硬齿面精加工在加工精度和加工效率上都取得了一定的进步,出现了一些新的加工方法。介绍了国内外硬齿面滚切、剃齿、剃齿、珩齿、磨削的最新技术、设备,特别是磨削成形、产生方法的现状,指出了硬齿面精加工方法的发展方向。
近年来,各种硬齿面精加工在加工精度和效率方面都取得了一定的进展。同时,也出现了一些新的硬齿面精加工方法。
硬齿面滚齿技术
由于磨齿效率低、成本高,近年来,国外开始研究硬齿面滚齿技术,采用硬质合金滚刀可以提高加工效率,目前在日本、德国等生产中已有应用。国内近年来也在积极研究硬齿面滚齿技术,并取得了一些进展,一些工厂生产中已有应用。
主要原因有:
1)刀具与工件的硬度差很小,滚刀容易磨损,直接影响齿形精度。
2)由于滚切是一种间歇切削过程,在滚切过程中伴随着强迫和自激振动、力和热冲击,常导致硬质合金滚刀的崩塌。
3)由于硬质合金滚刀采用负前角,且切削厚度小,工件硬度高,使得径向切削力很大。根据工艺系统分析,滚齿机的刚度比较大,但刀杆和心轴是两个薄弱的刚性环节,径向变形对滚齿精度影响很大。
硬齿面齿轮成形工艺
国外一些公司硬质合金插齿刀磨出一个更大的负前角的顶部边缘,使边缘有较大的前角,刮的形成过程,也取得了初步的成果。然而,用硬齿面插齿刀插入6度精密齿轮是非常困难的。除了与硬质合金滚刀和滚齿机类似的问题外,还存在着成形速度不能提高到适合硬质合金刀具的最佳切削速度、往复成形运动引起的振动、齿轮传动链精度等问题。牛头刨床不符合标准等,无法在生产实践中使用。
国内一些厂家在普通齿轮成形技术的基础上对硬齿面齿轮成形工艺进行了研究。目前,中硬齿面约48赫兹的齿轮可插入7级精密齿轮。主要措施如下:
1)提高机床的刚度和精度,提高传动链的精度。
2)采用高精度插齿刀(aa级开槽刀)严格控制刀具的偏心安装。
3)提高齿轮毛坯和夹具的精度。
4)选择合理的进给时间和加工进给量。
硬齿面剃齿工艺
近年来,日本已成功地用硬质金剃齿刀加工出精度为8级、硬度为60hrc的齿轮。为了使刀具切入工件的硬齿面,除了减少对剃齿刀的最窄处的渐开线螺旋面刃带,切削刃对剃齿刀齿应减少到2。原软齿面剃齿的最大优点是刀片较多,有渐开线螺旋面,能保持稳定的啮合,使剃齿效率较高,并保证精度。硬齿面剃齿刀的结构改进削弱了剃须的2大优点。另外,剃齿的特点是切削厚度很小,硬质合金刀片一般比较钝,很难剃齿,因此在生产中难以实际应用。
近年来,中国硬齿面剃齿技术也在研究中。目前,该剃齿刀的剃齿齿面约为48°c,具有7级精度。加工效率很高。主要措施如下:
1)选择剃须刀具具有良好剃齿性能的刀具材料。
2)提高剃齿刀的制造精度,采用改进的或负位移的剃齿刀不仅可以减小或消除剃齿齿齿形的凹现象,而且可以剃齿鼓齿轮。
3)提高热处理前后的加工精度,严格控制热处理淬火变形。
4)机床的精调、机床刚度的提高、合理剃刮量的选择。
珩磨技术
珩磨是目前高精度硬齿面齿轮加工的主要方法,但很难将珩磨精度提高到6级。目前,中国的一些工厂已经磨制了6级精密齿轮。德国工厂还采用珩磨加工6级精密齿轮,采用粗、精二次滚齿,并采取剃齿刀剃齿、严格控制热处理变形等一系列措施,以保证预珩磨精度,采用改进的珩磨轮进行珩磨。
普通珩磨技术采用的盘形珩轮加工效率很高,1——2 min就能加工1 个齿轮。近年来,日本提出新的珩齿方法——蜗杆珩磨技术,推出新型蜗杆珩齿机。蜗杆珩磨的工作原理是用蜗杆珩磨轮磨削齿轮的齿面。与预珩磨精度相比,珩磨精度可提高1-2级。目前,蜗杆珩磨技术在日本、美国、英国和瑞士等国家已经颁发了十多项专利,主要用于制造汽车变速箱齿轮。
