基于工藝流程的齒輪滾刀生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

李　鷺，馬麗心，宮運(yùn)啟

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)輕工學(xué)院，哈爾濱150028）

基于工藝流程的齒輪滾刀生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制

李鷺，馬麗心，宮運(yùn)啟

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)輕工學(xué)院，哈爾濱150028）

以磨前齒輪滾刀為例，通過(guò)對(duì)其工藝流程的分析，根據(jù)各加工工序的難易程度或產(chǎn)生不合格率的頻率可得出滾刀生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序，針對(duì)關(guān)鍵工序中機(jī)床的精度、采用的加工方法、切削用量的使用、材料的應(yīng)用等方面，并綜合運(yùn)用工藝流程圖、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)、因果圖、AtuoCAD等工具，從中找出影響齒輪滾刀質(zhì)量的關(guān)鍵因素，針對(duì)問(wèn)題采取相應(yīng)的措施，來(lái)達(dá)到對(duì)齒輪滾刀質(zhì)量的控制，以此提高齒輪滾刀的精度.

齒輪滾刀；工藝流程；關(guān)鍵工序；質(zhì)量控制

1　國(guó)內(nèi)外齒輪滾刀質(zhì)量的發(fā)展?fàn)顩r

目前國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的齒輪滾刀有高速鋼齒輪滾刀、硬質(zhì)合金齒輪滾刀等，這些刀具不僅切削速度高，使用壽命長(zhǎng)，還可以達(dá)到大批量生產(chǎn)的水平.由于齒輪滾刀的不斷發(fā)展，加工齒輪滾刀的機(jī)床（包括磨床、鏟齒機(jī)等）精度也有了大大的提高.我國(guó)的涂層技術(shù)也日臻完美，基本上都是采用氮化鈦涂層，并在不斷的開(kāi)發(fā)新的涂層.

而國(guó)外的齒輪滾刀在幾十年前就比我國(guó)先進(jìn)很多，很早就可以大批量生產(chǎn)高速鋼齒輪滾刀，并且應(yīng)用氮化鈦涂層就比我國(guó)早20～30 a，國(guó)外很多國(guó)家開(kāi)始在齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)上做出改變，并研究出很多種可轉(zhuǎn)位滾刀.傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的滾刀用鈍后均需重磨前刀面，如刀齒損壞后，容易致使整刀報(bào)廢，而可轉(zhuǎn)位滾刀用鈍后換位即可［1］，無(wú)需重磨，減少了重磨成本，且很大程度上延長(zhǎng)了齒輪滾刀的耐用度.

磨前齒輪滾刀作為滾刀的品種之一，其主要應(yīng)用于硬齒面齒輪的粗加工，其特點(diǎn)是為被加工齒輪留出了一定的磨削余量，目前國(guó)內(nèi)外都推薦使用磨前齒輪滾刀.

2　磨前齒輪滾刀加工過(guò)程中的關(guān)鍵工序

2.1齒輪滾刀的工藝流程

以磨前齒輪滾刀為例，如圖1所示，磨前齒輪滾刀生產(chǎn)線的工藝流程如圖2所示.

圖1　磨前齒輪滾刀的基本視圖

圖2　磨前齒輪滾刀的工藝流程圖

2.2磨前齒輪滾刀的關(guān)鍵工序及質(zhì)量問(wèn)題分析

2.2.1齒輪滾刀的齒形

齒輪滾刀的理論蝸桿為漸開(kāi)線蝸桿，因漸開(kāi)線蝸桿的軸向截形是曲線，如圖3（A）所示，加工和測(cè)量起來(lái)都很困難，所以很少采用這種蝸桿滾刀加工齒輪.而磨前齒輪滾刀結(jié)合了阿基米德蝸桿（如圖3（B）所示［2］）對(duì)傳動(dòng)有利的修緣特性，同時(shí)又要保證其在加工齒輪時(shí)要為其留出一定的磨削余量，故磨前齒輪滾刀的軸向截形如圖3（C）所示，其在齒頂處有一個(gè)凸角，這樣滾齒時(shí)，齒輪齒根處有適當(dāng)根切，在后續(xù)齒面加工，這點(diǎn)根切就相當(dāng)于退刀槽，有利于齒輪的嚙合.但這卻在一定程度上產(chǎn)生了誤差，即造型誤差.造型誤差的存在是不可避免的，但需要控制在合理的范圍內(nèi).可是滾刀經(jīng)過(guò)多次重磨后直徑會(huì)變小，齒頂與齒側(cè)連接處的圓角會(huì)越來(lái)越大，造型誤差就會(huì)隨之增大.

