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超大模數(shù)齒輪齒形加工技術(shù)應(yīng)用

2019-11-20 來源：中信重工機(jī)械股份有限公司等作者：張萍劉成劉景蘭郭鋒勃

中信重工機(jī)械股份公司需要加工制造1件回轉(zhuǎn)窯用大模數(shù)調(diào)質(zhì)傳動(dòng)齒輪，根據(jù)常規(guī)齒形加工原理，需要模數(shù)為50、齒形角為20°的齒輪滾刀或盤形齒輪銑刀或數(shù)把指形齒輪銑刀。由于模數(shù)超大，公司刀具庫無庫存，采購如此超大模數(shù)的齒輪刀具，不但價(jià)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(guī)齒形加工方法，利用現(xiàn)有的模數(shù)40盤形齒輪銑刀粗銑齒 + 數(shù)控鏜銑床TK6513插補(bǔ)粗銑、半精銑齒形+數(shù)控成型磨齒機(jī)ZP50磨齒，來完成大模數(shù)調(diào)質(zhì)傳動(dòng)齒輪的加工。

1、非常規(guī)齒形加工

大模數(shù)、超大模數(shù)調(diào)質(zhì)齒輪齒形的大致加工工藝流程為：粗銑齒槽 → 調(diào)質(zhì)熱處理 → 半精加工齒形 → 精加工齒形。由于粗銑齒槽時(shí)余量比較大，漸開線齒形遠(yuǎn)不成型，再之大模數(shù)、超大模數(shù)粗銑齒槽多選用盤形齒輪銑刀，因此，可以用盡量鄰近目標(biāo)模數(shù)的類似盤銑齒輪刀具進(jìn)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(shù)控機(jī)床專用齒形程序控制插補(bǔ)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。熱處后，為減小磨齒余量，提高磨齒效率，可以利用數(shù)控機(jī)床半精加工齒面及齒根部，最后使用數(shù)控磨齒機(jī)磨成齒形。

2、超大模數(shù)齒輪加工工藝流程

超大模數(shù)齒輪的具體加工工藝流程為：超大模數(shù)齒輪齒坯粗加工，按工藝標(biāo)準(zhǔn)預(yù)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(biāo)準(zhǔn)預(yù)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(shí)例應(yīng)用

3.1　粗銑齒

超大模數(shù)齒輪參數(shù)如表 1 所列。利用高效數(shù)控滾齒機(jī) P3000/ 4000，選用庫存同齒形角、模數(shù)為 40 的盤形齒輪銑刀進(jìn)行粗銑齒，根據(jù)代用刀具的齒形和超大模數(shù)的實(shí)際齒形，控制齒厚最小余量。

表 1　超大模數(shù)齒輪參數(shù)

3.1.1　粗銑齒槽

將滾齒機(jī)調(diào)整為最佳狀態(tài)，工作臺(tái)、滾齒胎具及齒坯清理干凈，將滾齒胎具、齒坯依次調(diào)裝于工作臺(tái)上，齒坯基準(zhǔn)端面與滾齒胎具端面緊密貼合，按工藝規(guī)范找正壓緊。將選取的盤形齒輪銑刀安置于滾齒機(jī)銑齒刀架上，將超大模數(shù)參數(shù)通過操控面板輸入到滾齒機(jī)，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(shù)、齒數(shù)不同而不同，且在同一圓上盤形齒輪粗銑刀齒形上點(diǎn)曲率與所加工齒輪齒形上點(diǎn)曲率不同，所以加工后齒輪齒形各點(diǎn)余量不均，從齒頂?shù)烬X根部余量逐步增大。控制齒頂最小余量不小于 6.5 mm。

圖 1　盤形齒輪銑刀粗銑齒

3.1.2　插銑齒形余量

利用數(shù)控鏜銑床 TK6513 插補(bǔ)銑超大模數(shù)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(shù)控鏜銑床 TK6513 根據(jù)齒形程序插補(bǔ)銑齒面及齒根部，為后續(xù)熱處理打下良好的基礎(chǔ)。選取步進(jìn)量 0.5 mm，齒形單面留 6.0 mm 余量，如圖 2 所示。

圖 2　數(shù)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(shù)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(shù)控磨齒機(jī)ZP50進(jìn)行超大模數(shù)齒形磨削精加工，如圖3所示。由于模數(shù)50的齒輪齒槽最大寬度為131.04mm，超出ZP50磨齒機(jī)磨削砂輪寬度（磨削砂輪最大寬度為130mm），無法進(jìn)行雙面成型磨削，只能進(jìn)行單面成型磨削；在安裝砂輪時(shí)增加調(diào)整墊片的方法，將砂輪中心向一側(cè)齒面偏移 σ 距離 (相當(dāng)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(jī)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(cè)齒廓，同理磨削另一側(cè)齒廓。

圖 3　磨削齒槽齒面

4、結(jié)語

利用大模數(shù)盤形齒輪銑刀加工超大模數(shù)齒輪的工藝技術(shù)，可以節(jié)約齒輪加工刀具，減少齒輪刀具庫存，從而節(jié)約了加工成本，是一種很實(shí)用的齒輪齒形加工方法。該技術(shù)不但適用于超大模數(shù)齒輪的齒形加工，而且對(duì)其他模數(shù)齒輪的齒形加工同樣適用；對(duì)單件、小批量生產(chǎn)方式的齒輪加工制造企業(yè)，具有很好的應(yīng)用價(jià)值

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