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1、提高轴齿轮滚齿加工精度的方法提高轴齿轮滚齿加工精度的方法 大同齿轮集团有限责任公司 刘美兰 摘要：通过对轴齿轮滚齿加工精度的分析，找出影响滚齿加工精度的因素，以便提高 滚齿加工质量。 摘要：通过对轴齿轮滚齿加工精度的分析，找出影响滚齿加工精度的因素，以便提高 滚齿加工质量。 我公司是重型汽车变速箱专业生产厂，轴齿轮是变速箱中最主要 的零件，其加工精度的高低直接影响变速箱的整体质量。目前我们采 用的轮齿齿部加工方法是滚齿一剃齿法。要通过滚、剃齿工艺制造出 高精度齿轮，就必须把滚、剃工艺水平发挥到最好。而剃齿精度在很 大程度上依赖滚齿精度，所以滚齿中的一些误差项目必须严格控制， 才能制造出高质量齿
2、轮。滚齿是一种常用的齿轮加工方法，在精度很 高的滚齿机上，采用精密滚刀，可以加工出 45 级精度的轮齿。在 普通级滚齿机上，用普通精度滚刀，只能加工出 8 级精度轮齿。变速 箱轴齿轮齿部要求的精度为 877 级， 而且滚齿加工时主要是以两 中心孔和端面做定位基准，因此分析滚齿的误差来源，掌握保证和提 高加工精度的方法非常重要。 1、滚齿加工精度分析 轴齿精度主要和运动精度、平稳性精度、接触精度有关。滚齿加 工中用控制公法线长度和齿圈径跳来 保证运动精度，用控制齿形误差和基节偏差来保证工作平稳性精度， 用控制齿向误差来保证接触精度。 下面对滚齿加工中易出现的几种误 差原因进行分析： 1.1 齿圈
3、径向跳动误差(即几何偏心) 齿圈径向跳动是指在齿轮一转范围内，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。也是轮齿 齿圈相对于轴中心线的偏心，这种偏心是由于在安装零件时，零件的 两中心孔与工作台的回转中心安装不重合或偏差太大而引起。 或因顶 尖和顶尖孔制造不良，使定位面接触不好造成偏心，所以齿圈径跳主 要应从以上原因分析解决。 1.2 公法线长度误差(即运动偏心) 滚齿是用展成法原理加工齿轮的， 从刀具到齿坯间的分齿传动链 要按一定的传动比关系保持运动的精确性。 但是这些传动链是由一系 列传动元件组成的。 它们的制造和装配误差在传递运动过程中必然要 集中反映到传
4、动链的末端零件上，产生相对运动的不均匀性，影响轮 齿的加工精度。 公法线长度变动是反映齿轮牙齿分布不均匀的最大误 差，这个误差主要是滚齿机工作台蜗轮副回转精度不均匀造成的，还 有滚齿机工作台圆形导轨磨损、 分度蜗轮与工作台圆形导轨不同轴造 成， 再者分齿挂轮齿面有严重磕碰或挂轮时咬合太松或太紧也会影响 公法线变动超差。 1.3 齿形误差分析 齿形误差是指在齿形工作部分内， 包容实际齿形廓线的两理想齿 形(渐开线)廓线间的法向距离。在实际加工过程中不可能获得完全正 确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。齿轮 的基圆是决定渐开线齿形的惟一参数， 如果在滚齿加工时基圆产生误 差，齿
5、形势必也会有误差。基圆半径R=滚刀移动速度工作台回转 角速度* Cos 0 (0为滚刀原始齿形角)，在滚齿加工过程中渐开线齿 形主要靠滚刀与齿坯之间保持一定速比的分齿来保证，由此可见，齿 形误差主要是滚刀齿形误差决定的， 滚刀刃磨质量不好很容易出现齿 形误差。同时滚刀在安装中产生的径向跳动、轴向窜动(即安装误差) 也对齿形误差有影响。常见的齿形误差有不对称、齿形角误差(齿顶 变肥或变厚)、产生周期误差等。 1.4 齿向误差分析 齿向误差是在分度圆柱面上，全齿宽范围内，包容实际齿向线的 两条设计齿向线的端面距离。引起齿向误差的主要原因是机床、刀架 的垂直进给方向与零件轴线有偏移， 或上尾座顶尖中
6、心与工作台回转 中心不一致，还有滚切斜齿轮时，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。另外夹具和齿坯制造、安装、调整精度低 也会引起齿向误差。 1.5 齿面粗糙度分析 齿面粗糙度不好一般有几种现象：发纹、啃齿、鱼磷、撕裂。 引起齿面粗糙度差的主要原因有以下几方面：机床、刀具、工件 系统整体刚性不足、间隙大；滚刀和工件相对位置发生变化；滚刀刃 磨不当、零件材质不均匀；切削参数选择不合适等。 2 提高滚齿加工精度的方法 通过以上对滚齿加工精度的分析，我们明确了滚齿加工过程中各 种误差的产生来源，主要因素是所加 工零件本身的精度、机床夹具、刀具以及整个工艺系统的精度、加工 过程中的调
