1.問題的提出

　　1.1剃齒加工在齒輪制造中被廣泛采用，但在實際加工中經(jīng)常會遇到剃齒中凹現(xiàn)象(即剃后測出的齒形中間部位存在凹量)，特別是少齒數(shù)的直齒齒輪表現(xiàn)更為突出。

　　1.2剃齒加工實例

　　零件齒部參數(shù)：齒數(shù)Z=11;法向模數(shù)m_n=4;分園法向壓力角α_s=22.5°;分園螺旋角β=0;變位系數(shù)χ_n=0.45;最大外圓直徑d_a=55.28mm;有效漸開線齒廓最大終點(EAP)r=27.125mm;有效漸開線齒廓檢查起點(SIC)r=20.514mm;剃齒公法線長度W=19.55～19.52mm，跨齒數(shù)K=2;剃齒長度L=95mm;齒長方向無鼓形。

　　1.3針對以上參數(shù)，剃齒方法只能采用軸向剃齒。我們曾經(jīng)先后委托兩家剃刀制造廠按照平衡剃齒原理設(shè)計并制作了四把剃刀。其中兩把用負(fù)變位原理設(shè)計并制作(簡稱A刀);另兩把用增大嚙合角原理設(shè)計和制作(簡稱B刀)。

　　A刀參數(shù)：齒數(shù)Z=57;分園螺旋角β=12°(右旋);剃齒公法線長度W=76.99mm，跨齒數(shù)K=7;外圓直徑da=231.5mm。由以上參數(shù)分析可知，該剃刀在剃齒過程中，處于平衡狀態(tài)時，平衡嚙合角αj=19.5°。在過去沿用多年的老經(jīng)驗，設(shè)計者認(rèn)為負(fù)變位原理設(shè)計出的剃刀，有利于平衡剃齒，不會產(chǎn)生齒面中凹。由負(fù)變位原理設(shè)計出的剃刀到我公司后，進行試剃，齒形中凹量最大0.015mm，嚴(yán)重超差。后經(jīng)磨刀人員多次修磨都無法剃出合格的齒形來。這就證明對于加工少齒數(shù)直齒輪的剃刀減小嚙合角的設(shè)計并不適用。

　　我們又在另一家刀具廠用增大嚙合角原理設(shè)計和制作兩把剃刀(簡稱B刀)

　　B刀參數(shù)：齒數(shù)Z=53;分園螺旋角β=10°(右旋);剃齒公法線長度W=79.39mm，跨齒數(shù)K=7;外圓直徑da=222.07mm。由以上參數(shù)分析可知，該剃刀在剃齒過程中，處于平衡狀態(tài)時，平衡嚙合角αj=23.5°。B剃刀到我廠后，試剃一次成功。但剃刀經(jīng)過5次刃磨后(經(jīng)過5次刃磨后，嚙合角在逐漸減小至22.5°，外圓至219.88mm)，至此時舊剃刀剃出合格工件數(shù)急劇下降，刃磨后加工150件齒形就產(chǎn)生中凹，齒形誤差在9級，嚴(yán)重超差。

　　齒輪齒形不合格在齒輪的嚙合過程中，傳動平穩(wěn)性差，嚙合噪音大。然而剃齒是最終加工。所以，在剃齒加工中，一定要想盡辦法解決齒形不合格現(xiàn)象。針對目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，(11齒)少齒數(shù)齒輪的剃齒成了我公司生產(chǎn)的瓶頸問題，必須想辦法盡快解決。

