单面磨削

首先用手工电动磨头去除可能出现不正常干涉加工的余量,再在磨齿机床上进行单面磨削到成品。这个方法组合磨齿精度能够符合要求,减小磨齿时的磨削阻力,但由于手动打磨的不准确性和操作空间的限制,不能完全消除损伤磨齿机磨头的因素,磨头皮带还是有非正常断裂情况发生。另外手动打磨耗时耗力,不能满足生产进度要求,且手动打磨容易造成磨削烧伤,精度很难完全达到图纸要求,特别是手工打磨使轮齿有效长度出头处的粗糙度很难达到要求。这一加工工艺组合可以用于单件生产的救急之需。

3. 2 双面磨 + 单面磨

用双面成形磨削去除双边余量,再采用单面磨保证齿面上、中、下压力角能够达到要求。此加工工艺可以提高生产效率,几乎不增加任何额外的加工工序和成本,但轮齿精度只能达到ISO 6级左右,对于一些有高精度要求的就不能满足设计要求,而且由于在磨齿精加工前没有去除掉可能出现不正常干涉加工的余量,不能消除损伤磨齿机磨头的因素,磨头皮带还是有非正常断裂情况发生。

3. 3 滚齿定点手动径向进刀法 + 单面磨

该加工工艺组合的重点是在齿轮粗滚后(按常规滚齿,见图4) 增加一道精滚齿工序[2]:调试限位开关,手动径向进刀增大,减小出头处的公法线数值(具体减小量需要参考齿轮参数、机床参数和图纸其他要求精确计算),从而去除可能出现不正常干涉加工的余量,如图5所示。后序工序经单面磨磨齿,达到图纸要求。对于全数控滚齿机床来说,此方法加工更易于实现。轮齿精度能达到ISO 5级,局部指标可达到ISO 4级,基本能满足设计要求,同时能消除损伤磨齿机磨头的因素,磨头皮带非正常断裂现象基本不会发生。

但由于增加了滚齿工序,理论上会增加生产成本,同时由于是单面磨磨齿,磨削时间较长,磨齿成本较高。

3. 4 小螺旋角的滚齿加工方法 + 单面磨

该加工工艺组合的重点是滚齿时按照小螺旋角的轮齿进行加工:根据修形量计算齿向修形对应的螺旋角度[3]。对于全数控滚齿机,这个方法可行,但对于通过机械挂轮进行差动的滚齿机来说,由于实际的机床差动量很小,就需要计算和定制相应的特殊差动挂轮和机构,改造机床。

小螺旋角的滚齿方法使磨齿时齿面两侧余量均匀,提高了磨齿效率,增强了砂轮平衡的稳定性。这个加工工艺组合可以适应大批量生产组织,但滚齿机机床的改造成本高、时间长、影响机床加工刚性,存在一定的超强度安全隐患。

3. 5 滚齿定点手动径向进刀法 + 双、单面磨结合

该加工工艺组合利用滚齿法去除可能出现不正常干涉加工的余量,用双面磨 + 单面磨磨齿方法使磨齿达到要求,可以保证齿轮“齿形加工难点区域”(见图1)有效齿宽区域内的齿轮精度和其他要求,同时又可以有效地避免加工刀痕出现,还能消除损伤磨齿机磨头的因素。

此方法在理论上增加了一点生产成本;需要对相关人员特别是滚齿加工工序的操作工进行重点培训;磨齿加工工艺编制程序稍显复杂;需要协调好滚齿定点手动径向进刀量与磨齿余量、齿向修形量、热处理变形量之间的关系。另外需要注意的是:对图1中齿轮“齿形加工难点区域”包括在有效齿宽之外的区域齿轮轮齿的表面热处理要求、表面粗糙度要求等要引起重视,做好工艺对策,确保满足图纸设计要求。现场试验加工表明:此方案在保证质量和效率的前提下降低了成本,具有较高的经济性。

