齿轮加工问题及措施

孙喜艳

摘 要：机械转动时，起到关键作用的是齿轮，然而根据目前现状而言，在齿轮制造工艺中我国仍然无法与世界先进国家相媲美，还需要不断完善和改进，制造过程出现的很多问题都需要逐步去解决和完善。文章中详细讨论齿轮制造工艺，内容涉及其常见的缺点，同时提出相应解决方案，以此保证提高齿轮加工水平。

关键词：齿轮加工；工艺过程；齿形误差

1 齿轮加工工艺中较为普遍存在的缺陷与不足

1.1 齿数有误

齿数就是在齿轮上一圈上全部的轮齿数量。确定齿数之前，必须在设定加工工艺之前根据零部件具体结构要求来确定轮齿数量和轴直径，以此保证齿轮符合标准。然而在齿轮加工时，仍然有很多问题出现，其原因主要有：第一，选择错误的滚刀，由于齿轮加工工艺的复杂性导致其齿形自身非常繁琐，受到多方面因素的制约，例如：滚齿设备自身的精确度、选择齿轮材质及热处理工艺、另外最为关键的因素是如何正确选择齿轮滚刀；第二，错误的工件毛坯尺寸，在制造齿轮的过程中，往往有一个环节被忽视，那就是毛坯尺寸的测量工作，这就对齿轮加工工艺造成了不小的影响，尤其是浪费了巨大成本；第三，错误的附加运动方向，在滚齿机结束斜齿加工时，很难分辨附加运动的确切方向，加上受到来自各个方面的作用，更加阻碍了辨别方向的识别。

1.2 齿形两侧不相互对称

齿轮加工过程中，经常会出现齿形两侧不对称的现象，造成其不对称的原因有两方面：第一，中间点无法确定，滚刀安装过程中不能准确定位中间点，众所周知，安装滚刀过程中，安装效果影响着滚刀径向基轴向的跳动，进而影响到切齿的精确度，一般来讲，滚刀安装前必须展开校对刀轴工作，以保障两个端口跳动高度符合标准要求，台阶设计过程中，与螺母端保持一定垂直度数，让垫圈维持平整状态，滚刀安装在刀轴之上，并且调整两端凸台直至其保持一致；第二，经过滚刀刃磨后，螺旋角的精确度为降低，齿轮制造工作展开后，滚刀会逐渐趋于螺旋角较大的螺旋齿轮尺寸，其自身所带齿数等于滚刀头数，根据固有设计速度展开旋转工作，利用切削刀齿齿形直至最终完成齿形。

1.3 齿形不精确

在齿轮加工过程中，会出现一定的误差，齿形不够精准，制造外啮合直齿和斜齿圆柱开线齿轮时，通常都会应用齿轮滚刀，轴向截形是直线的，例如用此代替渐开线滚刀切齿，齿轮齿形自然不会是渐开线形，因此不可能导致不精确的问题出现，这就是人们常说的造型误差，以此同时，实际加工齿轮过程中没有任何误差的渐开线齿形也不会出现，这也制约着传动稳定性能。渐开齿形受齿轮基圆直径的影响，一旦这一环节出现不精确的现象，势必为影响到齿形的精确度。

2 传动平稳性误差的分析及解决

究其根本，标准的渐开线是指利用剃齿生产出的齿轮轮廓。但是在实际制作过程中，人们通常利用精确的渐开线齿形的剃齿刀来进行加工，因此通常会得到齿高节点位置下陷的齿形，这种现象被人们称之为：中凹，下陷在0.1到0.3厘米之间，中凹部分占据整个有效齿面的二分之一，如果齿轮齿数很少，这样的现象将给质量带来很大的影响，因此在实际加工时，一旦选择凹齿形齿轮时，稳定性能低、加工时产生较大噪音都非常普遍，為此一般情况下是要避免此类事情发生。故而在剃齿加工过程中形成凹齿形被视为非常普遍的缺点。