　　2.剃齒齒形中凹原因分析

　　首先我們從剃齒刀與被剃齒輪的嚙合原理進行分析。

　　2.1剃齒刀齒面開有容削槽，形成切削刃并容納剃齒剃掉的鐵屑。從提高剃齒刀使用壽命，增加刃磨次數(shù)出發(fā)，中等模數(shù)的剃刀齒面開槽深在0.8～1.2mm之間，新剃刀的磨量一般在0.5～0.8mm之間。剃齒刀齒數(shù)增加可使剃齒時的重疊系數(shù)增加，提高剃齒精度，還可以提高剃刀的耐用度。因此在剃齒機允許的條件下剃齒刀采用最高齒數(shù)。在剃刀齒數(shù)確定后，齒厚選取非常重要。為了使新刀有足夠的磨量，一般最大嚙合角取被剃齒輪分度園壓力角的+1°，最小嚙合角取被剃齒輪分度園壓力角的-1°?？梢姡碌秶Ш辖窃诒惶挲X輪分度園壓力角的±1°之間最合適。在剃齒加工過程中，剃刀在由新剃刀經(jīng)過多次刃磨后變成舊剃刀，實際上是由正變位齒變成負(fù)變位齒的一個過程。按照齒輪嚙合原理，被剃齒輪在齒厚不變的情況下，剃刀在逐漸減小外圓和齒厚(即嚙合角)都可以正確嚙合，只不過嚙合角在逐漸下移。在剃齒過程中，齒面中部受力最大。在徑向切削力的作用下，就會在齒面上產(chǎn)生中凹。

　　2.2齒輪加工是剃齒刀與被加工齒輪在空間兩軸交錯，并做無間隙嚙合運動。剃齒刀利用齒面有多個小槽(切削刃)的特點，通過徑向進給，在被加工齒面滑移、擠壓，從而達到剃削齒面的目的。對于通常的普通剃齒來講，用標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形的剃刀加工齒面時，在節(jié)園附近會產(chǎn)生齒形中凹，其原因是多方面的。根據(jù)剃齒嚙合運動關(guān)系和受力情況分析可知：剃齒時，節(jié)園附近相對滑移速度最小，油膜不易形成，潤滑不良，易于擦傷;同時，節(jié)點附近滑動速度方向是改變的，會使齒面產(chǎn)生揉搓作用。從受力情況看，由于剃齒嚙合屬于點嚙合，而且節(jié)點處單對齒嚙合機會大，這樣單對嚙合時齒面壓強增大，該處切除余量也會比其它部位來得多，從而造成節(jié)園附近齒面中凹。實踐證明，剃齒過程中，由于徑向進給，左右兩側(cè)齒廓受力不均勻是齒形中凹產(chǎn)生的主要原因。為了解決中凹問題，傳統(tǒng)的方法是在剃齒過程中根據(jù)試剃中凹的具體情況，在剃刀磨床上對剃刀齒面進行修形。這種方法對于多齒數(shù)齒輪是行之有效的方法。但對于少齒數(shù)齒輪，為了找到一個“平衡剃齒”的最佳嚙合角，往往要刃磨數(shù)次，既麻煩又費時。一把新剃刀在未加工多少零件后，被反復(fù)刃磨而報廢。

　　3. 剃齒解決方法

　　3.1既然少齒數(shù)齒輪剃齒齒面中凹是由于徑向進給所致。能不能在剃齒中不徑向進給呢?答案是可行的。

　　3.2近年來，由于數(shù)控滾齒機以及高效滾刀的普及，使?jié)L齒的質(zhì)量得到了很大地提高。原來，在普通滾齒機上滾齒，一般齒輪的齒向、齒形、齒圈跳動誤差大多數(shù)都在8級以下，齒厚的一致性也很難保證，而且齒面拉毛、拉傷情況時有發(fā)生。所以，我們在11齒的齒輪產(chǎn)品的工藝編制中，滾齒給剃齒留余量為0.06mm。若小于0.06mm余量就會產(chǎn)生齒面剃不光現(xiàn)象。剃齒時，采用4刀徑向進給，2刀光整的方法。走6刀加工完后，需要6分鐘。但是，現(xiàn)在我們采用了數(shù)控滾齒機和高效滾刀后，滾齒精度得到大幅度提高。例如，上面提到的11齒的齒輪產(chǎn)品滾齒后，齒向、齒形誤差都在8級以上，齒圈跳動誤差在6級以上。詳情見表1：

