梳齿工艺技术的比较优势.pdf

T e c o g y a n d 工艺与检测 梳齿 工艺技术 的 比较优 势 术 周 湘衡 中钢集团衡 阳重机有限公司 湖南 衡 阳 4 2 1 0 0 2 摘要 齿轮制造工艺技术是获得优质齿轮的关键 由于对梳齿工艺技术的比较优 势认识不足 研究滞后 造成我国梳齿工艺设计的理念和工艺实践都较陈 I E t 梳齿工艺技术的比较优势没有得到充分发挥 制约了其在我国的发展 通过对梳 滚 插齿 3种切齿工艺进行全面的分析对比 来 阐述梳齿技术 经济效益明显优于滚 插齿 尤其是在加工精度较高 模数较大 齿面较硬 主动轮齿数很少的大传 动 比 大变位 宽齿面复合齿廓的齿轮副时效益尤为突 出 从而明确 了梳 齿工艺进 一步研究的方 向 为大力推动梳齿工艺技术在我国的充分发挥和发展奠定理论基础 关键词 梳齿工艺 分析对 比 比较优势 认识不足 研究滞后 国际接轨 中图分类号 T G7 0 6 文献标识码 A Co mp a r is o n a d v a n t a g e o f t o o t h s lo t t in g p r o ce s s t e ch n o l o g y ZHOU Xia ng h e n g S i n o s t e e l H e n g y a n g Ma ch in e r y C o L t d He n g y a n g 4 2 1 0 0 2 C H N Abs t r a ct To o t h s lo t t in g p r o ce s s t e ch n o lo g y o f g e a r s is t h e k e y t o ma n u f a ct u r e q u a lit y g e a r s T he t h e o r y a n d p r a ct ice o f t h is t e ch n o l o g y is o u t o f d a t e in C h in a b e ca u s e o f b a ck wa r d r e s e a r ch a n d la ck o f u n d e r s t a n d i n g o f t h e co mp a ri s o n a d v a n t a g e t h e co mp a r is o n a d v a n t a g e o f t his t e ch n o lo g y i s r e s t r i ct e d a nd h a s n o t b e e n d e v e l o p e d t o f ul l e x t e n t By a n a l y z in g t h r e e t o o t h cu t t in g p r o ce s s e s o f s lo t t in g h o b b in g a n d s h a p in g s lo t t i ng s h o ws mo r e e co no mi ca lly e f f i cie n ce e s p e cia ll y a t cu t t in g g e a r p a ir s wit h h ig h p r e cis e bi g g e r mo d u lu s ha r d e r s u r f a ce s ma ll n umb e r o f t e e t h o f ma i n d r i v in g g e a r s la r g e t r a n s mis s io n r a t io a nd s h ift co e f f i cie n t b r o a d s u r f a ce a n d co mp o u n d p r o fi le T h i s p a p e r s p e cifi e s t h e d e v e lo p i n g t r e n d s o f f u r t h e r r e s e a r ch o f s lo t t in g