傳統(tǒng)齒輪加工以插齒加工工藝及滾齒加工工藝為主，本文結(jié)合實(shí)際的加工生產(chǎn)，以及零件的加工要求，提出一種新的利用車銑復(fù)合機(jī)床用硬質(zhì)合金立銑刀銑削齒輪的加工工藝。銑齒工藝比較適用大模數(shù)齒輪及輪齒對(duì)零件的基準(zhǔn)有位置度要求的零件比較適用，可以有效的降低夾具定位誤差，降低插齒刀的制造成本。同時(shí)，通過(guò)此種方法可以很好的保證零件的加工質(zhì)量，也為齒輪的加工提供新的思路。

　　某齒輪零件，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其齒輪部分并非全齒，而是取全齒中的其中15個(gè)齒。其齒輪參數(shù)如表1所示。零件材料為300M，屬于結(jié)構(gòu)鋼，淬、回火之前硬度為HRC≤35。這種齒輪的傳統(tǒng)加工工藝是在插齒機(jī)上通過(guò)插削保證，但之前通過(guò)插齒工藝加工過(guò)的一批零件齒部無(wú)法滿足要求。

　　主要原因有兩點(diǎn)：1、零件齒形超差，精度在11級(jí)左右。齒形超差是因?yàn)榧庸さ毒呔炔桓?，該齒輪不是全齒，因此齒輪刀具加工難度大，成本高。2、零件基準(zhǔn)齒對(duì)中心軸線有對(duì)稱度不大于0.02要求，插齒加工工藝是通過(guò)專用夾具保證該要求，但夾具定位間隙還是存在，并且?jiàn)A具制造精度不高，加工時(shí)還引入了公共基準(zhǔn)，所以最終該對(duì)稱度無(wú)法保證。

　　對(duì)于這種模數(shù)大，齒輪對(duì)零件基準(zhǔn)有位置度要求，且生產(chǎn)周期緊，無(wú)專用插齒刀的情況，采用了一種用通用機(jī)床車銑復(fù)合、通用硬質(zhì)合金立銑刀加工的銑齒加工工藝，通過(guò)實(shí)際加工生產(chǎn)，得出了該銑齒加工工藝的可行性。

　　一、 傳統(tǒng)齒輪加工方式原理

　　傳統(tǒng)的齒輪加工原理主要有兩種，展成法與成型法。展成法就是利用齒輪刀具與被切齒坯做嚙合運(yùn)動(dòng)而切出齒形的方法。最常用在插齒加工和滾齒加工。這兩種機(jī)床加工齒輪并不需要提前準(zhǔn)備齒輪的齒形形狀，而只需將零件的齒輪基本參數(shù)及插齒刀或滾齒刀的基本參數(shù)輸入到機(jī)床中，機(jī)床通過(guò)運(yùn)算完成一個(gè)固定傳動(dòng)比的嚙合運(yùn)動(dòng)。另外，齒輪的切削深度是在機(jī)床里設(shè)置好齒頂圓、齒根圓直徑，加工過(guò)程中通過(guò)檢查零件的齒厚(間接測(cè)量M值或公法線保證)判定零件是否加工到了尺寸。滾齒機(jī)及插齒機(jī)在齒輪的加工中被廣泛運(yùn)用。

　　成型法主要用在成型砂輪磨齒機(jī)。其加工原理是將齒輪的加工刀具(或磨輪)做成齒槽的形狀，刀具的輪廓線具有特定加工零件參數(shù)形成的漸開(kāi)線輪廓。這種加工方法中，定制的磨輪均是一對(duì)一的專用磨輪，成本較高。但近些年興起的可修整砂輪磨齒機(jī)有效的解決了小批量成型砂輪的磨齒問(wèn)題。

　　二、 銑齒齒輪模型的建立

　　本文要介紹的基于車銑復(fù)合的銑齒加工方法是基于數(shù)控加工輪廓銑削，是有別于成型法與展成法加工的一種新的方法。銑齒加工方法主要需建立正確的齒輪模型。使用CATIA建立齒輪模型步驟如下。

　　漸開(kāi)線參數(shù)方程建立

　　齒輪模型的關(guān)鍵在于齒輪的漸開(kāi)線的畫(huà)法，漸開(kāi)線是一條復(fù)合函數(shù)曲線，其函數(shù)關(guān)系式如下：

　　式中：rbt為基圓半徑，θ為滾動(dòng)角，單位為弧度。

　　將其轉(zhuǎn)換為CATIA的規(guī)范形式為：

　　通過(guò)函數(shù)的方式建立漸開(kāi)線輪廓。首先需添加齒輪基本參數(shù)，然后建立輪廓線與各參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式，圖3是建立參數(shù)及關(guān)系的過(guò)程。