4 结束语

齿轮加工方法总结 篇7

(一) 我国齿轮行业的现状与发展

上世纪六、七十年代随着对单啮仪技术的深入探究, 发现轻载下得到的测试结果并不能完全预测承载下的齿轮工作性能, 因此提出了动力学单啮测试方法, 它的思路是研究齿轮速度、载荷、静态误差、传动质量之间的关系。尽管单面啮合运动发展迅速, 但它并未减少单项仪器的应用, 研究发现单啮误差存在着一些不足, 首先它不能完全反映齿轮的工作平稳性, 这是由于被测齿轮和测量元件作单啮运动时, 只有一部分齿廓参与测量, 而未检部分, 在一定的齿轮副误差组合情况下, 工作时往往都会表现出来;其次, 由于齿轮的检查不仅是功能检查, 另一重要用途是通过测量结果分析误差的来源, 并通过改变加工状态来消除和减少这些误差源的影响, 而传统的单啮法得出的结果是齿面各误差的综合结果, 除可分离极少数误差项目以外, 齿形、齿向等重要的信息都不能获得, 因此它难于用在工艺分析上;最后, 尽管单啮误差与工作特性有关, 但具有相同单啮误差的齿轮可以有不同的工作特性, 这是由于齿轮各项误差复杂关系导致, 相同的单啮误差可由不同的单项误差组合而成, 也可以由相同的单项误差以不同的方式组合而成, 而传统的单啮测试结果是不能反映各种误差关系的。

(二) 双啮测量方法的原理

近年来, 在齿轮精度综合指标的检测方面, 不断有新仪器研制出来, 虽然这些新仪器扩大了检测功能, 提高了检测精度, 但是在齿轮制造行业中主要还是用传统的检验仪器——双面啮合检查仪进行齿轮的质量检查。其原因是双啮综合检验效率高, 反映信息好, 测量稳定, 仪器价格低廉, 可满足一般精度要求, 而高级的齿轮仪器不但价格高, 而且对环境的条件要求严格, 操作复杂, 故障率高, 不易维修, 因此适合于车间使用, 是齿轮生产中的主要测试方法之一。双啮综合检验是使被检齿轮与标准测量齿轮作无侧隙的紧密啮合, 啮合齿的两侧面都接触, 在此条件下连续检验双啮中心距的变动。借助于微机控制系统可以对齿轮进行自动检测, 大大提高了检测效率。编写软件可以对检测得到的双啮误差曲线进行误差分析, 找出误差产生原因。经分析, 该检测技术有如下优点:

1. 减小了劳动强度, 提高了检测效率。

传统的检测方法依靠操作员读表或读图, 检测时精力高度集中, 也十分费时。经改造后, 电动机驱动齿轮转几转即可获得检测结果, 双啮中心距变动曲线在PC机屏上显示, 也可用打印机输出。

2. 检验精度可靠性高。

传统的检验方法在很大程度上仍然依靠操作者的经验和工作状态。对同一齿轮, 不同的检验员可能会得出不同的检测结果。而检测过程则完全依靠计算机的计算分析结果, 因此检测一致性好, 精度高。

3. 拓宽了原双面啮合检查仪的功能。

批量检测结果的统计分析和对径向短周期误差的谱分析为进一步的质量监控提供了依据。

4. 配套设备少、成本低、效益高。

在不作此检测时, PC机及A/D卡可作他用。

双面啮合检查仪虽然有多种不同形式, 但它们的原理都相似 (如图1所示) 。齿轮检测仅由齿轮轴支承、驱动电机、感应同步器、测量电路等装置组成。测量时, 先开机, 系统进入待命状态。当安装好齿轮后, 按启动键, 步进电机将驱动标准齿轮, 使被测齿轮旋转一周, 与此同时, 进行数据采集、分析处理、误差显示等一系列工作。在大批量生产中, 为了避免每次读误差值的麻烦, 可通过公差输入键, 输入公差值, 并设置超差报警功能。

(三) 齿轮误差原因分析专家系统的组成

齿轮误差原因分析专家系统模块能够辅助用户进行误差原因分析, 对用户在齿轮测量中遇到的某些疑难问题给予解答, 而且系统在进行参数计算过程中, 能够调用该模块针对出现的某些情况进行推理, 并根据得出的结论, 调整参数, 优化结果。系统的建立基本上按照基于规则的自动匹配式系统的建立方法建立。但自动匹配式系统在人工智能领域内, 无论是理论上还是应用上都经历了很大的发展。所以现在的专家分析系统与过去的组成模式己有很不相同。按照模块化的理论, 本系统模块主要可以分为主控模块、知识库模块、数据库模块、推理机及解释机构五个子功能模块。具体结构如图2所示:

其中几个主要模块功能如下:

1.