p r o ce s s a n d la y s t he t h e o r e t ica l f o u n d a t i o n t o e n h a n ce f u lly t h e d e v e lo p me n t o f s lo t t in g p r o ce s s t e chn o lo g y i n Ch in a Ke y wo r d s t o o t h s lo t t in g p r o ce s s a n a l y z e co mp a r is o n a d v a n t a g e la ck o f u n de r s t a n d in g b a ck wa r d r e s e a r ch in t e 1 T I a t io n a liz a t j o n 1 问题 的提出 由于引进马格 MA A G 梳齿机 又称齿 条刀插齿 机 才 接触 到 梳齿工 艺 技 术 本来 梳 滚 插齿 是 3种不同的切制 圆柱齿轮 的工艺方法 各 自都有优缺 点 都可以扬长避短并行不悖地 互补地发展 国外的 实践正是这样 文献 1 在论述 了梳齿工艺 的特点后 指 出 国外 的实践证明 当齿轮模数大于 1 0 1 2 m m时 梳齿生产率 比滚 插齿 高 国内的实践也 印 证 了这一点 在马格梳齿机 S H 3 5 0 5 0 0 上 用高速钢 梳齿刀加工中硬齿面 3 0 0 4 0 0 H B 径节 D P 1的圆柱 齿轮 精度和生产 率都优 于滚齿 至于带窄空刀槽 的 国务 院原重大技术装备项 目 8 5 3 0 1 0 1 2 4 人字齿 轮 多联 齿 轮 的制造 滚 齿 工艺 更 是无 能 为 力 了 那 么 是什么因素制约了梳齿工艺在我国的发展 呢 其 主要 原 因是 第一 思想 上认 识 不 足 关 键 是对梳齿工艺的比较优势认识不清 表现在现有 文献 介绍梳齿工艺时 机床结构较复杂 因有空行程和返 程 故效率低等 优点是刀具简单 刚度高 万能性好 精度高于滚 插齿 故此大家普遍认 为梳齿工艺不 是主流工艺 是滚 插齿工艺 的补充 第二 工艺探索 和实践少 没有完全消化吸收 窄空刀槽 的齿轮设计 少 梳齿工艺的优势没有发挥 第三 研究全面滞后缺 少系统性 现无相关技术标准和规范手册等 特别是 工艺与检测 T e c h n 0 Io g y a n d 对斜齿梳齿刀刃磨工艺的应用缺乏理论指导 以至于 到 目前为止不少相关专业人员 以端面模数为标准的 斜齿轮的几何计算 都不会 上述 因素相互交叉叠加 造成 的后果是诸如马格类型 的梳齿机 往往是 弃其 所长 用其所短 只用于加工直齿轮 甚 至不用梳齿 工艺 殊为可惜 2 梳 滚 插齿 3种工艺对比 评定一种工艺方法 的优劣 必须对其加工质量 效 率 费用 通用性等 即技术经济指标进行全面的分析 比较 这 3种工艺都应 当在各 自的具有 比较优势的加 工范 围内发 展 那 么 梳齿 工 艺在 哪 些 方 面具 有 优 势呢 2 1 梳齿工艺在加工硬齿面齿轮方面的优势 对于抗拉强度 6 b 1 4 0 0 M P a 4 0 0 H B 的齿轮 用梳齿法相对较易 其 主要原 因是 第一 由于刀具简 单 刚度好和刃磨方便 故可 以根据待 切齿轮 的材 质 机械性能和可加工性 以下 同 较方便地设计并 刃 磨 出具有优化的诸切削角度的刀具来 并且刀具可方 便采用先进材料和表 面强化工艺等 第二 在滚切硬 度较高的大模数 大变位 多齿数宽齿面 的大型齿轮 因切削量较大和滚刀切刃长度不足等 刀具磨损较明 显 难 以控制精度和齿面粗糙度 甚至还有残留齿和顶 刀等不正常现象 而梳齿由于是沿切向一齿一齿地加 工 因此可 以停机并能在切削过程当中刃磨刀具 这一 点是十分重要的 第 三 充分发挥切削过程 中展成机 构停止动作工 件即呈静止状态 因此 机床一刀具 系统的刚度好 且梳齿机是切齿机 中精度最高的这一 强项 特别是在刮削硬齿面和干式切削工艺条件下 相 比滚 插齿切削平稳可得到较高的质 量和生产率 这 点 恰恰表 明 了梳齿 工艺 的缺点在一定 条件 下可 以 转化 