超大模數齒輪齒形加工技術應用
2019-11-5 來源：中信重工機械股份有限公司 洛陽礦山機械工 作者：張 萍 劉 成 劉景蘭 郭鋒勃
摘要：利用大模數盤型齒輪銑刀（粗銑齒）+數控鏜銑床（插補粗銑、半精銑齒形）+數控成型磨齒機（磨齒）加工超大模數齒輪，不但可以保證加工質量，而且可以減少齒輪加工刀具庫存，降低工藝成本。
關鍵詞：超大模數；齒形；齒輪刀具；盤形齒輪銑刀
中信重工機械股份公司需要加工制造1件回轉窯用大模數調質傳動齒輪，根據常規齒形加工原理，需要模數為 50、齒形角為 20°的齒輪滾刀或盤形齒輪銑刀或數把指形齒輪銑刀。由于模數超大，公司刀具庫無庫存，采購如此超大模數的齒輪刀具，不但價格高、周期長、制作難度大，而且難以滿足工件周期要求。為滿足用戶使用要求，采用非常規齒形加工方法，利用現有的模數 40 盤形齒輪銑刀粗銑齒 + 數控鏜銑床 TK6513 插補粗銑、半精銑齒形 + 數控成型磨齒機 ZP50 磨齒，來完成大模數調質傳動齒輪的加工。
1、非常規齒形加工
大模數、超大模數調質齒輪齒形的大致加工工藝流程為：：粗銑齒槽 → 調質熱處理 → 半精加工齒形 → 精加工齒形。由于粗銑齒槽時余量比較大，漸開線齒形遠不成型，再之大模數、超大模數粗銑齒槽多選用盤形齒輪銑刀，因此，可以用盡量鄰近目標模數的類似盤銑齒輪刀具進行粗銑齒槽，并控制余量；由于盤形齒輪銑刀粗銑出的齒槽齒形余量不均勻，為保證工件齒部熱處理性能一致，粗銑齒后，再利用數控機床專用齒形程序控制插補銑齒面及齒根部，以獲得均勻的齒形余量，保證良好的齒部熱處理性能。熱處理后，為減小磨齒余量，提高磨齒效率，可以利用數控機床半精加工齒面及齒根部，最后使用數控磨齒機磨成齒形。
2、超大模數齒輪加工工藝流程
超大模數齒輪的具體加工工藝流程為：超大模數齒輪齒坯粗加工，按工藝標準預留熱處理余量 → 齒坯超聲波探傷 → 齒坯粗銑齒槽 → 齒坯熱處理 → 齒坯半精加工，按工藝標準預留精加工余量 → 齒坯超聲波探傷 → 齒坯精加工 → 齒輪齒形半精銑 → 齒輪齒形磨削精加工 → 齒輪螺孔、鍵槽等加工。
3、實例應用
3.1 粗銑齒
超大模數齒輪參數如表 1 所列。利用高效數控滾齒機 P3000/ 4000，選用庫存同齒形角、模數為 40 的盤形齒輪銑刀進行粗銑齒，根據代用刀具的齒形和超大模數的實際齒形，控制齒厚最小余量。
圖1 超大模數齒輪參數
3.1.1 粗銑齒槽
將滾齒機調整為最佳狀態，工作臺、滾齒胎具及齒坯清理干凈，將滾齒胎具、齒坯依次調裝于工作臺上，齒坯基準端面與滾齒胎具端面緊密貼合，按工藝規范找正壓緊。將選取的盤型齒輪銑刀安置于滾齒機銑齒刀架上，將超大模數參數通過操控面板輸入到滾齒機，校正無誤后自編程序，粗銑齒槽，控制齒厚最小余量。因盤形齒輪粗銑刀的近似有效齒高為 90 mm，而被加工零件全齒深為 112.5 mm。盤形齒輪銑刀粗銑齒如圖 1 所示。由圖 1 可知，齒輪漸開線齒形隨模數、齒數不同而不同，且在同一圓上盤形齒輪粗銑刀齒形上點曲率與所加工齒輪齒形上點曲率不同，所以加工后齒輪齒形各點余量不均，從齒頂到齒根部余量逐步增大。控制齒頂最小余量不小于 6.5 mm。
圖2 盤型齒輪銑刀粗銑齒
3.1.2 插銑齒形余量
利用數控鏜銑床 TK6513 插補銑超大模數齒輪齒形，以保證齒形余量均勻，方便齒面獲得相同的熱處理。數控鏜銑床 TK6513 根據齒形程序插補銑齒面及齒根部，為后續熱處理打下良好的基礎。選取步進量 0.5 mm，齒形單面留 6.0 mm 余量，如圖所示。
圖3 數控鏜床粗銑齒廓
3.1.3 齒形半精銑
齒形半精銑目的是修正齒形熱處理變形量，最大限度地去除齒形多余余量，以減小磨齒的磨削量，提高磨齒效率。熱處理合格后，重新將齒坯裝卡于數控鏜銑床 TK6513上，半精銑，齒面單邊留磨齒余量 1.0 mm，齒深留磨齒余量 0.5 mm。
3.1.4 齒形磨削精加工
采用大型成型數控磨齒機ZP50進行超大模數齒形磨削精加工，如圖所示。由于模數50的齒輪齒槽最大寬度為131.04mm，超出ZP50磨齒機磨削砂輪寬度（磨削砂輪最大寬度為130mm），無法進行雙面成型磨削，只能進行單面成型磨削；在安裝砂輪時增加調整墊片的方法，將砂輪中心向一側齒面偏移σ距離 (相當于增大砂輪寬度)，σ 值為砂輪與齒槽最大寬度差值之半加 5～10 mm，機床本身自帶的修整砂輪器將砂輪單面修整出完整齒廓曲線，磨削一側齒廓，同理磨削另一側齒廓。
圖4 磨削齒槽齒面
4、結語
利用大模數盤形齒輪銑刀加工超大模數齒輪的工藝技術，可以節約齒輪加工刀具，減少齒輪刀具庫存，從而節約了加工成本，是一種很實用的齒輪齒形加工方法。該技術不但適用于超大模數齒輪的齒形加工，而且對其他模數齒輪的齒形加工同樣適用；對單件、小批量生產方式的齒輪加工制造企業，具有很好的應用價值。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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