時間:2022-04-15來源:今日制造與升級
在實際生產(chǎn)中,部分重載大修形齒輪剃齒完成的齒面容易出現(xiàn)“啃傷”等現(xiàn)象,造成齒面質(zhì)量不合格。本文通過對剃齒切削量的研究分析了產(chǎn)生“啃傷”的原因,并通過對相關(guān)刀具的改進,改善了剃完齒面的質(zhì)量水平,改進了產(chǎn)品質(zhì)量。
重載汽車及工程機械所用大模數(shù)齒輪,多采用滾齒 - 剃齒工藝加工。實際生產(chǎn)中,剃齒完成的零件齒面易出現(xiàn)“啃傷”等現(xiàn)象,齒面出現(xiàn)劃痕甚至是凹坑,影響產(chǎn)品質(zhì)量。
1 原因分析
1.1 剃齒切削原理簡介
剃齒工作原理是交錯軸斜齒輪副作無側(cè)隙嚙合時,由于嚙合點的速度及方向不一致,從而產(chǎn)生相對滑動,剃齒刀切削刃在齒輪齒面上切除一層金屬。剃刀與工件嚙合時為點接觸,加工時若無軸向運動,則當被剃齒輪為直齒時,在齒面上的接觸點軌跡為漸開線,與齒輪端面平行;當被剃齒輪為斜齒輪時,齒面接觸點軌跡為傾斜于端面的曲線。根據(jù)刀具或者工件的進給方向不同,剃齒跟為軸向剃齒、徑向剃齒、對角剃齒、切向剃齒 4 種不同的剃齒方法。本文所述零件的加工使用軸向剃齒工藝完成。
1.2 剃齒齒面加工余量的確定
剃齒加工通過切除零件齒面的加工余量,來達到預期的工件齒廓,該余量一般由滾齒預留。根據(jù)剃齒加工原理,剃齒加工余量不可過大或過小。若剃齒加工余量過大,則會造成剃齒加工時間過長,影響生產(chǎn)效率,同時,由于切削量大,降低齒面質(zhì)量,也會使剃齒刀具壽命降低;若剃齒加工余量過小,考慮到齒部累積、跳動誤差等的影響,則存在無法剃出完整齒面的風險。因此,合理的剃齒加工余量至關(guān)重要。
1.3 實例工件的問題分析
加工重載齒輪 A,齒數(shù) 24,模數(shù) 5.5,壓力角 20°,齒寬 78,在展角33.7°至齒頂間有較大修形量,且齒向方向鼓形為 0.055~0.065mm。該零件在實際生產(chǎn)中,節(jié)圓以上至齒頂部位,粗糙度差,存在條紋狀凹坑,經(jīng)常有“啃齒”現(xiàn)象,嚴重影響了零件齒面質(zhì)量。
如題所述零件,滾齒序跨幫距要求為 151.77±0.03mm,剃齒序跨幫距要求為151.62±0.03mm,量球直徑 Φ10,換算后,剃齒齒面齒厚加工余量為 0.0386,預留量滿足剃齒工藝要求。但對于重載齒輪,如零件參數(shù)所述,在展角 33.7°至齒頂間有修形量 0.045~0.07mm,即在展角 33.7°以上,剃齒后的齒形并非標準漸開線的一段,而是相對于標準漸開線,有一定量(即齒頂修形量)的偏移。通過齒頂修形可以減輕成品輪齒的沖擊振動和噪聲,減小動載荷,改善齒面的潤滑狀態(tài),減緩或防止膠合破壞。
如圖 1 所示,剃齒加工完成的理想齒廓為 A 曲線,在展角 33.7°以上,A 曲線相對于標準漸開線產(chǎn)生了靠近齒輪實體內(nèi)部的偏移。而 B 曲線為滾齒加工完成后的理想齒廓曲線,B 曲線通過該零件所用滾刀的設計參數(shù)展成得來。圖 1 中,A 曲線與 B 曲線之間的法向距離 e, 實際為剃齒工序理論的加工余量,可以看出,在展角 33.7°以下,加工余量 e1 為合理余量(約 0.038)時,在展角 33.7°以上,由于剃齒后齒形有修形,該處距離從展角至齒頂逐漸增大,e2 最大處達到 e1+0.07,額外增加了齒頂修形量??梢钥闯?,剃齒加工時,在展角 33.7°以上位置的加工量,是明顯大于合理的剃齒留量的。而觀察齒面“啃傷”零件的狀態(tài),齒面出現(xiàn)異常的位置也基本處于節(jié)圓以上部位,越靠近齒頂部位越嚴重。