为优点 第四 装刀滑 台是 由曲柄连杆机构驱 动 两端死点 的速度为零 而在 中点 速度最大 加速切 人有利于刀具对硬齿面的稳步 啃 人 第五 梳齿 的 每一切削冲程 中切屑面积保持不 变 切削力 稳定 故可便于刀具 选择 优化切 削用 量和切削角度 有 利于提高切齿效率 和精度及齿面质量 延 长刀具使用 寿命 这一优势对硬齿面很重要 通过以上论述和实 践证 明 梳齿在加工 5 8 6 2 H R C的硬齿面齿轮时 也可高效地达到 D I N 5级精度 当齿轮硬度越 高时 梳齿 的效果越显著 2 2精度和齿面质量问题 作为终切工序而言 梳齿 比滚 插齿 的精度要高 其基本原因分解叙述主要有以下几点 第一 梳 插齿 1 0 0 不存在滚齿的加工原理误差 第二 梳齿刀不存在滚 插齿中的原 理误差 如造形和齿形角误差 由于刀 具结构简单 高精度梳齿刀比相应插 滚刀获得容易 制造检测更方便 第三 梳齿 的加工原理相 当于齿条 和齿轮 工件 的啮合转动 即刀具齿廓 的滚切运动轨 迹廓线包络而形成齿轮牙齿 的渐开线齿廓 故无需形 成螺旋线齿槽 如滚齿的差 动传 动链 的附加运动机 构 所以梳齿齿向误差不存在滚 插齿的原理误差 对 于大质数 如齿数 1 0 7 齿轮 因梳 滚 插齿的分齿交 换齿轮 比都是按近似逼近值 此时滚齿靠差动传动链 的附加运动来补偿 而梳 插齿 由于是一齿一齿地加工 方式 故梳 插齿有齿距误差 这点对大质数宽齿面或 人字齿轮尤为重要 第四 从折线线段 的数 目 l 来 分析 滚齿时 齿形的形成过程是断续 的 在端面中的 齿形是由一些包络成理论渐开线 的折线组成 的 折线 线段 的数 目N 与滚刀的容屑槽数 目k 成正比 与滚刀头数 成反 比 是滚刀与齿轮 啮合时 的重合 度 是不能通过改变加工条件而增减的 滚切少齿数的 齿轮时 这种现象更突 出 而在梳 插齿机上 折线线 段的数 目N 8 r m S 与进给量 5成反比 每一节距的 行程次数也就是展成渐开线刀具 的轨迹数 能够依据 待切齿轮的精度要求 模数 齿数 螺旋角 材质 生产 率等在广泛的范围内调整 折线线段 的数 目 少齿形 棱度高 齿形精度就差 故梳 插齿比滚齿的齿面粗糙 度值小 齿形精度要高 在同等条件下 因梳齿刀的齿 廓是直线 比凸齿为渐开线的插齿刀产生的棱度要低 故梳齿比插齿的齿形精度又要高些 第五 从齿面波 度 来分析 滚齿时 由于轴 向进给而产生于齿侧 面的波度 波度 大小与轴向进给量 s的平方成正 比 与滚刀的半径 月成反 比 由于梳 插齿是连续切削 的 则无此波度 进给量可取得较大 模数越大进 给量 可大很多 这反而有利于减少 刀具最大磨损处切出刃 顶端的磨损 不仅提高加工效率 同时还增加刀具耐用 度 为此梳 插齿 比滚齿 的精度高和齿面粗糙度值小 第六 因刀具的齿距是有误差 的 当插齿刀齿数不等于 工件齿数 插制工件 的第一个齿 与最后一个 齿之 间的 齿距误差最大 插齿刀齿距 累积误差也完全反映到被 加工齿轮上 故加工出的齿轮齿距累积误差较大 滚齿 时 一般是用单头滚刀 故工件的诸齿距都是 由滚刀固 定齿距形成 的误差 故滚齿误差是均匀一致 的 而梳 齿刀只有一齿或几个齿 根据切齿方式不同最大齿距 误差为上一次循环切制最后一个齿与退 回分度后的第 一 齿误差 如采用减荷 法 r e lie f f a ct o r 加工则不会产 生刀具齿距误差 第七 滚齿特有容屑槽螺旋 角和圆 ZU U 1 0 l 周齿距及滚刀 对中 误差等 梳 插齿则没有 第八 梳齿刀联接没有间隙 故安装精度最高 而滚 插齿都 有 第九 加工精度要求高的大模数 多齿数的宽齿轮 时 为保证齿 向精度 滚齿须在恒温环境下进行 由 于梳齿是一齿一齿地加工 一般可不考虑 第十 在精 密切齿过程中刃磨刀具 对于滚齿而言 因刀具逐渐磨 损会在齿面上留有微小锥度 而实际操作上 变为不可 能 而对于梳 插齿而言 若精心地进行刀具追加切人 则可能实现 第十一 滚 插齿有刀具旋转运动 相应 有与工件回转的展成运动传动链 副 误差 故有传动 链和轴承等旋转件间隙和安装联接调整误差 的影响 造成齿形 齿向 径向等误差 梳齿无此旋转运动 另 外 