国内近年来对蜗杆珩磨技术组织攻关,进行了很多研究,已由南京第二机床厂和长江机床厂生产蜗杆珩齿机,并开始在生产中应用,精度可达到6——7级,平均生产速度为3——6min/件。一般蜗杆珩轮采用普通磨料,并分为蜗杆珩轮2种,即软、硬珩珩。近年来试验研究采用电镀金刚石蜗杆珩轮和电镀CBN(立方氮化硼)蜗杆珩轮的珩磨技术。
国外近年来还发展了内啮合自由珩磨技术,瑞士已生产出内啮合珩齿机。在此过程中,内齿圈珩磨轮用于加工外齿轮工件。每件平均工作时间为1-2分钟。珩磨精度可提高2级,一般可达6-7级。如果提高了预珩磨精度,就可以珩磨精度更高的齿轮。
磨削加工
磨削齿分为2类:齿轮磨削和成形。一般来说,磨齿的生成效率低(蜗轮磨齿除外),磨齿成本高,机床复杂,价格昂贵,限制了其在生产中的广泛应用,仅限于少数精密机械和工具行业。而成形磨齿具有机床简单、效率较高、成本较低等优点,但由于过去成形磨齿砂轮修整问题未得到很好解决,也妨碍了成形磨削加工在生产中的应用。目前,世界各国都在积极研究高精度、高效率、多功能、性能稳定的新型磨削方法和磨床。
5.1齿轮磨削
发电齿轮磨削方法可分为单齿分度发电齿轮磨削法和连续发电齿轮磨削法。
大型平面砂轮磨齿机传动链短、结构简单、加工精度高,但加工效率很低,常用于剃齿刀、开槽刀、齿轮等高精度齿轮刀具的加工。国内外相关厂家都在生产这种磨床,但多年来在结构和性能上没有多大发展。
在各种磨削方法中,蜗杆砂轮磨床的效率最高。一般来说,它可以在10分钟内磨削一个齿轮。适用于加工5——6级齿,直径大于8 mm或直径大于600 mm。它仍然需要解决。
近年来,日本研制了电镀立方氮化硼蜗杆砂轮的数控蜗杆砂轮磨床。该砂轮无需修整即可连续加工数万个齿轮,并用废砂轮代替新砂轮。加工效率很高。一个齿轮可以在大约一分钟内磨光,齿轮可以磨制和装扮。目前,国内已生产出各种形式的发电机磨床,但产品尺寸系列还不够齐全。
5.2成形齿轮磨削
为了解决大批量齿轮的高效经济磨齿问题,近年来世界上许多国家(德国、日本、英国、美国等)又在积极研究成形磨削加工。 在成形磨削中使用强力高效磨削的效率将进一步提高。成型磨削齿轮一般适用于齿轮批量生产5-6级精度,特别适用于对大模数齿轮,加工少齿,大齿轮的宽度和各种改性。
首先要在磨削成形是成形砂轮修整器创建一个通用的解决的问题,其中许多专利和成果已发表在最近几年。国外成形磨床大多采用四杆机构靠模修整机,但这种修整机的精度不稳定,模具数量多,调整麻烦。由于精密渐开线修整器结构复杂,影响修整精度,人们提出了许多近似的渐开线修整方法。
金刚石砂轮修整时,金刚石笔的磨损对修整齿廓精度的影响是很难解决的,因此开发了金刚石滚轮的修整方法。由于成形金刚石滚轮的复杂性和高价格,国外已经开发了金刚石砂轮带压方法。近年来,数控成形砂轮修整器在国内外已开发的,采用三坐标闭环系统,以确保准确性和自动调整和补偿磨损的金刚石笔。然而,该装置是复杂的和昂贵的,并且尚未正式在生产中使用。
硬齿面齿轮精加工技术的发展前景
随着数控技术的出现,在机床成形运动设计中,通过机械机构实现形成齿轮渐开线轮廓的原始内传动链。数控技术使机床的每一个运动都增加了伺服电机。通过数控机床的系统,将脉冲指令发送到每个伺服电机。每台伺服电机得到指令后,由电机旋转驱动滚珠丝杠,实现机床的运动,从而消除了原齿轮和成形齿轮。利用渐开线齿廓机械机构和内连杆传动链的误差来提高机床的运动精度。新型数控滚齿机、插齿刀、剃齿机和磨齿机将得到广泛应用。