   　3.3由以上滾齒齒形齒向檢測情況可以看出，左右齒面只要進行μ級的修正，齒形齒向誤差即可達到7級精度。所以，原來工藝給出的0.06mm的剃量完全沒有必要。我們大膽地對原工藝進行改進。新工藝將滾齒公法線尺寸改為剃齒上限尺寸+0.02mm。

　　3.4原工藝剃齒走刀次數(shù)為6刀，即4刀徑向進給，2刀光整。新工藝去掉4刀徑向進刀，只做2刀光整。光整轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/每分鐘，軸向移動速度70mm/每分鐘。光整一次剃掉齒厚0.01mm，走刀兩次后剃掉0.02mm，正好達到剃齒尺寸。

　　3.5同樣的剃刀，2刀光整的方法剃出的齒面齒形合格。施行新工藝后，齒面齒形中凹問題迎刃而解。齒面粗糙度達到1.6以上，齒形齒向精度都在7級以上。新工藝執(zhí)行后，齒形齒向檢查結(jié)果詳見表2。

　　4. 光整剃齒法的優(yōu)點

　　4.1提高了產(chǎn)品的剃齒質(zhì)量。從表2可以看出齒形齒向精度都在7級以上。

　　4.2提高了剃齒的效率。原工藝剃齒需要6分鐘，新工藝只需2分鐘。

       4.3提高了剃刀的耐用度。

　　3. 珩輪的設(shè)計與制作及珩齒工藝

　　3.1珩輪基體的設(shè)計和制作。

　　3.1.1珩輪基體的設(shè)計。采用剃齒刀設(shè)計軟件，針對某一要珩齒的零件熱后的各項參數(shù)設(shè)計出珩輪基體圖紙。

　　3.1.2珩輪基體材料的選擇。選用鋼材作為基體。

　　3.1.3珩輪基體的加工工藝如下：

　　①下料→②熱鍛→③等溫正火→④粗車→⑤精車→⑥磨前滾齒→⑦去毛刺，磨棱角→⑧割鍵槽→⑨熱處理→⑩磨內(nèi)孔，磨端面→⑾磨另一端面→⑿磨齒→⒀完工檢→⒁清洗→⒂送電鍍

　　3.1.4珩輪基體加工的關(guān)鍵工序是電鍍前的磨齒工序。我公司采用的機床是格里森-胡爾特公司出品的SRS410數(shù)控剃刀磨床?？梢孕弈コ隼硐氲溺褫嘄X形。

　　3.2珩輪基體的電鍍。

　　3.2.1修磨好的珩輪基體經(jīng)過在齒輪綜合檢查儀上檢測合格后，送電鍍車間電鍍。

　　3.2.2電鍍工藝如下：

　　①化學(xué)除油→②水洗→③酸洗→④水洗→⑤電化學(xué)除油→⑥水洗→⑦活化→⑧埋砂→⑨電鍍→⑩鍍后處理

　　3.2.3電鍍工藝關(guān)鍵是電鍍電源的選擇。

　　3.2.4 CBN材質(zhì)的選擇。

　　3.2.5電鍍配方的選擇。

　　3.2.6電鍍工裝設(shè)備的設(shè)計和制作。

　　3.3珩齒工藝的研究制定。

　　3.3.1 CBN珩輪只能針對某一要珩齒的零件進行珩齒。

　　3.3.2珩齒機床為我公司現(xiàn)有的國產(chǎn)YD4232數(shù)控剃齒機。并對機床主軸進行改造，使主軸轉(zhuǎn)速達到2000轉(zhuǎn)/每分鐘。