梳齿用靠模加工鼓形齿无原理误差 齿形精度高 滚齿有原理误差 马格中等尺寸梳齿机加工齿轮的精 度等级 齿 向总误差 可达 D I N 3级 相 邻齿距误 差达 D I N 4级 齿形总误差和齿距最大积累误差达 D I N 5级 齿圈跳动误差达 D I N 6级 J 通过以上叙述 齿距累积误差 和齿 向误差从小 到 大依次为梳 滚 插 且梳齿的齿 向误差不存在原理误 差 齿形和刀具误差从小到大依次为梳 插 滚 表面粗 糙度值从小到大依次为梳 插 滚 理论研究和生产实 践表明 对滚齿来说 因刀具造形误差较大 还受加工 原理和刀具结构所 限 加工 出的齿形精度极差 齿形 精度不高是 滚齿 的一大致命 弱点 插 齿 除齿 形精度 外 其他精度 比滚齿差 而梳齿 的精度最高 可稳达 D I N 5级 齿面粗糙度梳 插齿 比滚齿好 且梳齿粗糙 度可达 R 0 4 Ix m 总之梳齿 的加工质量 尤其是在平 稳性 接触精度和齿面粗糙度方面比滚 插齿要好 2 3 产品类别 可以这么说 凡能用滚 插齿加工的圆柱齿轮 从梳齿工艺上说除内齿外 梳齿法均可加工 但从梳齿 机的性能来讲都可加工 而像窄空刀槽 的人字齿轮和 多联齿轮 滚齿法就无能为力 了 另外 梳齿法加工大 模数少齿数能力 比滚 插齿法强得多 且可加工最小直 径较小和最大螺旋角可达 6 O 的斜齿 轮 能方便加工 单件和非标及特殊要求 的复合齿廓的齿轮 如利用靠 模和刀具修形的齿形 可同时对齿轮齿 向进行鼓形修 整和齿廓的修缘 修根 并有较高的精度 还可用 f e l lo w s 类型梳齿机加工小锥角齿轮 梳 滚齿两者所能覆盖的待切齿轮尺寸系列大致 相 同 但梳齿相对大些 插齿相对两者小些 不过 由于 梳齿刀相对简单得多和工艺 系统刚度好 故对切制硬 齿面和较大模数齿轮更有利 尤其是硬度较高的大模 数 大传动 比 大变位 多 齿数宽齿 面的大型齿轮副 ZU1 簪U 0 年 寻 I朋 T e c h n 0 l 0 g y a n d T e s f 工艺与检测 从广泛性和万能性来说 依次是梳齿和插齿 2 4生产 率 问题 梳齿工艺从 表象 上来说唯一的弱点是 加工时 有空行程 且每切完若干个齿后还得退 回分度 这样 相比连续加工的滚 插齿工艺方案生产率要低 下面 我们透过 表象 作深层次剖析 第一 梳齿 的切削速度就是滑台的往复速度 最大 切削速度受被加工材质和刀具材料 的红硬性及工艺系 统的刚度影响 在保持刀具耐用度的条件下 尽量增加 梳齿的冲程数和加大进给量 以提高切齿效率 且梳 插齿法一样 刀具冲程速度与进给量可独立选择 则均 可优选 第 二 在 其 它条 件 相 同 切 削速 度 一定 时 J 随着模数 的增大或精度增高 滚刀直径 D将增 大 由 V r r D n的关系式可知 D增大将使转速 n成 反比地减小 从而使生产率降低 梳齿 时 若 一定 刀具的冲程数将不随模数不 同而变 只与 冲程长度成 反比 第三 同滚齿相 比 6 J 梳 插齿 的切人行程长度 可保证极小 大大缩短了基本时间 滚刀直径 模数 越大 两者的切入长度相差越大 第四 滚齿 的切削速 度较梳齿 高 J 但 随着模 数增 大和工件 材料硬 度增 高 为保证刀具有一定 寿命 切 削速度将有所 降低 滚 齿切削速度高的优势大为减弱 第五 滚齿随着滚刀 直径 模数 或安装角 倾斜角 增大 加工的基本时间 将相应地增加较多 而插齿不存在倾斜角问题 梳齿 也可避免倾斜角 斜齿用斜刀 同时还将缩短其切向 行程长度 也能提高生产率 梳齿时空程返 回进行分 度所花的时间在基本时间中所 占的比例大大减小 特 别是梳 插齿不 存在滚切 大质 数齿轮 时 为避免 乱 齿 必采 取特 殊方式退 回到正确位 置 第六 梳齿 时 8 J 增加刀具齿数虽使其切 向行程 长度有所增加 但仍 明显地提高切齿生产率 基本时间将大大地减少 齿轮齿数增多也有一定效果 采用双齿刀 比单齿刀可 提高切 齿 效 率 5 0 8 0 三 齿 刀 能 提高 9 0 1 3 5 并且对产 品质量有利 还可充分发挥切齿循环 方式 的优势来提高生产率 第七 因刀具螺旋面造成 两侧刃刚度和切削角度问题 用直齿梳齿刀加工斜齿 轮 比滚 