齒輪加工工藝及其發(fā)展研究

陳曉東 梅軍炎

【摘 要】目前我國(guó)齒輪制造工藝技術(shù)無(wú)論從毛坯到生產(chǎn)制造過(guò)程、還是從工藝方法到產(chǎn)品精度的整個(gè)制造過(guò)程的制造理念都發(fā)生了深刻變化。了解這種發(fā)展和變化，對(duì)掌握我們國(guó)內(nèi)的齒輪加工發(fā)展方向，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了最大限度提高齒輪加工質(zhì)量，文中對(duì)齒輪加工工藝進(jìn)行了總結(jié)分析，并對(duì)其技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】齒輪加工 工藝流程 精加工 發(fā)展趨勢(shì)

1 齒輪基準(zhǔn)的選擇

對(duì)于齒輪加工基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點(diǎn)孔定位；對(duì)于空心軸，則在中心內(nèi)孔鉆出后，用兩端孔口的斜面定位；孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂點(diǎn)定位的精度高，且能作到基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一。對(duì)帶孔齒輪在齒面加工時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式。

1.1以?xún)?nèi)孔和端面定位

這種定位方式是以工件內(nèi)孔定位，確定定位位置，再以端面作為軸向定位基準(zhǔn)，并對(duì)著端面夾緊。這樣可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適合于批量生產(chǎn)。但對(duì)于夾具的制造精度要求較高。

1.2以外圓和端面定位

當(dāng)工件和加劇心軸的配合間隙較大時(shí)，采用千分表校正外圓以確定中心的位置，并以端面進(jìn)行軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個(gè)工件都要校正，故生產(chǎn)率低；同時(shí)對(duì)齒坯的內(nèi)、外圓同軸要求高，而對(duì)夾具精度要求不高，故適用于單件、小批生產(chǎn)。

2 齒輪加工工藝流程

2.1齒輪的粗加工

齒輪的粗加工是為了去除加工余量，為半精加工確定基準(zhǔn)，同時(shí)進(jìn)行輪齒的粗加工。齒輪粗加工要選擇好基準(zhǔn)，基準(zhǔn)的確定對(duì)以后各加工表面加工余量的分配、加工表面與非加工表面的相對(duì)位置有較大的影響。挖跟齒輪輪齒粗加工選擇滾齒加工。確定滾齒分度圓齒厚時(shí)，要考慮磨齒時(shí)的碳層減薄量，一般磨齒余量單邊不大于0.2mm；由于滾齒和磨齒不是采用同一加工基準(zhǔn)，因此在滾齒時(shí)對(duì)輪齒齒形跳動(dòng)量也要加以限制，避免磨齒時(shí)余量不一致，造成齒面滲層不均勻而減小齒面耐磨性。

2.2齒輪的熱處理

齒輪輪體和輪齒部位經(jīng)過(guò)粗加工后，為了達(dá)到設(shè)計(jì)圖要求，一般要進(jìn)行熱處理，例如輪齒滲碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的機(jī)械性能，滿(mǎn)足使用要求。挖跟齒輪采用的是滲碳、淬火處理。采用余量保護(hù)法，滲碳后要進(jìn)行半精加工，去除保護(hù)余量，再進(jìn)行淬火。

2.3齒輪的半精加工

半精加工主要完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做準(zhǔn)備。半精加工主要是車(chē)削、磨削、精加工基準(zhǔn)的修正等。滲碳淬火中用余量保護(hù)的齒輪，其滲碳、淬火分成兩道工序，中間要進(jìn)行去除保護(hù)余量的半精加工。