圖3　滾刀的軸向截形

2.2.2齒輪滾刀的內(nèi)孔

內(nèi)孔作為滾刀設(shè)計(jì)、加工、測(cè)量、使用及修磨的基準(zhǔn)，其精度的高低直接影響到滾刀其他工序的精度.影響齒輪滾刀內(nèi)孔精度的因素有很多：加工齒輪滾刀內(nèi)孔的工裝設(shè)備的精度為達(dá)到要求會(huì)致使內(nèi)孔的精度不達(dá)標(biāo)，這些精度有形位誤差、接觸偏移誤差等等；齒輪滾刀的內(nèi)孔在淬火前后由于內(nèi)部組織的變化容易導(dǎo)致內(nèi)孔發(fā)生脹大變形［3］；加工人員對(duì)夾具、工件的裝夾不牢固，沒(méi)有及時(shí)對(duì)機(jī)床進(jìn)行潤(rùn)滑，測(cè)量時(shí)量具產(chǎn)生傾斜等錯(cuò)誤操作也是導(dǎo)致內(nèi)孔問(wèn)題的原因之一.

2.2.3齒輪滾刀的容屑槽

為了使齒輪滾刀形成切削刃口，滾刀需要銑出容屑槽.齒輪滾刀的容屑槽都是由前刀面和側(cè)鏟面組成的.容屑槽分為兩種，一種是直槽的，另一種是螺旋槽的.目前我國(guó)用的較多的是直槽滾刀，因直槽可提高刃磨精度且易于檢查［4］.

加工容屑槽時(shí)應(yīng)注意周節(jié)累積誤差（如圖4所示）：由于容屑槽是由前刀面和側(cè)鏟面組成的，兩個(gè)面的交線就是切削刃口，加工切削刃通常用開(kāi)刃磨床，若滾刀毛坯經(jīng)過(guò)多次磨削和調(diào)整的話，磨床的分度盤(pán)精度會(huì)逐漸降低，就會(huì)導(dǎo)致滾刀周節(jié)積累誤差越來(lái)越大［5］.

圖4　周節(jié)累計(jì)誤差

2）容屑槽深度：容屑槽溝是用來(lái)容納切屑的，如果容屑槽過(guò)淺的話，切屑堆積過(guò)多會(huì)導(dǎo)致刀具崩刃；如果容屑槽過(guò)深，滾刀經(jīng)過(guò)多次重磨后，滾刀的耐用度會(huì)降低.

3）容屑槽數(shù)：還有一個(gè)問(wèn)題就是容屑槽數(shù)，容屑槽數(shù)過(guò)少，每個(gè)刀齒所承受的切削力就會(huì)過(guò)大，導(dǎo)致刀具變形；若容屑槽數(shù)過(guò)多，切削負(fù)荷就會(huì)分到更多的刀齒上，這樣每個(gè)刀齒所承受的力就會(huì)減少.

2.2.4齒輪滾刀的鏟齒

當(dāng)滾刀齒側(cè)面的軸向截形為曲線時(shí)，因齒形上每一點(diǎn)的斜率都不同，要用軸向鏟齒方法才能保證加工后的齒形不變，如圖5（A）所示；滾刀齒側(cè)面的軸向截形為直線時(shí)，要用徑向鏟齒方法，如圖5 （B）所示［6］.除了鏟齒側(cè)面外，還要鏟齒頂，而且只能用徑向鏟齒法.

圖5　兩種鏟齒方法

2.2.5齒輪滾刀的鏟磨

加工齒輪滾刀的最后一道工序是鏟磨.滾刀鏟磨時(shí)，滾刀相對(duì)于砂輪做螺旋運(yùn)動(dòng)，就是繞本身軸線旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)砂輪不但要進(jìn)行徑向鏟磨運(yùn)動(dòng)，還要沿著滾刀軸線前進(jìn)一個(gè)導(dǎo)程的距離.

