滚齿加工误差分析及研究

2014-12-13王学莲

机械管理开发 2014年6期

王学莲

（中国重汽集团大同齿轮有限公司，山西大同 037305）

引言

中国重汽集团大同齿轮有限公司（以下简称大齿）是汽车变速箱专业生产厂家，齿轮又是变速箱中的主要零部件之一。汽车变速箱齿轮大部分精度要求6～7级，结合剃齿工艺生产效率较高，刀具及工序成本较低等特点，大齿大部分齿轮的齿部加工采用先滚齿粗加工，后剃齿精加工的方法。

滚齿－剃齿工艺水平的高低，直接决定着齿轮的精度和质量。滚齿作为齿部粗加工，加工过程中会产生一些误差（如齿形误差、齿向误差、齿圈径跳误差、齿距误差等），剃齿作为齿部精加工，它能够减小在滚齿加工中产生的上述误差。但是，如果滚齿加工中产生的齿圈径跳误差大，那么在剃齿时虽然能够减小齿圈径跳误差，却会增加周节累积误差。所以滚齿加工精度的高低决定着剃齿加工精度的高低及零件的质量，大齿首先要在滚齿加工中避免和减小产生各项误差。

齿轮的精度分为运动精度、平稳性精度和接触精度。滚齿加工中产生的齿形、齿向误差及齿面缺陷等直接影响着这三种精度。下面大齿对这几种误差进行分析。

1 齿形误差分析及研究

齿形误差主要影响齿轮传动的运动精度和平稳性精度。常见的滚齿齿形误差有下列几种。

1.1 齿圈径向跳动误差的分析及研究

在滚齿过程中，如果齿轮零件定位孔中心与机床工作台的回转中心不一致，存在几何偏心，则齿轮定位孔中心线和滚刀中心线的径向距离A将不等，产生齿圈径向跳动误差。

由于加工出齿轮齿部的基圆中心O与齿轮的内孔中心O1产生偏心e1，如图1所示。这样加工出零件的特点是：基圆、齿根圆与内孔不同心，齿高不等，使得齿轮与相配件配合间隙不一样，传动时啮合不稳定。

图1 几何偏心和运动偏心

1.1.1 产生齿圈径向跳动误差的主要原因

1）机床和夹具存在误差。工作台径向跳动超差；与零件配合的滚齿套磨损或滚齿套外圆对内孔的径向跳动超差；滚齿下垫定位端面与工作台旋转中心线垂直度超差。

2）零件存在误差。零件定位孔直径超差，与滚齿套配合间隙大；零件端面跳动大；零件夹紧部位刚性差。

1.1.2 减小齿圈径向跳动误差的方法

1）减小机床和夹具方面的误差。检查工作台回转导轨是否磨损、间隙大，并调整和更换；定期对工装进行周期鉴定，不合格报废；修复且重新调整，保证滚齿下垫定位端面与工作台旋转中心线垂直。

2）减小加工零件的误差。保证车工工序车削零件定位孔的尺寸精度要求；保证车工工序零件端面跳动要求；夹紧零件时应选择刚性足够的部位。

1.2 公法线长度变动量误差的原因分析及研究

滚齿加工时滚齿机传动系统中分度蜗轮与工作台回转中心存在偏心，产生运动偏心，造成切向误差，即为公法线长度变动误差。

在滚齿过程中，分度蜗杆等速运转时，如果分度蜗轮存在运动偏心，如图1，O－O为工作台回转中心，O2－O2分度蜗轮的旋转中心，两中心偏差量为e2。那么工作台带动零件回转时转速也就不等，造成齿轮各个齿的齿厚分布不均匀，公法线长度不等［1］。

1）产生公法线长度变动量误差的主要原因应从以下几方面进行分析研究：分度蜗轮副回转精度不均匀造成；工作台顶尖径向跳动大；分齿挂轮齿面有严重磨损或磕碰，挂轮时咬合太松或太紧。