　　漸開(kāi)線曲線的生成

　　建立好參數(shù)與函數(shù)關(guān)系式后，就需要將此函數(shù)關(guān)系式輸出成曲線，使用catia創(chuàng)成式設(shè)計(jì)命令中的“par- allel curve”命令，“parallel curve”命令是去尋找某條直線在某個(gè)平面上一個(gè)指定距離的平行線。對(duì)于要找的漸開(kāi)線中x與t的方程，只需將要平移的距離選擇成之前建立好的x與t的法則曲線，在法則曲線的定義框內(nèi)，橫向軸是一個(gè)在0-1區(qū)間變化的值，然后縱向是這個(gè)函數(shù)在0-1區(qū)間的振幅即變化量。因此該條曲線就為x與t的關(guān)系曲線。然后將生成的X、Y曲線混合在一起，并將空間曲線投影在XY平面內(nèi)，由此便得到了一條漸開(kāi)線，如圖4所示。

　　漸開(kāi)線齒輪實(shí)體建立

　　畫(huà)好漸開(kāi)線后就是利用齒輪的結(jié)構(gòu)性質(zhì)畫(huà)出一個(gè)封閉的輪齒，主要用到輪齒左右齒面的對(duì)稱性，齒輪的分度圓弧齒厚與中心角的關(guān)系等，運(yùn)用CATIA中的“相交”、“對(duì)稱”、“分割”等命令即可完成。 一個(gè)輪齒畫(huà)好后再利用“陣列”命令得到所有的輪齒，利用“拉伸”命令完成實(shí)體的建立。如圖5所示。

　　三、 加工過(guò)程

　　零件裝夾及刀具準(zhǔn)備

　　根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及車銑復(fù)合機(jī)床的裝夾特點(diǎn)，制定出以反三爪撐住零件內(nèi)孔定位的裝夾方案，將加工坐標(biāo)系建立在零件的右端面，盡量避開(kāi)刀具軸在零度情況下加工與卡盤(pán)發(fā)生碰撞干涉的可能。同時(shí)考慮到齒輪一端的外形需沿圓周銑削，對(duì)零件的圓周方向有受力影響，因此加大機(jī)床夾力至25bar。

　　根據(jù)所加工齒輪的槽型，其齒根圓弧半徑最小R1.52，因此加工該齒輪最大只能選取d3直徑的球頭刀，以保證能銑削到齒輪根部。

　　加工編程方案及程序設(shè)計(jì)

　　外齒的齒槽是外開(kāi)內(nèi)收型，可以先用“等高降層粗銑”命令開(kāi)粗，然后用“導(dǎo)引切削”命令進(jìn)行輪廓精加工。結(jié)合齒輪齒廓特點(diǎn)，輪齒的齒深方向上是漸開(kāi)線形狀，齒輪的精度等級(jí)中對(duì)齒形有要求，因此在加工時(shí)特別在齒形上做輪廓銑削。加工步驟如圖6所示

　　左右齒面精加工可以用輪廓驅(qū)動(dòng)命令編制一層，然后通過(guò)編制宏程序在齒向方向上分層加工。加工完一個(gè)齒槽，通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)床C軸按C=360/Z(Z為齒數(shù))去加工下一個(gè)齒，該零件要求有15個(gè)齒，CATIA中只需編制了中間齒槽的程序，再編制C軸旋轉(zhuǎn)宏程序加工左右個(gè)七個(gè)齒槽即可。

　　檢測(cè)計(jì)量

　　齒輪檢測(cè)首先是檢測(cè)齒輪的齒厚(通過(guò)檢測(cè)M值或公法線W)，對(duì)于模數(shù)較大的零件，該零件使用公法線W來(lái)控制齒厚，使用公法線千分尺進(jìn)行測(cè)量，若該值沒(méi)有加工到尺寸，則可調(diào)整刀長(zhǎng)補(bǔ)償繼續(xù)進(jìn)刀。直至公法線W值合格。其次檢查齒的齒形、齒向、齒距、齒跳參數(shù)，這些參數(shù)值均是在齒輪檢測(cè)儀上測(cè)量，檢測(cè)完出計(jì)量報(bào)告判定是否在要求范圍及所達(dá)到的公差等級(jí)，如圖7、表2所示。

　　最后目測(cè)齒面光度及用萬(wàn)工顯計(jì)量齒根圓直徑。若粗糙度較差可以通過(guò)調(diào)整宏程序里齒廓線之間的間距進(jìn)行調(diào)整。最終加工實(shí)物如圖8所示。

　　四、 結(jié)論

　　使用整體硬質(zhì)合金立銑刀加工齒輪的銑齒加工工藝，從計(jì)量結(jié)果看，其齒向、齒距、齒跳的加工精度等級(jí)還優(yōu)與插齒、滾齒加工工藝。因此，在齒輪模數(shù)大，通用的銑刀可以方便進(jìn)入到齒槽根部的情況下，完全就可以采用銑削方式加工齒輪。同時(shí)，若齒輪的基準(zhǔn)齒與其他基準(zhǔn)面或者孔有位置度要求，在車銑復(fù)合機(jī)床一次加工齒坯與齒輪時(shí)，將會(huì)得到穩(wěn)定的質(zhì)量保證。