插齿刀更有利于提高生产率和质量 第八 合 理选择刀具正前角和后 角能明显改善切 削性能 和 提高刀具的耐用度 一般能提高生产率2 5 左右 并 且齿面粗糙度值和所消耗功率也较小 但滚 插齿则不 适合加工精度较高的齿轮 第九 梳齿机 可根据工况 优化调整参数和切削角度 以提高工效和质量 调整简 便省时 节省辅助时间 第十 为 了 扬长避短 国内 外充分利用梳齿刀和刀夹简单 刚度好及 刃磨方便的 1 01 工艺与检测 T e ch n 0 10 g y a n d 这一强项 设计出各种高效切削刀具 从而来提高生产 率 图 1 所示是一种 双层 双刀 梳齿刀用 于粗或粗 精加工一次成形 图 2所示是一种 逐步切入式 梳齿 刀 s t e p t y p e p lu n g e cu t t e r s 其中一种就是高效粗加 工梳齿刀的例子 齿形实线部分 特别是加工 大模数 齿轮时 更有效率 故当齿轮模数较大或材料硬度较 高时 采用梳齿的效率高于滚 插齿 特别是粗加工时 另外 森德 兰德 S u n d e r la n d 梳齿 机 双 面双刀 工 艺 同时加工人字齿两侧左右斜齿 能显著提 高生产 率 这一点是滚齿无法 比拟的 梳 滚齿最经济的加工 方法 根据所需的精度和模数来选择 由以上论述可知 当齿轮 的精度要求高时 不论模 数大小如何 都宜采用梳齿加工 而 当模数 1 2 h i m 时 则无论精度 的高低 也宜采用梳齿 用插齿加T 就生产能力和精度而言 其经济性大致介于滚齿和梳 齿之间 一般滚齿的生产率较插齿高 但在加工模数 较小 齿数多和齿宽较 窄的齿轮时 插齿 较滚齿有优 势 梳齿由于通用性好 和加工精度高 对于精度不是 特别高的齿轮 梳齿后往往可 以不要再精加工 而滚齿 在多数情况下 还要经过精加工 对于 中等精度的齿 轮梳齿法也具有一定 的经济性 尤其在加工大模数时 总之 通过以上理论分析和生产实践表明 生产率 南高 到低在大多数情况下 依次为梳 滚 插齿 当齿轮模数 和硬度越大时 梳齿的效率高于滚 插齿越显著 图1 双层双刀 梳齿刀结构示意图 图2 逐步切 入式 粗 或粗精 加工梳齿 刀示意 图 2 5刀具 问题 梳齿工艺技术极为重要 的一环是刀具 是制约梳 齿工艺在 国内充分发展的关键 主因之一 最 明显的优 势是切齿刀具中最简单 的 如仅有几个乃至一个直线 刀齿 故耗材少 下面将展开分解叙述之 2 5 1 刀具设计 国外广泛使用的梳齿刀基本上是切削工况条件下 为正前角 梳齿 刀根据所使用 的机床刀架 不同分 两种类型 一种用 于马格型梳齿机 机床的刀座基面带 有前倾角 梳齿刀制成不带前角 靠倾斜安装在机床刀 架上而获得前角 y y 6 5 另一种用于刀座基面不 倾斜的机床 梳齿刀本身制成一定的前角 y 在切削工 况条件下带 有前角 以改善切 削性能 提高切 削效 率 利用 S o lid Wo r k s 三维特征造型或空问解析几何和 投影变换作为工具很容易设计 当为斜齿梳齿刀时 前 刀面为非对称齿形 有一点需要着重提示 的是 当 0 时 卢 卢 即梳齿刀 的螺旋角 是不等于待切齿 轮的螺旋角 3的 这主要是保证梳齿 刀两侧刃后角相 等 减少刀具干涉 平衡两侧切削力趋于一致 这样 切削时的冲程方 向 并不与 刀具 的螺 旋线 也是直 线 的方 向一致 因此 静态下 的诸切 削刃截形并不 同于工况下的相应截形 这点在理论上是不容混淆的 而斜齿梳齿刀好坏 的症结点恰好就在 并不等于 这试金石上 过去 国内很多设 计是按 卢 造成 刀 具不好用 切削效率低 齿面质量较差 梳齿 刀相 比 滚 插齿刀计算简捷设计精度高 另外 充分利用和发 挥梳齿刀和刀夹简单便于实施 制造刃磨方便 T 艺系 统刚度好和梳齿机精度高的优势 设计或实施新结构 镶齿或机夹 新技术 C A D C A M设计 制造 新材 料 粉末冶金高速钢 新工艺 表面或刃 口强化 异 形齿廓 多段直 曲线 的刀具相当方便 2 5 2 刀具 制造 梳齿刀不存在滚 插 齿中的原理误差 如造形和 齿形角误差 直线齿条 型梳齿刀制造更简捷 检测更 方便 提高精度容易 为此高精度高性能梳齿刀 比滚 插刀获得容易 如采用粉末冶金高速钢 