鏟磨中易產(chǎn)生的問(wèn)題有：

1）畸變：我國(guó)目前基本上都采用徑向鏟磨法進(jìn)行

鏟磨，而在鏟磨過(guò)程中，齒長(zhǎng)方向上不能保證鏟磨切削刃都在阿基米德基本蝸桿螺旋面上，這樣就會(huì)造成刀齒側(cè)面產(chǎn)生畸變，致使齒輪滾刀合格長(zhǎng)度很短，這樣經(jīng)過(guò)幾次重磨后齒厚和齒距就會(huì)變小，使?jié)L刀耐用度降低［7］.

2）徑向誤差：鏟磨時(shí)，若砂輪相對(duì)于滾刀的安裝位置不對(duì)的話，刃磨出來(lái)的滾刀前刃面就可能偏離滾刀半徑的方向，就會(huì)使?jié)L刀產(chǎn)生前角或者是后角，那么就使?jié)L刀產(chǎn)生了徑向誤差［8］.

如上所述影響齒輪滾刀質(zhì)量的主要問(wèn)題如圖6所示.

圖6　磨前齒輪滾刀質(zhì)量問(wèn)題的因果分析圖

3　齒輪滾刀的問(wèn)題改進(jìn)方法

綜上所述影響齒輪滾刀質(zhì)量的問(wèn)題看似都在細(xì)節(jié)方面，但是都是不容忽視的，這些問(wèn)題不僅僅使齒輪滾刀精度下降、壽命降低，還會(huì)影響到被加工齒輪，使加工出來(lái)的齒輪不符合機(jī)械加工的需要.因此要對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的改進(jìn)，使齒輪滾刀達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn).具體改進(jìn)方法如表1.

表1　齒輪滾刀問(wèn)題的改進(jìn)方法

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)磨前齒輪滾刀關(guān)鍵工序：齒形的加工、內(nèi)孔的加工、容屑槽的加工和鏟磨加工的分析，分別從人機(jī)料法環(huán)五個(gè)方面入手，找到了影響齒輪滾刀質(zhì)量的問(wèn)題（造型誤差、形位誤差、周節(jié)誤差、徑向誤差等），通過(guò)使用砂輪修整器、毛坯的合理選擇、分度盤(pán)的適時(shí)調(diào)整等合理的措施后，經(jīng)過(guò)檢測(cè)齒輪滾刀的合格率提高了2%以上.

［1］韓以濱，張國(guó)福.幾種典型的國(guó)外可轉(zhuǎn)位滾刀介紹［J］.機(jī)械工程師，2012（10）：142-143.

［2］劉勝軍，楊玲.加工齒輪滾刀齒形過(guò)程中如何提高齒形精度［J］.工具技術(shù)，2012（9）：87-90.

［3］李東濱，李濱品.齒輪滾刀內(nèi)孔和鍵槽熱處理變形研究［J］.金屬加工（熱加工），2013（7）：23-25.

［4］袁哲君，劉華明，唐宜勝.齒輪刀具設(shè)計(jì)（上冊(cè)）［M］.北京：新時(shí)代出版社，1983.229-287.

［5］馬麗心，劉以翔，鄭大宇.齒輪滾刀的重磨和磨后測(cè)量的研究［J］.計(jì)量測(cè)試，2002（4）：35-37.

［6］孫孟輝.齒輪滾刀的等后角鏟磨方法的研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2012.6.

［7］LIG，SUN M，LIX，et al.Improved relief grindingmethod of gear hob with equal relief angle［J］.Chinese Journal of Mechanical Engineering，2001，24（5）：842-849.

［8］馬麗心，李鷺，董世成，等.齒輪滾刀加工過(guò)程中內(nèi)孔質(zhì)量分析［J］.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，32（1）：52-55.

Research on gear hob production process quality control based on process design

LILu，MA Li-xin，GONG Yun-qi
（School of Light Industry，Harbin University of Commerce，Harbin 150028，China）

Take the pregrinding gear hob for example，through analyzing the process and the processing density of each processingmachine tool，the key process of hob in the production process can be obtained.according to the key procedures in the precision of the machine tool，themachiningmethod，the use of cutting amount，material application and so on，the key factors affecting the quality of gear hob the integrated use of process flow diagram were found out based on counting statistics，causality diagram，AtuoCAD and other tools.The correspondingmeasureswere taken to control the quality problems of gear hob and improve the precision.

gear hob；technological process；key process；quality control

TG721

A

1672-0946（2016）02-0181-04

2015-08-28.

哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2013RFXXJ076）

李鷺（1992-），女，碩士，研究方向：機(jī)械工程.