应用插滚技术制造双联齿轮对齿的工艺方法

陆琮瑜

摘 要：双联齿轮加工，需要两齿轮的齿牙对齿加工，该文在该公司GF9项目开发过程中，应用新工艺“插滚”加工两齿轮，并且为了满足对牙精度要求，采用一次装夹加工两齿轮、消除加工误差的齿轮加工方法。

关键词：插齿;滚齿;插滚;双联齿轮;对齿角度

中图分类号：TG61        文献标志码：A

该公司开发的GF9项目中，超越从动支架行星轮（双联齿），在以前该公司生产的齿轮中从未有过一个特殊的要求，双联齿两齿轮的齿牙需要对齿加工，齿轮A的齿牙与齿轮B的齿牙有相对位置要求，通俗讲两齿轮齿牙需要对齐，如图1所示，齿轮A在截面“G”上的齿牙与齿轮B在截面“F”上的齿牙，其对齿角度4牙（齿轮圆周4等分测量）平均误差需控制在0±0.099°。

对于这种双联齿加工，通常的加工工艺是：小齿轮插齿-大齿轮滚齿-热处理-小齿轮珩齿-大齿轮磨齿（或珩齿）。为了保证成品对齿角度要求，我们在热前加工就要保证对齿角度要求，如果热前齿轮加工对齿角误差大，造成热后精加工齿轮一边齿面磨削加工不到，造成产品报废。常规的热处理前加工工艺无法满足对齿角要求。我们找到一种“插滚”新工艺，应用插滚技术加工双联齿轮，能满足对齿角度要求，其加工工艺路线如下：小齿轮和大齿轮插滚-热处理-小齿轮珩齿-大齿轮磨齿。

下面主要对双联齿轮热前加工工艺，作详细的介绍。

1 常规热前双联齿对齿加工的工艺

常规热前双联齿对齿加工工艺，也是我们在产品样件开发阶段，其加工过程如下，车坯车削-工件装上插齿夹具-插齿加工小齿轮-取下工件-工件装上滚齿夹具-测量小齿轮齿牙中心（对齿）-以小齿轮齿牙中心为基准滚齿加工大齿轮-联下工件。

这样的工艺方法，加工下来，约有50 %零件，无法满足对齿角度要求，我们在样件阶段采用100 %检测方法，把对齿角度不好的零件挑选出来，作报废处理。对齿角误差大的零件，流入热后加工，实际试制时发生以下问题。

（1）磨齿时齿的两边磨削余量不一样，磨削余量多的一边，会在齿根部产生加工台阶，这是产品要求不允许的，且把齿顶倒角也磨削掉了。磨削余量少的一边，齿面会有一部分磨削不到，造成齿面渐开线长度，不能满足产品要求。

（2）对齿角度误差较大时，磨削余量多的一面，会撞砂轮，使砂轮碎裂，磨齿余量少的一面，齿面根本未磨削到。这个我们样件加工中，都发生过。

（3）加工下来零件的对齿角度，不稳定，无法控制。表1是设备调整后，连续加工的零件的对齿角度测量值，从表1中可以看出，3个零件的对齿角度4牙平均值相差较大，第1件零件的对齿角度4牙平均值与第2件零件的对齿角度4牙平均值差值0.1959°，已经接近了零件公差值0.189°，要控制对齿角度非常困难。

（4）插齿加工，加工节拍慢，一台插齿机与4-6台滚齿机加工效率相等。

2 常规热前双联齿加工的对齿角度误差产生

2.1 影响对齿角度主要因素

对齿角度误差大的主要原因是，零件分小齿轮插齿、大齿轮滚齿二道工序加工，由以下因素造成对齿角度加工误差：1）小齿轮插齿、大齿轮滚齿分别安装夹紧工件，由二次装夹间产生的误差。2）小齿轮插齿时，插齿刀需要对刀，大齿轮滚齿时，滚齿刀需要对刀，由二次对刀产生的误差。3）大齿轮滚齿时，需检测小齿轮齿牙中心，以确定大齿轮齿牙的位置，有检测误差。