主控模块主控模块主要是对用户提交的数据进行初步分析, 决定如何调度专家系统中的各模块协同工作, 是系统的主体框架, 但具体工作的实现由其余四个模块完成。

2. 知识库模块。

知识库模块用于建立知识库, 获取知识, 并且把各条知识链接起来, 形成“知识库规则链表”。此外, 还对包含最终结论的规则进行检测, 做上标记。知识库是专家系统的核心, 它以某种存储结构存储领域专家的知识, 包括事实和可行的操作与规则等。其知识来源于系统建立时预输入和系统使用时的不断补充、完善, 它是整个系统推理与求解的基础。

3. 数据库模块。

数据库模块用来把用户提供的已知事实以及推理中推出的新事实放入综合数据库中, 并分别形成“已知事实链表”和“结论事实链表”。综合数据库又称全局数据库, 或称事实库、黑板、上下文等。它主要用于存放问题求解过程中的各种当前信息, 例如问题的初始事实、原始证据、推理中得到的中间结论以及最终结论。当知识库中某一条产生式的前提可与综合数据库中的某些己知事实匹配时, 该产生式就被激活, 并把用它推出的结论放入综合数据库中, 作为其后推理的已知事实。

4. 推理机。

为了使计算机具有智能, 不仅要使它拥有知识而且必须使它具有思维能力, 即能运用知识进行推理来求解问题。从已知的事实出发, 通过运用己掌握的知识, 找出其中蕴含的事实, 或归纳出新的事实, 这一过程通常称为推理。严格地说, 所谓推理就是按某种策略由己知判断推出另一判断的思维过程。在专家系统中, 上述过程是由推理机来完成的。

5. 解释机构。

解释功能是专家系统区别于其它软件系统的重要特征之一。解释机构能以用户易于理解的方式, 对推理过程给出必要的解释, 回答用户“为什么”和“怎么做”等问题, 大大提高了用户对专家系统的信任程度, 增加了对求解复杂问题所得到的结论的可接受性。或者解释机通过对推理过程的回溯, 对输出结果做出合理的解释, 说明专家系统根据什么推理思路做出决策。

(四) 加工误差检测精度及误差分析

本文在设计过程中利用3DS MAX制作了本仪器的虚拟样机, 对设计方案的进一步改进起到了很大的作用。本仪器已经完成设计、加工和装配工作, 目前正在紧张的调试过程中, 就已测得的数据与曲线分析, 仪器的各项精度指标均已达到预定要求。

齿轮测量及误差原因分析的智能系统成功地实现了齿轮单项误差的自动化测量与误差原因的智能探寻一系列工作, 为齿轮误差测量与分析提供一种高效可靠的方法。研究过程中结合实际的个案实例对系统进行评价。

已知有一圆柱齿轮减速器中的低速级小齿轮, 齿轮为标准渐开线的直齿圆柱齿轮, 模数为4mm, 齿数为18, 齿形角为20°, 齿厚为30mm, 精度等级为8级, 单向运转, 一般工作环境, 工作载荷有轻微冲击。

经测试, 齿轮齿距偏差及齿距累积误差测量的结果如表1所示:

被测齿轮的测距偏差Δfpt为:|0.0121|=0.0121mm

被测齿轮的齿距累积误差ΔFP为:0.0166- (-0.0119) =0.0285mm

齿轮齿圈径向跳动误差测量的结果如表2所示:

被测齿轮的齿距累积误差ΔFP为:0.031- (-0.014) =0.045mm

(五) 结论

本文经过实地调研, 查阅资料和严谨构思之后, 提出了比较切实可行的齿轮测量及误差原因分析的智能系统设计方案。该方案最具创意之处在于它采用了双标准齿轮啮合的双面啮合原理, 在一次测量中可以同时使用四个传感器, 分别提取所需的误差数据, 再通过软件处理来得到检测结果。这种新颖的原理设计突破了传统的综合齿轮检测仪的检测原理, 设计了基于单面啮合和双面啮合齿轮误差测量技术, 齿轮误差是通过误差分离方法得到的, 这种分离误差的方法是检测原理创新的重要组成部分。同时, 采用专家系统对误差的分析, 使得测量的误差数据能够被实时分析, 提供解决误差消除方案。而专家系统为人类保存、使用、传播和评价知识提供了一条有效的途径。具有很强的实用性, 通过仔细的调研后建立的专家系统, 其自动处理和知识推理机制, 使其具有无比广阔的发展前景。

参考文献

[1]廖传静, 李杰.齿轮整体误差测量技术的应用[J].工具技术, 2007, 41 (10) :108-109.

[2]邵立东.渐开线圆柱齿轮鼓形齿齿向误差的评定方法分析[J].机械制造与自动化, 2007, 36 (4) :63-64.

[3]谢作品, 赵军, 翁慧娟.渐开线齿轮齿距自动测量模型研究[J].制造技术与机床, 2007, (6) :93-95.