2）减小公法线长度变动量误差的方法：检查分度蜗轮副是否有磕碰、磨损，并修复或更换；更换工作台顶尖；更换或修复分齿挂轮，并调整咬合松紧。

1.3 齿面出棱

1.3.1 产生的主要原因

安装滚刀时轴向窜动超差；加工零件时，滚刀本身径向跳动超差；刃磨滚刀时机床或夹具存在误差，使得刀齿等分性差；滚刀磨损后未及时刃磨。

1.3.2 主要解决措施

1）安装滚刀时应先把锥孔内部清洁干净；不能敲击滚刀；所用垫片平行度要好，所用螺母端面垂直度要好。

2）检查滚刀主轴轴承，尤其是止推垫片，并修复或更换，回复旋转精度。

3）检查夹具的磨损情况及精度要求，控制滚刀刃磨质量，尽量用滚刀数控刃磨床。

4）按照工艺要求，对滚刀进行定期刃磨。

1.4 齿形不对称的原因分析及解决措施

1）安装滚刀时不对中。解决措施：一般用“啃刀花”法进行对刀试切。

2）刃磨滚刀时，前刀面刀刃的径向误差超差，导程误差大。解决措施：严格控制滚刀刃磨质量。

3）滚刀安装角的误差太大。解决措施：重新调整滚刀的安装角。

4）滚刀本身的齿形角误差超差。解决措施：控制和要求刀具厂家的滚刀制造精度。

1.5 齿形周期误差的原因分析及解决措施

1）安装滚刀后，径向跳动或轴向窜动超差。解决措施：控制滚刀的安装精度。

2）机床工作台分度蜗杆轴向窜动太大，回转不均匀；解决措施：调整并修复。

3）分齿交换齿轮／挂轮齿面有磕碰或安装偏心。解决措施：更换挂轮／分齿交换齿轮或重新进行安装。

4）刀架滑板松动。解决措施：更换刀架滑板的塞铁。

5）零件夹紧方式不合适，加工中有振动现象。解决措施：合理选择零件夹紧定位方式［2］。

2 齿向误差分析及研究

齿向误差主要影响齿轮的接触精度。

2.1 滚齿齿向误差的产生原因

1）机床和夹具存在误差。机床上顶尖中心与工作台回转中心不同心；工作台端面跳动大；工作台轴线与刀架导轨的平行度超差；差动挂轮计算误差大，差动传动链齿轮制造和调整误差太大；分度蜗轮副的传动存在周期性误差，分度蜗轮副的啮合间隙超差；垂直进给丝杠螺距误差大。

2）零件存在误差。车削零件时，零件两端面平行度超差；零件定位孔与端面垂直度误差大。

2.2 减小齿向误差的方法

1）减小机床和夹具方面的误差。修复机床上顶尖，使其中心与工作台中心一致；对工作台进行修复，满足回转精度要求；修复刀架导轨，使之与工作台轴线平行；要精确计算差动交换齿轮的比值，结果精确到小数点后五位或六位。并且要检查差动传动链齿轮制造精度要求；对分度蜗轮副啮合间隙进行检修，保证啮合间隙要求。并且要保证分度蜗轮副的零件精度；因使用磨损，垂直进给丝杠精度达不到要求时应及时更换。

2）减小加工零件的误差。检查三爪或夹具的平行度，保证零件两端面的平行度误差在要求范围内；检查车工或拉工工序夹具、工装定位面，保证零件定位孔与端面的垂直度要求［3］。

3 齿面粗糙度（即齿面缺陷）误差分析及解决措施

在滚齿加工中主要会出现以下几种齿面缺陷。

3.1 撕裂

产生撕裂的主要原因：齿坯热处理后内部组织不均匀；切削速度和进给量选择不当产生积屑瘤；切削液润滑和冷却的效能不高；滚刀用钝后没有定期刃磨。解决措施：保证齿坯材料检测合格，并且要求毛坯厂家正火处理后硬度和金相组织均合格；合理选用切削速度和进给量，避免积屑瘤的产生；应选用润滑和冷却效能较高的切削液；应执行工艺要求，及时对滚刀进行刃磨。