整体硬质合 金和机夹刀片及表面强化处理等材料和方法制造的梳 齿刀品质好 可进一步减少重磨和提高生产率 更能稳 定地获得较高的加工精度 S o lid Wo r k s三维特征造型 和数控线切割及正弦规夹具的 C A D C A M快速一次成 形技术 l 9 J 使梳齿刀的设计 简约化 制造便捷化 设计 和制造精度及响应速度大大提高 可获得很高的精度 利用此技术结合切齿工作循环方式和 双层双刀 结 构 可设计制造出符合切 削图形 的 便于断 排屑的高 效 先进 刀具 2 5 3 刀具使用寿命和重磨 梳齿刀的厚度可做很大 无论刃磨程度如何 都能保持其原有精度 每次刃磨去掉 的材料 比滚刀要 少 所 以允许的刃磨次数很多 因在刀背面加了一块钢 I I j u 0 平身 u 删 垫 以增加刀具 的刚度和强度 故梳齿刀刃磨到很薄时 还可 以继续使用 但插齿刀须考虑其理论有效厚度和 刀具变位系数 磨齿工艺及 刀齿强度等 的影响 滚刀 为保证齿形精度和刀齿强度 刃磨后还有必要 的精度 检验项 目 通过加大 圆周进给量 可减少刀具最大磨 损处切出刃顶端的磨损 提高梳 插 刀的使用寿命 滚 齿则不行 用高速钢滚刀切齿 时 切削的轨迹长度 对刀具的寿命影 响很大 对 硬质合金滚 刀来说 刀 具承受载荷的循环次数 对刀具 的寿命有很 大的影 响 而梳 插齿 的 和 都远 比滚齿 时小 得多 因 此 在寿命方面梳 插齿刀优于滚刀 三者重磨都是磨 前刀面 而梳齿是平磨前刀面 故重磨精度最高和费用 最低 梳齿机配有 WS型梳齿开刃机 在切齿现场可 根据材质和经验等 可在平直前刀面很方便刃磨 出优 化 的诸切削角度 j 以适应 不同工况 的要求 这一点 很重要 但滚 插齿则较难实现 2 5 4 刀具延伸创新 梳齿刀侧边 定位端的工艺性错位 特别是在 双 面双刀 加工作业 下 既能提 高工效更 能方 便地获得 交错齿齿轮 另外 梳齿是切向走刀方式 各刀齿磨损 均匀 耐用度高 从而能提高切 削用量和生产率 甚至 单齿刀也能加 工 图 3所示 的可调齿厚组合 式单齿 刀 就是利用这个特性 同一刀具来加工不 同齿形 角 不同模数 不同齿高的非标直 斜齿轮及单件生产 解决没有对应刀具无法加工单件 非标齿轮的瓶颈 滚 刀在切削过程 中沿滚刀长度方 向上磨损是不均匀的 因滚刀结构的原因 如容屑槽 改善切削环境或条件 如刃 口强化工艺 比梳齿 困难 而梳齿刀 和刀夹具 有结构简单 刚度好及刃磨方便 的优势 延伸创新 如 双层双刀 和分屑槽结构 比滚 插齿刀方便 图3 可调齿 厚组合 式单齿 刀结构示意 图 通过上述 4个方面论述可知 梳齿刀结构最简单 和精度最高 改善切 削条件或环境容易 延伸创新 易 高性能 高精度 异形齿廓梳齿刀 比滚 插刀获得容易 刃磨方便并可优化切削角度 刚度好 费用低 其次是 插齿刀 滚刀结构最复杂 插 滚刀有原理误差 工序多 T e C h n o l 0I g y a n d T e s f 工艺与检测 制造误差也多 安装调整误差多 使用寿命短 成本高 刃磨不方便 刀具设计 制造 重磨 安装调整误差 由 小到大依次为梳 插 滚齿 2 6 加工斜或大变位齿轮对专用工具的依赖程度 对于滚齿 无需专用刀具及附件 但加工某一旋向 较大螺旋角会受到倾斜刀架 主动端与工作 台的制约 对于梳齿 因直齿刀可加工直齿轮和螺旋角很大且不 同旋 向的斜齿轮 所以在大多情况下无需专用刀具及 附件 J 只有当加工无或窄空刀槽人字齿轮和多联斜 齿轮时仅需专用刀具 即右斜刀加工左旋齿 左斜刀反 之 对 于 插 齿 要 专 用 刀 具 和 相 应 的主 轴 螺 旋 导 轨 J 并且外 齿轮 右斜刀 配右旋 螺旋导 轨加工 左旋 齿 左斜刀反之 当加工 内齿轮时 则反之 另外 对于 具体工件插齿时 还要校核插齿刀是否适用 同时还 要考虑滚 插齿刀具旋 向和齿 轮变位对加工的不利影 响 滚切大变位和多齿数齿轮 1 时 要修正安装角和 校核滚刀切刃长度 若长度不足 需订制费用昂贵的加 长标准滚刀或对应 的非标滚刀 由梳齿的加工原理可 知 刀具不存在切 刃长度不足和修正安装角的问题 2 7 加工工作循环的切齿方式 为提高生产率和质量及拓展加工范 围 