锥花键齿轮轴加工工艺的研究 篇8

锥花键齿轮轴是带有齿轮和锥花键的轴类零件(图1)。在推土机终传动系统中，其锥花键部分与法兰盘的内花键配合，法兰盘的转动带动锥花键齿轮轴转动，齿轮部分与另一齿轮啮合传动。由于锥花键齿轮轴的固定是通过图1中右端安装轴承，左端锥花键部分安装在法兰盘来完成的。因此，锥花键的加工精度会影响整个锥花键齿轮轴的装配。

推土机的工作环境复杂，承载大，因此对终传动系统的要求较高。锥花键齿轮轴作为终传动的重要部件，其转速高，传递转矩大，正反转切换频繁[1]，对锥花键齿轮轴的加工精度和表面硬度有严格要求。锥花键是通过锥度来保证装配件在轴向上的连接位置，同时，锥花键的齿形对装配尺寸的影响也很大。由于工件形变的原因，装配时一般采用归定范围内的压力压装锥花键连接至装配尺寸。

2 锥花键齿轮轴的加工难点与问题

锥花键齿轮轴的加工难点主要有齿轮部分和锥花键部分。锥花键齿轮轴的加工必须同时保证表面硬度和机械加工精度要求。图2为我厂推土机终传动系统中锥花键齿轮轴零件图，锥花键齿轮轴的齿轮部分要求精度为8级，同轴度要求为0.01mm;锥花键部分锥度为1∶10，精度为K，同轴度要求为0.05mm;材料为20CrMnTi，毛坯硬度为HB277～384，淬火硬度为HPC58～63。

目前，齿轮部分的加工难题已解决，但锥花键的加工质量一直不稳定。我厂的锥花键齿轮轴与法兰盘装配如图3，装配时通过液压油缸将法兰盘压入锥花键齿轮轴的锥花键部分。在保证装配尺寸L的同时，记录液压油缸的压力值，通过该压力值来检测锥花键连接是否合格。应用原工艺加工的锥花键齿轮轴的装配压力值不稳定，波动范围很大，合格率约65%。对于不合格的工件只能采用更换法兰盘尝试配合的方法来解决问题。这种方法费时费力，而且并不能从根源上解决锥花键装配问题。

3 锥花键齿轮轴的加工工艺分析

本厂原采用的锥花键齿轮轴加工工序为：选材-锻造-正火-车削加工-滚齿、滚花键-热处理渗碳-车螺纹-热处理淬火-抛丸-磨外圆-磨齿。

我厂的锥花键齿轮轴小端部需要加工螺纹。由于螺纹连接的特性，螺纹部分要求不能渗碳淬火以免影响韧性;而渗碳淬火会使工件硬度增加导致无法车螺纹。对于该问题原工艺采用的是先对工件进行渗碳处理，然后将螺纹部分的渗碳层车掉，再车螺纹，最后将螺纹部分加防护帽保护，进行淬火处理。该方法加工出的螺纹部分硬度能达到设计要求，但是由于加热两次，导致了锥花键部分变形严重，极大地影响了锥花键的加工质量。据统计，经过两次加热后工件的变形量平均为0.04mm，约25%的工件变形量超过0.05mm，而锥花键的同轴度要求为0.05mm，因此导致部分工件不符合要求。

通过研究实验，我们采用渗碳淬火一次热处理完成，并将车螺纹工序移至热处理渗碳淬火之前。对于螺纹部分我们采取了涂防渗剂、加防护帽的方式防止该部被淬火(图4)。

虽然通过更改热处理方法可以降低锥花键的热变形尺寸，但是并不能完全消除该变形。针对该问题，我厂采用增加磨锥花键工序的方法来解决，并引进了汉江机床厂的MK8612A花键磨床。工作时通过工作台的纵向移动和砂轮的垂直进给完成锥花键的加工。加工后，通过专用锥花键环规检测出入量，保证加工质量。

改进的加工工序为：选材-锻造-正火-车削加工-滚齿、滚花键-车螺纹-热处理渗碳淬火-抛丸-磨外圆-磨齿-磨花键。

4 加工工艺效果分析

为检验新工艺的使用效果，用新工艺加工了10件工件。我们对这批工件的芯部和渗碳区做了金相组织测试。金相组织测试表明采用新工艺加工的工件材质完全满足设计要求。

使用洛氏硬度仪对锥花键的齿顶和齿根部做硬度检测，其齿顶部硬度平均值为59.9HRC，齿根部硬度平均值为59.5HRC, 其硬度也满足设计要求。

最后，将这批工件进行装配试验。随机选取10件法兰盘与之装配，并记录装配压力。压力值均在我们要求的装配压力18～35MPa范围内，符合装配要求。

5 结论

针对锥花键齿轮轴中锥花键加工质量不稳定的问题，通过对原工艺的分析研究，在其基础上提出了采用一次渗碳淬火、增加磨锥花键工序的新加工工艺。通过实验表明新的工艺加工的工件在材质、硬度、同轴度和装配压力等方面完全满足设计要求。

参考文献