　　3.3.3珩齒夾具要設(shè)計和制作成漲胎式珩齒夾具，以提高珩齒精度。

　　3.3.4珩齒切削液為水性切削液。

　　3.3.5珩齒切削參數(shù)的制訂。CBN砂輪最佳切削線速度為50m/S。CBN珩輪有它的特定環(huán)境，要求珩輪轉(zhuǎn)速達到1300轉(zhuǎn)/每分鐘以上。無需徑向進給，軸向走刀每件往返2行程即可。根據(jù)零件大小，珩齒時間一般在二分半鐘到四分半鐘之間。以摸數(shù)4.233、40齒、齒寬30毫米的齒輪零件為例只需三分鐘。

　　4. 珩齒工藝注意事項

　　4.1熱前齒部精度的保證很重要。所有漸開線齒輪的熱后珩齒一定要在熱前達到以下精度：

　　4.1.1齒坯精車工序要在數(shù)控車床上，采用漲胎式精車夾具加工，要求端面對內(nèi)孔的跳動不超過0.025mm。

　　4.1.2滾齒工序要在數(shù)控滾齒機上，采用漲胎式滾齒夾具加工。要求摸數(shù)在3～5.5mm之間、齒數(shù)在30～60之間的園柱齒輪齒圈跳動不超過0.03mm,周節(jié)累計誤差不超過0.03mm。齒形齒向誤差不超過8級。

　　4.1.3剃齒工序要注意剃刀的修形。齒形齒向誤差完全符合產(chǎn)品圖的各項要求。特別對K型齒形要求齒輪，要根據(jù)熱處理的齒形變化，對熱前齒形進行修正。有K齒形圖要求的一定要在熱前的K齒形圖框內(nèi)。

　　4.2珩前齒部精度的保證：

　　4.2.1熱后磨孔的齒輪要在數(shù)控內(nèi)園磨床上，用節(jié)園夾具磨內(nèi)孔，要求磨后的齒圈跳動不超過7級精度。以19552為例，齒圈跳動不大于0.03mm。

　　4.2.2珩輪基體的齒形刃磨一定要根據(jù)熱后修形變化情況進行修磨。若檢測到工件熱后齒形齒頂正0.015mm，那么在刃磨珩輪基體的齒形時，齒根要正0.02mm，這樣才能達到修形的目的。

　　以上工作做好了會對熱后珩齒起到事半功倍的作用。

　　5. 結(jié)論

　　總而言之。此工藝是采用CBN砂輪在國產(chǎn)數(shù)控剃齒機上珩齒。CBN珩齒工藝的難點是要設(shè)計和制造出具有脫粒少，且切削力好的CBN珩輪。珩齒后的齒形齒向修正量可達到0.02～0.05mm 。齒輪的熱處理變形和磕碰完全可以修正過來。齒輪的齒形、齒向能提高一個精度等級以上，齒面粗糙度可達到Ra0.8以上。珩齒后齒輪使用壽命也會延長。變速箱長嚙合和高速運轉(zhuǎn)齒輪若全部珩齒，噪音會明顯降低。目前，每把珩輪可以加工1000件左右齒輪，此珩齒費用每件只需2元人民幣。珩輪用完后無需修磨就可以反復(fù)涂鍍立方碳化硼砂粒。即經(jīng)濟又實用。我國目前至少有幾百家齒輪加工企業(yè)，由于資金缺乏，而無力購買價格相當(dāng)昂貴的進口珩齒機。然而，此工藝無需購買新設(shè)備，只需對現(xiàn)有的剃齒機主軸轉(zhuǎn)速進行改造，就可以使你的齒輪產(chǎn)品質(zhì)量提高一個或二個精度等級，我們何樂而不為呢!

　　市場竟?fàn)幖ち?，要求我們的企業(yè)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的齒輪產(chǎn)品，才能立足和發(fā)展。我相信經(jīng)過我們不懈地努力，新的CBN珩輪珩齒工藝的普及，必定會對我國的齒輪加工行業(yè)帶來一個很大的進步，我們的產(chǎn)品會更加具有國際竟?fàn)幜Α?/p>