浅析提高圆柱齿轮滚齿加工精度的方法

李琳坤

摘要：近年来，随着机械行业的发展，齿轮制造业的发展也非常迅速。齿轮产品是否具备过硬的质量决定了其是否可以在国内外市场占据优势。一般情况下，滚齿的精度很大程度影响着齿轮的精度。齿圈径跳、基节偏差、公法线变动量、齿形齿向误差等是导致滚齿精度降低的因素，因此，必须严格控制误差，才能保证滚齿的精度。本文主要研究如何提高圆柱齿轮滚齿加工精度。

关键词：滚齿;加工;精度

1  影响滚齿加工精度的因素分析

1.1 齿圈径跳误差  齿圈径跳又叫几何偏心，是指“齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，与齿高中部双面接触，测头相对于轮齿轴线的最大变动量。”简言之，齿圈径跳就是轮齿齿圈出现轴中心线偏心的情况，导致这种现象的原因，多发生在零件安装时期，由于零件与工作台出现回转中心不重合或者存在较大偏差的情况，引发偏心。同样的，滚齿芯轴顶尖孔或者齿轮机顶尖制造不良，由于定位面接触不良，导致偏心的情况。

1.2 公法线长度误差  滚齿使用展成法原理进行齿轮加工，从刀具到齿坯之间的分齿传动链需要有着一定的传动比，保证齿轮运动的精确性。由于传动链通过一系列的元件组成，在制造或者装配期间存在误差，必然会影响到传动链的零件上，导致相对运动出现偏差，齿轮的精度下降。公法线长度主要用于表示齿轮牙齿分布的最大误差，由于滚齿机工作台蜗杆副出现不均匀回转导致。除此之外，圆形导轨与分度涡轮不同轴或者圆形导轨磨损，分齿挂轮太紧或者太松，分齿挂轮齿面出现磕碰等，都会导致公法线误差偏大。

1.3 齿形误差  在实际滚齿加工中，渐开线齿形非常容易出现各种误差，误差的出现会影响齿轮传动的平稳性。一般情况下，进行滚齿加工时，渐开线齿形是通过齿坯和滚刀之间保持的分齿来确定。因此，齿形误差的出现主要是受到滚刀齿形的影响，滚刀刃磨质量不好从而引发齿形误差。安装滚刀时出现的轴向窜动、径向跳动等，也会影响到齿形误差，出现齿顶变尖或变肥。

1.4 齿向误差  齿向误差主要分布在分度圆柱之上，全齿宽范围之内，两条齿向线之间的端面距离。出现齿向误差的原因有，刀架、机床的垂直进给方向同零件轴线出现偏移导致;滚齿机尾座顶尖中心和工作台回转中心存在偏差;计算差动挂轮时，误差偏大，导致传动链齿轮调整和制造有着较大误差。此外，齿坯、滚齿夹具在制造、安装等环节，也会由于精度不高，导致齿向误差的出现。齿坯、机床、夹具等误差也会引发齿向误差。

1.5 齿面粗糙度  一般而言，齿面粗糙度较差主要表现为啃齿、发纹、撕裂、鱼鳞等。导致齿面粗糙度差的原因有：機床、刀具或者工件系统存在较大间隙，整体刚性差;切削参数存在问题;工件和滚刀出现位置变化;零件本身材质不均匀、滚刀刃磨不当等。

2  提高滚齿加工精度的方法

通过上面的叙述，我们对影响滚齿精度的因素有了一定的了解，尤其是知道存在的各种误差原因等，结合上面的问题，笔者认为，提升滚齿加工精度，可以从工艺系统精度、加工零件本身、加工刀具、加工机床、加工过程等方面加以控制，从而提升滚齿的加工精度，具体的途径有：

2.1 提升齿坯加工质量  对于齿轮加工而言，齿坯的质量直接影响着齿轮的精度，提升齿坯质量是提升齿轮精度的基础和关键。齿轮内孔和齿轮端面是齿轮加工的定位基准，借助数控机床可以直接削出齿轮的端面和内孔，端面的跳动<=0.015mm，以往使用普通车床或者半自动车床，加工出来的齿坯，端面跳动>=0.05mm。提升定位基准的精度，可以大幅度提升齿轮加工精度，尤其是齿向精度。