2.2 主要需解决的问题

为了保证热前双联齿零件对齿角度误差大问题，必须消除以上二次装夹工件之间、二次对刀之间、检测小齿轮齿牙时的误差，需要寻找一种双联齿的加工方法，在一次装夹工件、一次对刀过程中完成大、小二齿轮的加工。目前的通常工艺方案，无论是插齿、滚齿，都没有办法做到一次装夹、一次对刀过程，加工完成双联齿加工，我们必须找到一种新的工艺方法，来满足这个要求。

3 应用插滚工艺方法，双联齿对齿加工的工艺

为了满足双联齿轮对齿角度要求，一种全新齿轮加工方法，插滚工艺（非插齿或滚齿）的出现，能满足一次装夹工件过程，同时加工完成双联齿大、小两齿轮，消除二次装夹工件、小齿轮齿牙测量对双联齿对齿角度精度的影响，应用插滚工艺，加工双联齿对齿的工艺方法，主要采取以下技术措施。

（1）最新的、国内外领先的全新“插滚工艺”方法，应用于双联齿大小两齿轮的加工。

（2）采用二把刀具合并安装在一起，消除对刀误差。插滚工艺加工双联齿时，还是需要二把插滚刀来分别加工大、小二齿轮，有二次对刀误差，为了消除对刀误差，专门设计了刀排，能把二把插滚刀合并安装在一起，如图2所示，这样二把刀的位置相对固定，只用一次对刀，就能完成加工，消除二次对刀误差。

（3）采用了上述方法后，不需要测量小齿轮齿牙中心，也就消除了测量误差。

应用插滚工艺，热前加工双联齿对齿的工艺过程，整个加工过程是在同一台插滚设备上完成，图2是加工过程示意图，零件装上夹具，工步1，用插滚刀（小刀），插滚加工小齿轮，工件不要从夹具上拿下，移动夹具，工步2，用插滚刀（大刀）插滚加工大齿轮，零件从夹具上拿下，完成零件加工。整个工艺加工过程，成功地消除常规加工的二次装夹误差、二次对刀误差、小齿轮齿牙中心测量误差，实现了双联齿对齿角度高精度的要求。

（4）插滚加工双联齿，对齿角度精度稳定，表2是连续插滚加工5件零件的对齿角度测量结果，从表中，可以看出，5个零件的对齿角度平均值，相当接近，5个零件对齿角度平均值极差为0.044°，大约是对齿角度公差要求的1/5，可以有效地控制对齿角度。

4 插滚工艺技术

插滚工艺加工方式为工件和刀具连续式旋分加工，其加工原理是将滚齿和插齿运动相结合插滚工艺。插滚工艺技术与插齿工艺技术、滚齿工艺技术主要区别如下。

4.1 插滚加工与滚齿加工主要区别

（1）插滚刀具与滚齿刀具不同，插滚刀具与插齿刀具类似。

4.2 插滚加工与插齿加工主要区别

（1）刀具安装不同，插滚刀具与工件轴有安装角，插齿刀与工件轴是平行的。

（2）插齿加工是每牙直接插到底的，插滾加工是逐步进给完成的。

（3）插滚加工工件轴和刀具转速比插齿加工快。

（4）插滚加工效率是插齿加工的4～6倍。

插滚工艺技术概念由德国维拉公司提出， 自行开发并注册了插滚专利机床工艺技术，有多年成功的实际应用经验，该公司的双联齿轮加工应用了维拉公司的插滚工艺技术。除了德国维拉公司外，美国格里森公司和日本公司等国外公司也研制出了插滚专机。

在国内，天津大学对插滚加工技术进行了研究，把这种技术命名为剐齿，并与长沙机床有限公司合作，研制出国内首台数控剐齿（插滚）机床YK1015A。

参考文献

[1]李佳，陈新春，张鸿源.机械工程学报，2011，47（19）：193-198.