7、整等。要提高滚齿加工精度，首先应从以上方面考虑采取 相应措施，找到解决的方法。 2.1 提高齿坯本身的加工质量 齿坯本身的加工精度是影响齿圈径跳和齿向误差的重要因素。 轴 类零件一般以两中心孔作为定位基准， 所以两中心孔的制造精度一定 要保证，锥面租糙度好，不允许有任何磕碰是关键。我公司用铣钻机 加工中心孔，粗糙度能达到 Ra3.2m，有条件的情况下再研磨一下中 心孔最好。用数控车床精车齿坯时还要保证滚齿定位夹紧外圆、端面 对两中心孔的跳动要求。外圆跳动一般不能超过 0.05mm，端面跳动 在 0.03mm 以内，以便作为滚齿加工精度提高的前提条件。 2.2 提高滚齿夹具的制造、安装精度 由前
8、面的分析可知，滚齿夹具的制造、安装精度不高，会产生齿 圈径向跳动和齿向误差。 齿坯的安装精度也主要取决于夹具的制造精 度和安装精度。对轴类零件而言，滚齿夹具的结构一般考虑用上下顶 尖和端面定位，夹紧外圆或端面的方法。因此，顶尖制造质量的好坏 对轮齿齿圈径跳影响很大。实践证明，顶尖锥面粗糙度必须达到 Ra 0.8m 以下，而且对顶尖中心线的径向跳动不能大于 0.008mm，锥面 不允许有磕碰和过度磨损。对定位套基准面要求与底面平行在 0.01mm 以内。在提高夹具制造精度的同时，滚刀刀杆、刀垫、螺母 的制造精度也应保证，设计时必须要求刀杆直径精度按 6 级制造，配 合处表面粗糙度 Ra 0.08
9、m 以下，两顶尖孔的同轴度要求在 0.01mm 以内, 端面跳动在 0.005mm 以内， 刀杆锥部与机床刀架主轴的接触面 积在 70%以上， 螺母拧在刀杆上后， 其端面对刀杆轴线的垂直度不大 于 0.01mm。在使用端面键套时，端面键套两端面平行度和键槽对称 度必须严格要求。值得注意的是，一般刀杆、滚刀系统在机床上安装 好后用千分表检查刀杆安装精度和滚刀两端面的径向跳动和轴向窜 动。但是去日本日产柴油株式会社研修时发现，他们在进行零件的滚 齿调整时，先将滚刀、刀杆、刀垫、螺母系统安装好，在专用检查胎 具上用千分表检查两端轴台的径向跳动， 调整检验合格后把滚刀系统 安装在机床上，再打表检查。这
10、样调整好后，在加工每个零件的过程 中即可稳定的保证滚齿精度要求。 此外在调整夹具安装精度时一定注 意，上尾座顶尖中心与工作台回转中心应保持一致，装夹零件后检查 其径跳不能超过 0.01mm，或更换夹具磨损零件，以提高夹具的安装 精度。 2.3 提高刀具的制造和刃磨精度 刀具本身的制造和刃磨精度对被切轮齿的齿形精度有很大的影 响，因此，为了保证加工精度，必须正确选择刀具的精度等级和提高 刀具的刃磨精度。刀具精度一般按被加工齿轮的精度选择，用精度过 高的滚刀加工一般的齿轮是不经济的，反之亦然。一般应委托专业制 造滚刀的工具厂家来生产，从而保证滚刀的加工精度。使用磨损了的 滚刀滚齿时，会降低齿轮的齿
11、形精度和恶化表面质量，也会加剧机床 的振动。滚刀的磨损量在粗切时超过 0.8-lmm 或精切时超过 0.2-0.5mm，就需要重磨前刀面。滚刀的重磨精度对于滚刀的齿形精 度有很大影响，必须十分重视。为了提高滚刀的刃磨精度，在定期对 操作工作进行技能培训的同时，我公司购买了专用刀具刃磨床，配备 了先进的 M&M 检测中心来检测滚刀的刃磨精度。 在工艺控制上强化 滚刀刃磨频次。 实践证明， 有效执行以上方法， 能够取得很好的效果。 2.4 保证和提高机床本身的精度和调整精度 从前面的误差分析可知， 机床传动链的传动误差会造成齿轮的运 动偏心，而且影响最大的环节是分度蜗轮副，因此，保持机床应有的 工
12、艺精度是保证齿轮加工精度的重要方面。 如果发现滚齿后公法线长 度变动超差，就应检查机床工作台分度蜗轮副的啮合情况，如果啮合 间隙超过 0.03mm 就应调整，保证始终在 0.03mm 以内，否则须对蜗 轮副进行检修。在滚切斜齿轮时，应注意差动挂轮比的计算要准确到 小数点后五位或六位。 2.5 降低齿面粗糙度的方法 采用适当的预热处理方法，使齿坯材质的内部组织均匀硬度一 致，合理选用滚齿切削参数充分进行冷却润滑，定期对滚刀进行刃磨 等都是降低齿面粗糙度的有效方法。 综上所述，提高滚齿加工精度的方法非常多，需要我们在生产 实践中针对具体情况不断去探索总结,从而能更好地指导生产，加工 出高质量的变速箱产品。