2.2 提升滚齿夹具的精度  前面我们提到，如果滚齿夹具的精度不高，比如，制造精度和安装精度差，引发齿向误差和齿圈径向跳动。滚齿夹具的制造和安装精度会影响到齿坯的精度。一般而言，滚齿夹具都是采取上下顶尖定位的方式，以此加固零件外圆。顶尖的质量对于齿圈径跳有着较大的影响。滚刀刀杆、螺母、刀垫等精度也需要提升，确保刀杆直径精度有着6级以上的标准，表面粗糙度值低于0.8μm以下，两顶尖孔同轴度小于≤0.01mm，端面跳动≤0.005mm，机床刀架主轴孔与刀杆锥部接触面积保持在70%以上。螺母安装到刀杆之后，螺母端面与刀杆轴线的垂直度≤0.01mm。除此之外，进行夹具安装精度的调整时，需要注意工作台回转中心与上尾座顶尖中心要处以同一位置，中心轴径跳≤0.01mm。

2.3 提升刀具刃磨精度  刀具刃磨精度也会影响到齿形精度。为了确保刀具有着良好的加工精度，选择刀具时，需要选择精度等级较高的，而且注意刃磨精度的提升，按照加工齿轮的精度选择刀具精度。最为简单的办法就是选择国外生产的滚刀，可以保证刃磨精度。滚刀进行刃磨涂层，可以加工1200件齿轮，刃磨10-13次，其带来的产品质量效益要高于它的价格。滚刀进行刃磨之后，必须添加涂层，保证其使用寿命。使用国产的滚刀时，需要合理进行刃磨涂层和窜刀量。如果滚刀齿轮出现磨损的情况，齿轮的齿形精度以及表面质量会下降，还会导致机床出现振动。一般情况下，粗切时磨损量超过0.8-1mm或者精切时磨损量超过0.2-0.5mm，则需要重新磨刀。

2.4 提升机床的精度和调整精度  在上面的误差分析中，我们得到机床传动链存在传动误差的情况，导致齿轮出现运动偏心，影响到分度蜗杆副。为了提升齿轮精度需要我们保证机床本身有着良好的精度。齿轮加工都是在机床上完成加工制作，只有保证机床的精度才能确保齿轮加工的精度。我们在生产作业中，一旦发现滚齿后出现公法线表动超差的情况，就需要进行检查，检查机床工作台的啮合情况，啮合间隙>=0.03mm就需要进行调整，需要将其控制到0.03mm以内，不然就需要进行蜗杆副的检修。我们在进行滚切斜齿时，需要注意，计算差动挂轮比必须准确无误，一般要精确到小数点的后六位。机床刀架滑板也会影响到滚齿的齿向误差，比如，刀架滑板和回转轴线之间的平行度。因此，提升刀架导轨精度也是提升滚齿精度的一种方法。

2.5 控制齿面的粗糙度值  控制齿面的粗糙度也是提升滚齿加工精度的途径之一。可以采取适当的预备热处理的方式，让齿坯材料的内部组织做到硬度一致、组织均匀，可以通过控制滚齿的切削参数，采取冷却润滑的方式，也可以通过对滚刀采取定期刃磨的方式，降低齿面的粗糙度值。

3  结束语

综上所述，滚齿加工精度是提升滚齿质量的重要方式。影响滚齿加工精度的因素有：齿圈径跳误差、公法线长度误差、齿形误差、齿向误差、齿面粗糙度。通过对存在的误差进行分析，可以从以下几点提升滚齿加工精度：提升齿坯加工质量、提升滚齿夹具的精度、提升刀具刃磨精度、提升机床的精度和调整精度、控制齿面的粗糙度值。

参考文献：

[1]王春阳.影响轴齿轮滚齿加工精度的原因分析[J].南方农机，2019（6）.

[2]沈亚风.基于切向滚齿加工斜齿轮修形齿面的设计与分析[J].世界有色金属，2019（8）：232-233.

[3]吕盈.滚齿加工切削力分析及切削参数优化[D].山东大学，2017.

[4]张荣闯，黎柏春，张景强.圆柱齿轮滚齿切削力的预测[J]. 东北大学学报（自然科学版），2019，40（7）：980-985.

[5]张朝彪，蒋惠波，宋超，等.提升行星齿轮磨齿加工精度[J]. 中国科技信息，2017（16）.

[6]张涵.关于数控车床加工精度的影响因素分析及提高方法探讨[J].山东工业技术，2017（8）：59.