J 马格梳 齿机上有一个控制圆盘 通过调整 圆盘的 3个位置及 挡块在 圆盘上的 5种位置 可以得到许多种不同工作 循环的切齿方式 如单分齿 多分齿 切人进刀循环等 调整简便省时 以适应单件 非标 大模数 少齿数 硬 齿面 粗 精加工 批量生产等 在单件和非标生产时 还可用单齿刀进行单分齿切削 采用减荷 法加工大模 数少齿数齿轮 此时加工模数 可为多齿刀的最大模数 的 2 3倍左右 最少齿数可为 2 当加工 大模数 的齿 轮时 通常须经多次走刀方能切至全齿深 为减少走刀 次数 1 次走 刀就能切至全齿深 可采用如图 2所示的 一 种高效粗精加工复合刀具 齿形虚线部分 其齿 数可根据本应走刀的次数决定 如本应走刀 1次 可用 三齿刀具 第 1 2 3齿分别 承担第一 二 三次走刀的 切削任务 亦 即刀齿的齿高和齿厚逐齿增大 最后 1个 第 3 刀齿几何参数则按终加工要求设计 同理 当粗 加工时 齿形实线部分 刀齿 的齿高和齿厚分别是逐 齿增高和减薄的一种高效粗加工刀具 滚 插齿机则 无法实现此功能 2 8 传动链 副 误差和动刚度问题 动刚度差易引起振动 干扰和破坏工 艺系统正常 运动的稳定性 使加工表面出现波纹 从而降低 了加工 精度和齿面质量 限制了生产率的提高 机床和刀具 的 性能得不到充分发挥等 1 03 工艺与检测T e c h n 0 l o g y a n d 第一 因梳齿过程中展成机构停止动作即工件呈 静止状态 因此 比工件连续转动的滚 插 齿工艺方案 来说 机床工作台部分的刚度最好 第二 梳齿刀的厚 度可做很大 且在刀背面加 了 1 块钢垫 以增加刀具 的 刚度和强度 插齿刀的厚度则受有效厚度 和磨齿工艺 条件等限制 滚刀刀齿强度也受直径和容屑槽数 目及 大小形状等 限制 因此对刀具来说梳 齿刀刚度最好 第三 梳齿刀是用小斜角大平面楔块锁 紧的无 间隙联 接 滚 插齿刀是与心轴有间隙联接 受心轴和支承端 刚度及轴承等旋转件间隙的影 响 特别是插齿刀是单 支承悬臂安装形式 因此对刀具夹 紧和联接方式来 说 梳齿刀刚度和可靠性最好 第 四 梳齿的往复运动 和滚齿的轴向运动是沿矩形或山形导轨的平面作直线 运动 插齿是沿圆柱面导轨作直线往复运 动 从刀具 移动导轨形式来说 梳齿刚度最好且无爬行 第五 刀 具旋向问题 滚斜齿时 滚刀旋向应与工件旋向相 同 称同向切削 这时的安装角小且作用于轮坯切削 力 的分力作用方 向与轮坯 的旋转方 向相反 使驱动工 作 台的蜗杆副的齿面以及其他驱动接触 面贴 紧 消除 间隙 切削条件好 切削稳定能保证齿面粗糙度 而异 向切削时 则反之 同理 插削斜齿齿轮时因多了 1 个 刀具蜗轮副不能消除间隙 切削不稳定 对齿面有挤摩 现象 梳齿则没有此限制 第六 形成螺旋面 滚齿是 用差动传动链 而插齿是用主轴螺旋导轨得到的 梳齿 无此两种运动的误差 第七 滚 插齿有刀具旋转与工 件相应 回转的展成运动传动链 这样就有滚 插齿刀的 旋转运动 故有传动链和轴承等旋转件间隙的影响 梳 齿刀无此旋转运 动 故梳齿刀运 动刚度最高 传动链 副 误差 最小 第八 滚齿独有 的轴 向进 给传 动链 由于低速运动易产生爬行现象 影响加工精度 和齿面 粗糙度 第九 梳齿机摆动刀夹重量极轻 相 比其他形 式让刀机构运动惯量小 基本不产生振动 第十 刀具 切人 切出的冲击和惯性力 滚齿基本无上述力 的影 响 但梳齿由于 机床一刀具 工艺 系统 的刚度好 足 够克服上述力造成 的不利影响 从以上论述可知 梳齿机传动链最少 和传动副运 动间隙最小 故传动运动误差最小 动刚度最高 2 9机床 问题 马格梳齿机结构上 的优点 是 在 带有梳齿刀的 滑台向下运动进行切削时 工作台既不旋转也不移动 而呈静止状态 所 以刚度好 当滑台向上运动处于退 刀 齿条由让刀机构使刀具脱离与工件 的接触 这时工 作 台旋转同时横向移动构成展成运动 这与滚齿机和 插齿机在切削时展成运动仍 在同时进行是不同的 有 以下几个优点 1 切削运动与展成运动分开进行 使 展成运动的传动机构 蜗轮副等 不承受切削力 因之 磨损小 使机床可 以长期保持精度 2 由于切削时 齿轮的位置不受展成运动机构 的弹性 变形 的影响 