3我國(guó)齒輪加工工藝發(fā)展分析

3.1毛坯原材化

毛坯是生產(chǎn)的基礎(chǔ)，也是整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。為了獲得高性能的產(chǎn)品、減小熱處理變形，我們要控制毛坯的金相組織等各項(xiàng)指標(biāo)。目前普遍采用鍛造毛坯，鍛造后進(jìn)行正火或等溫正火等預(yù)熱處理方法。在歐洲考察期間，我們注意到歐洲的齒輪生產(chǎn)廠家，包括知名廠家，很少用鍛件毛坯，從齒輪軸、花鍵軸到盤(pán)形齒輪，甚至300mm以上直徑的弧齒錐齒輪大多都采用圓鋼下料。有的甚至不經(jīng)下料，直接用幾米長(zhǎng)的圓鋼在車(chē)床上完成齒坯加工后再截?cái)?。毛坯原材化可以降低成本和縮短生產(chǎn)周期。毛坯不經(jīng)鍛造，可以節(jié)約的成本包括鍛打費(fèi)、預(yù)熱處理費(fèi)、材料加熱氧化損耗費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等。直接采用原材料代替鍛造毛坯，一般可節(jié)約毛坯費(fèi)用20%以上，生產(chǎn)周期可以縮短10天左右。對(duì)于高精度的齒輪，毛坯原材化的前提是高品質(zhì)的原材料和完備的熱后加工手段。

3.2再制造技術(shù)

齒輪加工機(jī)床設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)從全生命周期角度出發(fā)，充分考慮機(jī)床資源的循環(huán)重用，采用可拆卸回收性設(shè)計(jì)以及模塊化設(shè)計(jì)等方法，便于機(jī)床報(bào)廢后進(jìn)行再制造及技術(shù)提升。齒輪加工機(jī)床具有較高的回收利用價(jià)值，可重用部件資源回收利用率較高，而且再制造成本較低，如再制造滾齒機(jī)成本僅為同種技術(shù)水平的新滾齒機(jī)的50～60%。通過(guò)再制造，機(jī)床大量零部件得以重用，避免制造這些零部件的過(guò)程（鑄造、焊接、切削加工和熱處理等）中的環(huán)境污染及資源、能源消耗，也避免了對(duì)這些零部件進(jìn)行回收處理過(guò)程的資源消耗與環(huán)境污染。

3.3質(zhì)量控制SPC化

SPC（Statistical Process Control）是檢測(cè)和控制工藝過(guò)程的一種方法，是為了用最小的費(fèi)用成本，保證生產(chǎn)出精度具有高度一致性的產(chǎn)品。SPC通過(guò)檢測(cè)制造過(guò)程收集加工數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不受人為的主觀因素影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)引起加工精度變化的根本原因。SPC可以預(yù)示是否需要調(diào)整加工過(guò)程，如調(diào)整工裝夾具、改變工藝參數(shù)等。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)落在上警告線UWL和下警告線LWL之間時(shí)，說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定；當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)落在上警告線UWL與上控制線UCL之間，或下警告線LWL與下控制線LCL之間時(shí)，說(shuō)明加工系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，但仍可繼續(xù)生產(chǎn)，需要加大檢測(cè)頻次；當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)落上控制線UCL以上或下控制線LCL以下時(shí)，說(shuō)明生產(chǎn)過(guò)程必須停下檢查，尋找加工系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整等，從而保證生產(chǎn)出質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品零件。

3.4齒面精加工熱后化

齒面精加工采用的工藝方法主要有剃齒、磨齒、珩齒、刮齒。除剃齒外，其他3種工藝方法都是在熱后加工。但是剃齒調(diào)整方便、加工效率高，投資少，成本低，因此應(yīng)用最廣，是最主要的齒面精加工方法。但是剃齒不能進(jìn)行硬態(tài)加工，為了消除熱處理變形的影響，剃

齒一般要比產(chǎn)品精度高半級(jí)到一級(jí)。目前，剃齒雖然仍是非常重要的齒形精加工方法，但是越來(lái)越多地為磨齒、刮齒所代替。磨齒主要采用蝸桿砂輪磨和成形磨，刮齒是在熱后再次對(duì)齒輪進(jìn)行滾齒加工，熱后加工成的齒輪精度即是零件的最終精度，不用擔(dān)心熱處理變形問(wèn)題。這樣可以減少為防止熱處理變形而提高原材料（毛坯）的成分、金相組織等的技術(shù)要求，降低毛坯成本和加工成本。

4結(jié)語(yǔ)

總之，齒輪的加工過(guò)程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個(gè)加工過(guò)程都是圍繞著齒形加工工序服務(wù)的。如今，齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色制造方向發(fā)展，齒輪加工也正朝著全數(shù)控、功能復(fù)合、智能化、自動(dòng)化及信息化方向發(fā)展。廣大技術(shù)工作者要抓住這一發(fā)展趨勢(shì)，更好地為我國(guó)的齒輪加工行業(yè)提供高效、復(fù)合、智能的技術(shù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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