齿轮齿形成型工艺

齿轮齿形成型工艺

张柯

宁波固远管件有限公司     浙江省余姚市    315400

摘要：齿轮齿条是机械领域常见的传动部件，其各类工程施工机械中具备广泛的应用前景。本文以齿轮加工工艺为研究对象，在概述齿轮部件应用的基础上，对目前主要的齿轮加工方法进行详细论述，最后对齿轮加工工艺的发展方向作出判断，具备一定的现实指导意义。

关键词：齿轮；加工工艺；综述

一、齿轮概述及应用

齿轮是本领域常用的动力传递部件[1]，其利用圆周方向的齿形和另一传动部件的齿形相互啮合，通过两个传动部件之间齿形的交替啮合，实现两者之间的动力传递。齿轮按照齿形可以分为直齿轮、螺旋斜齿轮、伞齿轮和人字形齿轮等，不同齿形的齿轮应用的具体场景也有所差异，如直齿轮目前常出现在旋转轴线平行的部件之间进行动力传递，螺旋斜齿轮主要用于螺纹杆与齿轮轴之间的动力传递，伞齿轮主要用于垂直正交的传动轴之间的动力传递，人字形齿轮由于制作工艺复杂、成本较高故一般用于重载、传动稳定性较高的设备中[2]。

二、齿轮主要加工方法

齿轮加工方法各种各样，按照齿形加工刀具与待加工齿轮的运动关系，齿轮加工方法主要可分为用齿形与所需齿形相匹配的刀具制作和以刀具相对工件作滚切或包络运动来制作两种。

（一）用齿形与所需齿形相配的刀具制作

1. 插齿

插齿是用加工用具——插齿刀的轴向往复运动对于待加工的工件表面进行刨削，以形成目标规格的齿形，加工时，加工刀具与待加工工件表面的位置关系近似于两个圆柱齿轮的啮合，加工刀具的运动共包括两个维度的运动，一个维度是垂直于工件端面的直线往复运动，该维度运动为加工刀具的主运动，二是加工刀具与待加工工件表面之间按特定模数比所作的圆周运动，其作为加工刀具的进给运动。

以重庆冠辉齿轮有限公司研发的加工效率高的汽车用齿轮加工的插齿装置，通过设置两个螺距相同而螺纹旋向相反调节杆，能够在转动调节杆过程中，使得两个插齿机构向相互靠近或者相互远离方向移动，同时可保证两个插齿机构相对于加工平台中心距离的一致性，进而可方便对不同大小的齿胚进行多个插齿的同时加工，使得插齿装置的适用性更高，而设置两个插齿机构，能够加快齿轮插齿加工的工作效率，能够方便齿轮加工使用。

2. 铣齿

铣齿相较于其他成型工艺缺点较为明显，成型周期长且精度难以保证，其在单件小批量的生产中具备较为广泛的应用，一般采用盘状或手指形铣刀进行工件表面成型加工，按照目标齿形轮廓相应调整铣刀刀齿截面轮廓。

业内学者为提高铣齿加工的加工精度作出了不断研究尝试，以南京工业大学的洪荣晶团队的研究成果，一种用于成形铣齿加工齿距累积误差补偿方法，根据工装夹具的外部构型，利用几何关系通过对成正三边形排列的滚子来分析其定位中心，步骤实施如下：步骤1：进行偏心计算，得到偏心误差ej；步骤2：建立高速铣齿空间坐标系，得到偏心误差与齿距累积误差的映射关系，利用偏心误差得到工件齿距累积误差Δt；步骤3：对偏心误差进行修正，通过虚拟计算补偿后偏心误差值得到的工件齿距累积误差Δt′，若补偿后的齿距累积误差不满足精度要求，则可按照此方法进行迭代补偿，直至满足精度要求。该研究成果提供的考虑齿距误差的分析方法有效减少了计算步骤和参数数量，调节效率高。