2.1 中凹齿形产生的机理

在剃齿加工过程中，剃齿刀和工件进行啮合时能够毫无侧隙。此时人们把盘形剃齿刀视为变位圆柱齿轮，能够在切削工作开展的过程中进行自由旋转。从图1中能够看到，在处于法向齿形重叠系数处于1～2范围区间的情况下，从其中一边的侧齿形的啮合动作能够看到：在齿1的齿顶进到啮合里面的时候，这种情况下存在两个齿形接触点一起运作（见图1a）；在齿1的齿腹进到啮合里面的时候，这种情况下存在一个齿形接触运作（见图1b）；在齿1的齿根进到啮合里面的时候，齿2的齿顶已经进到啮合里面，这种情况下存在两个齿形接触点一起运作（见图1c）。因为径向进刀总的压力值差不多是不变的，导致作用于每个接触点分压力出现变动。根部位置在双齿啮合区域内，金属的切除量相对比较少，节圆位置在单齿啮合区域内，金属切除量相对比较大，所以导致了中凹问题。

图1 瞬时齿形接触点的变化图

2.2 对中凹齿形采取的措施

其一，采用剃齿刀修形法来实现被剃齿轮的齿形修形。齿形修形是指对轮齿的齿顶与齿根进行修缘，使之修正后的齿形曲线在轮齿节圆附近形成一定的鼓形。针对主动齿轮和被动齿轮要实施不一样的修形手段。被剃齿轮的精度和廓形在很大程度上取决于剃齿刀的精度和廓形，而剃齿刀的精度和刀齿廓形又是通过剃齿刀的修磨获得的，因此，剃齿刀的修磨及剃齿刀磨床的性能对于保证剃齿质量十分重要。

随着数控技术的发展，各种多轴数控剃刀磨床的出现使剃刀的修形变得非常容易。如德国HURTSRS410-CNC型剃刀磨床就是一种12轴全数控、5轴联动且具有在线检测功能的剃刀刃磨机床。它把繁琐的调整机床转变为轻便快捷的键盘输入，极大地提高了效率和修形精度。其修形采用在计算机屏幕上直接分段、作图，直观快捷，操作简便，修形精度可达0.0001mm。

其二，利用平衡剃齿方法。此方法指利用改良后的刀具设计，让工件啮合时维持齿轮两侧接触点数量保持相同，也就是说，让齿轮无论何时啮合，都能够实现齿轮两侧都有相同数量的接触点，同时期接触点的压力近乎等同，也就实现了压力的平衡，此方法可以保障齿轮两侧的金属量相同，加工制造的过程中更是不会出现凹现象。然而，此法实现剃齿平衡的齿轮并不多。当剃齿刀不断接受修磨时，刀具势必会变薄，也会间接影响到刀具的外径，同时平衡啮合角也会发生相应变化，这样就破坏了平衡关系，导致凹现象仍然会出现。尽管经过改编刀具外径可以适当补偿平衡啮合角的变化，但是由于制造加工工艺的复杂性，其改变也不是固定不变，因此即使平衡剃齿效果有效，但仍然还是受到一定的约束。

其三，利用径向剃齿方法。其中简单介绍径向剃齿的工作原理，其主要是指在剃削啮合时，刀具齿廓和工件齿廓是线接触模式。桶普通剃齿比较而言，一是重合度被提高；二，齿面啮合的压力承受的面积无形中提高了，因此为了降低齿形中凹形成的可能性，可以利用剃齿剔除余量大小，降低啮合时啮合接触点数量的变化敏感度。

3 结束语

总而言之，在齿轮的加工与制造包括很多的环节。要想制造出的齿轮成品具有较高的精准程度，就必须做好每一环节的加工工作。从当前的情况来看，随着生产技术水平的提升，齿轮加工也逐渐地呈现出效率及精确度不断提升的发展趋势。作为生产操作人员，必须要认清当前的形势，为我国齿轮生产行业的智能化现代化发展提供更多的技术保障。

参考文献

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