圖 1 剃齒加工(A)與滾齒加工(B)完成后的理想齒廓曲線
因此,基本斷定,造成該齒面啃傷的主要原因為對齒頂修形零件的剃齒加工余量預留出現(xiàn)問題。
2 改進措施
2.1 改進過程分析及實施
由于剃齒加工時,齒頂修形部位加工余量過大,導致該處切削狀況差,剃齒刀切削量大,從而導致零件該處部位“啃傷”嚴重。因此,根本的解決方案是加工時,齒廓上各點的加工余量,保證均衡。剃齒作為零件精加工工序,加工后的齒輪是為了保證產(chǎn)品滿足設計要求,工藝所定的各項要求,包括齒形、齒向、以及其它的各種要求,都不可能再允許調(diào)整。因此,該零件齒頂修形部位的修形量無法改變?;诖?,唯一能做的就是改變剃前加工余量的分布, 剃前加工余量由滾齒保證,因此從滾齒序的調(diào)整著手。
滾齒加工是使用展成法原理來加工齒輪。如圖 2,滾刀和齒輪相當于一堆交錯螺旋齒輪嚙合。嚙合傳動副中,滾刀齒數(shù)少(單頭或幾頭),螺旋角很大,其實類似于一個蝸桿。齒輪滾刀按給定切削速度做旋轉(zhuǎn)運動時,工件則按齒輪副嚙合關(guān)系轉(zhuǎn)動。從而切出齒槽。因而,工件的齒形依靠滾刀的設計來保證。
圖 2 滾齒原理圖
該工件原有滾刀的齒形設計如圖 3,角度 20°表示壓力角,對該齒形通過 AUTOCAD 擴展開發(fā)程序進行加工展成,可得滾齒加工后的理論齒廓如圖 5,可見,該齒廓擬合為一條理論漸開線,該齒廓完全對應圖 1 中 B 曲線,因此,可以確定該零件的實際切削狀況正如前所述,在展角 33.7°以上切削量過大。
圖 3 該工件原有滾刀齒形設計
根據(jù)展成法原理,滾齒后齒廓主要由滾刀齒廓決定,因此對滾刀齒廓做出更改。如圖 4,在原有滾刀齒形上增加 21° 17' 的修緣壓力角,即為改后的齒形圖。滾刀齒形上突起的部位實際上在切削中,負擔了零件齒頂修形部位的多余切除量。
圖 4 更改后的滾刀齒廓設計
對更改后的滾刀進行展成,可得如圖 6 所示的齒形,可以發(fā)現(xiàn),新的齒形在滾齒加工完成時,已經(jīng)將零件齒頂修形部分的多余材料去除,因此,通過圖 6 也可看出,改后的齒形,和剃齒后齒形(圖 1 中 A 曲線)對比時,在整個齒廓范圍內(nèi),任意一點的法向加工余量也基本達到了一致均勻。
圖 5 原有滾齒加工后的理論齒廓
圖 6 更改后滾刀的展成齒形
2.2 驗證
用更改過的滾刀加工工件,在剃齒精加工完成后,齒面“啃傷”的情況基本消除,齒面質(zhì)量完好,且剃刀的壽命也相應增加。(圖 7 改善前)和(圖 8 改善后)的齒面狀況對比:
圖 7 改善前的滾刀加工工件齒面形狀
圖 8 改善前的滾刀加工工件齒面形狀
對于剃齒工藝,尤其是重載大修形齒輪加工時,齒面加工余量的一致性至關(guān)重要,不均勻的加工余量會導致剃齒加工過程的不穩(wěn)定,也會使剃刀的工作環(huán)境惡化。筆者的研究及改善行動,對實際生產(chǎn)狀況的改善有了很大提高,同時,剃齒的改善也需要全局各個方面的共同提升,需要持續(xù)地關(guān)注。
標簽: 齒形修形
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