3. 剃齿

相较于插齿和铣齿的齿面齿形粗加工，剃齿属于齿轮齿面成型的精加工工艺，其在非淬硬齿面的处理过程中具有较为广泛的应用，其工作原理是借助加工成型刀具与待加工工件表面之间的自由啮合运动，二者之间的相对滑移将细小的碎屑从原始齿面上剥离下来，最终使得齿面齿形成型的精度有所提高。

以山东矿业学院的孙景友团队研究成果为例，提供了剃齿刀刃形修磨的一种简单可靠的方法，在剃齿机的待加工修磨齿轮上装配有能够与待加工修磨齿轮参数相互匹配的辅助整形轮，辅助整形轮的齿面镶嵌有坚硬的耐磨颗粒，进行修磨操作时，辅助整形轮便能够对剃齿刀进行反向切削，最终将剃刀修磨成目标轮廓；由操作人员直接在剃齿机上加工，节省了精度高的专门磨刀机床。

4. 磨齿

除剃齿加工之外，磨齿也是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，特别是对于表面强度较大的齿轮齿面成型。展成法磨齿可以采用不同形状的砂轮进行磨削，目前较为常见的砂轮主要包括锥形砂轮、碟形砂轮等。

5. 珩齿

除了剃齿和磨齿，珩齿是另一种应用较为广泛的齿面齿形精加工工艺，其与前两者加工工艺的区别在于，剃齿工艺和磨齿工艺的加工纹路与齿向方向是呈一定角度的，而珩齿的纹路是与齿形方向相互平行的。

6. 拉削拉铣

拉削拉铣加工齿圈、轴承座等机械零部件内表面成型加工，其具备加工效率高、加工过程噪声低的优点，但囿于拉削加工所用机床能力的限制，当前拉削拉铣加工的应用场景一般为内径尺寸较小的零部件的加工，对于内径尺寸较大的零部件表面的成型加工仍较多采用插齿来进行加工。

（二）以刀具相对工件作滚切或包络运动来制作

滚齿加工是利用加工刀具与待加工工件相互啮合转动过程中完成待加工工件目标表面形状的成型，其加工原理类似于两个相互啮合运动的螺旋齿轮，滚齿加工所涉及的加工刀具是一个螺旋齿轮，受加工工艺的影响，螺旋齿轮应当具备螺旋上升角度大、齿形数量少的特点，均匀分布在旋转轴上组成驱动蜗杆，再经过后续的开槽、铲齿再处理，最终形成符合加工需求的目标滚齿刀具。

以大连锐誉机械制造有限公司研发的加工轴承外壁的滚齿机为例，使用时将待加工轴承环放在转子内的容纳空腔内，并通过旋拧转子上的拧口夹持住夹紧滑块，之后按压按钮启动转子驱动电机，在转子减速机的传动减速下带动转子，进而使得待加工工件跟着一同作旋转运动，然后再使滚齿电机启动，在滚齿减速机减速作用下带动滚齿辊转动，然后驱动螺纹杆电机转动，在螺纹杆减速机的传动下使螺纹杆旋转，通过与滑座的螺纹连接配合向内，并使转动滚齿辊与转动工件接触完成滚齿操作。

三、结论与展望

随着机械工业的发展，应用场景的不断拓展对于齿轮的强度和齿面精度的要求不断提高，相应对于齿轮加工工艺的要求也越来越高，当前数控化的出现是未来的发展趋势，机床的精度控制要求较高，如若实现通过使用数控机床的定位技术精度和重复定位精度，这样就能够有效提高机床的加工精度；另外，这样的机床也会更加的可靠，在更换不同品种的时候，齿轮机可能导致会有一种差异出现，但是如果有了这样的数控机床，那么可以不断增加机床的灵活性，可以达到节省成本计算的时间，同时需要更换齿轮车位，也能够有更多的余量时间。

参考文献

[1] 王联奎, 侯建华. 典型齿轮零件加工工艺分析[J]. 农机使用与维修. 2006（06）:80-81.

[2] 林茂. 齿轮切削加工工艺创新[J]. 2007年中国机械工程学会年会论文集. 1006-1008.