使 梳齿精度 比插 滚齿都要高 3 刀具在切削时不受 展成运动力 刀具和加工齿面没有挤摩现象 提高了刀 具寿命和齿面质量 梳齿机上有一个控制圆盘 通过 简单调整可 以得到许 多种不 同工作循环 的切齿方式 调整简便省时 梳齿机性能上的优势 是 马格梳齿机可用附件 加工直或斜齿 内齿轮和齿条 利用靠模加工各种鼓形 齿 所以梳齿机可实施梳齿和插齿两种工艺 森德兰 德梳齿机用 双面双刀 工艺方式加工无空刀槽人字 齿 轮 2 1 O 浅谈 机床结构比较复杂 的问题 梳齿 的工作原理与插齿类似 梳齿加 工特点和插 齿机 大致相同 都是以展成法进行切削 从 2 8节知 梳齿与 滚 插 齿相 比少 了一个形 成螺旋线 的传 动链 副 的基本运 动 对 于公 英制 齿轮 为避免齿距 误 差 展成运动分别设置有公英制丝杆及对应交换齿轮 简化交换齿轮比的计算 从而保证了展成传动链精度 从 2 7节知 梳齿机具有梳齿和插齿 两种工艺和 1 个 控制 圆盘实现许多种不 同工作循环的切齿方式 还有 在带有梳齿刀 的滑 台向下运动进行切削时 工作 台既 不旋转也不移动而呈静止状态 圆 方工作台不可能处 于 游动 状态和方工作 台返程重复定位精度 圆工作 台间歇分度和反向机构的重复定位精度 必有快速锁 紧定位和误差校正装置或辅助运动 以消除间隙和误 差等 以提高机床刚度和展成运动精度 梳齿机全部采 用机械传动 凸轮杠杆等控制 提高 了工作的可靠性 所 以单从零部件多来是说 是属于结构较 复杂 但从 性价 比 来说是结构简单 2 1 l浅谈 梳齿 效率 低 的 问题 第一 表 象 上 南 2 4节 知 加 工 时 有 空 行 程 生产 率要低 第 二 理论上 国内梳齿工艺 则没有得到应有发展 主要表现在 对梳齿工艺的 研究全面落后 据现有资料所知 有关梳齿工艺的技术 标准 国标 行标 尚未制定 现行资料上引述的都是 相当于前苏联 的 1 9 4 8年版 的标 准 这显然是 太陈 旧 了 按前苏联标准刀具设计前角在工况条件下为 0 切削条件不好 切 削效率 比前 角 0 时低 按马 格设计时前角在工况条件下则 为 6 5 卢 南 2 5节知 过去设计按 卢 设计基础理论出现 问题 造成刀具不好用 另一瓶颈是因缺乏理论指导 刀具刃 ZU U l0 I 磨不好 特别是斜齿梳齿刀 的锐边侧 和钝边侧 的前角 刃磨 上述因刀具设计理念 论 和刃磨 问题造 成刀 具不好用 引起切削效率和产品质量不高 第三 实际 应用上 由于国内梳齿机少 充分掌握或熟练操作人员 不多 使用说明书和传动系统图内容不够详细 未能充 分发挥其特点和性能 另外 因缺少互动交流 不少刀 具设计者不懂梳齿工作循环的切齿方式 故难 以发挥 刀具与切齿循环方式匹配的优势 从 以上论述不难理 解会产生梳齿工艺切削效率低的误解 通过 以上多方面的论述 梳齿工艺技术经济效益 明显优于滚 插齿 特别适用于精度不是特别高的最终 加工 当模数较大或材料硬度较高时 梳齿 的效率明显 高于滚 插齿 从而清楚地认识到梳 滚 插齿是圆柱 齿轮加工 3大主流工艺 滚齿是 目前应用最广泛 的切 齿方法 插齿是一种广为采用 的切齿方法 而梳齿机是 切齿机中万能性最好 最经济 刀具最简单 设计制造 刃磨检测最方便 刚度和精度最高的切齿机床 综上所述 梳齿工艺的主要技术优势是 1 梳齿 不存在滚 插 齿 中的原理 误差 展成 和 刀 具及 螺旋 线 梳齿刀和刀夹简单 刚度好及 优化刃磨方便 直 线齿条型梳齿刀设计制造更简捷提高精度容易 高性 能 高精度 异形齿廓梳齿刀 比滚 插刀获得容易 并有 较高的耐用度和使用寿命且费用低 2 梳齿切削过 程 中展成机构停止动作工件 即呈静止状态 因此 机 床一刀具 工艺系统 的刚度较好 且梳齿机是切齿机 中精度最高的 特适合于较大模数或硬齿面的最终精 加工 并有较高的精度和生产率 3 特殊要求的复 合齿廓 的齿轮获得容易 加工硬度较高的大模数 大 传动 比 大变位 多齿数宽齿面 的大型齿轮副 能获得 较高的精度和生产率 4 可通过调整机床来获得包 络线数 以提高齿形精度 且无齿面波度和齿 向误差 的 原理误差 5 刀具冲程速度与进给量可独立选择且 均可优选 以