锥齿轮加工工艺

李益，杨坤，罗曦锥齿轮加工工艺目录引言直齿锥齿轮加工工艺螺旋锥齿轮加工工艺螺旋锥齿轮电化学光整加工工艺引言直齿锥齿轮加工工艺主要内容锥齿轮加工方法介绍数控机床加工锥齿轮CNC方法的优势锥齿轮加工方法介绍仿形铣削法展成铣齿法精密锻造法冷挤压法粉末冶金方法最常用伞齿刨按照不同行业和现有设备锥齿轮加工方法直齿锥齿轮数控加工条件直齿锥齿轮数控加工必要条件选择合适的数控机床引入合适的专用夹具选择合适的加工刀具直齿锥齿轮数控加工条件机床仅需提供直线往复运动机床参数化加工模数压力角可变机床操作方便价钱适中数控机床选择选用普通数控铣床直齿锥齿轮数控加工条件专用夹具设计直齿锥齿轮数控加工条件加工刀具选择刀具的选择原则是强度和加工效率，由于盘铣刀的加工效率和强度能满足加工要求，因此选择用盘铣刀。不同规格不同形状的齿轮加工刀具也不同数控铣削加工原理依然是利用范成法对齿形铣削成形展成运动原理展成运动时，两台电机根据要求联动，实现待加工齿轮的复合运动。分齿时，摇台电机不动，仅由工件头电机转动实现分齿。以下以加工一对啮合的锥齿轮，齿数为Z1,Z2为例讲解展成运动关系。展成运动时，两电机的转角关系为：加工齿数为Z1的锥齿轮时：加工齿数为Z2的齿轮时1212212zzz1212212zzz𝜃2=𝑧1𝑧12+𝑧22𝜃1𝜃2=𝑧2𝑧12+𝑧22𝜃1𝜃1和𝜃2分别为摇台和工件台的转角分齿运动时工件头转角分别为：加工齿数为Z1的齿轮时加工齿数为Z2的齿轮时𝜃2=360°𝑍1𝜃2=360°𝑍2展成加工过程数控铣削加工步骤第一步确定刀位轨迹的基本参数第二步刀具轨迹计算第三步刀具轨迹参数化第四步生成程序导入机床加工数控铣削加工步骤锥齿轮外形齿数端面模数齿面宽B压力角α刀盘直径节锥角刀轨参数确定数控铣削加工步骤刀轨计算由于刀轨是直接决定加工质量的高低，因此刀轨的正确与否十分重要O齿轮节锥顶点X齿轮轴线方向Y机床平面X-YZ由于被加工齿轮与盘铣刀之间的相对展成运动，产形齿轮的节锥面与被加工齿轮节锥面啮合作纯滚动，盘铣刀到面与被加工齿面时刻相切刀轴方向矢量其中α为压力角，ν=δ-90°,δ为节锥角，φ1φ2为每铣削一次被加工齿轮绕X和Y轴转动的角度，由齿轮啮合原理得出上式。ε为轴交角。确定铣刀,毛坯相对位置：在编写刀轨文件的过程中还需要控制刀具中心的位置该加工是从齿根处开始加工，之后铣削到齿顶。因此计算刀具中心轨迹坐标以节锥面为基准。现采用增大到半径的方式来实现使得刀具半径增大为R+1,2M，这样既没有改变刀具中心的轨迹又能够使得刀具与被加工齿轮完全啮合。每经转动一次后的刀具中心坐标刀具与节锥面相切时刀具中心坐标为：x=n1=X+R*sinα*cosβy=n2=Yz=n3=Z+R*cosα数控铣削加工步骤刀轨参数化获取刀位文件将文件分成相互独立的块为所有的块找出公共父类派生子类对象CNC加工伞齿轮的优势1、相比于伞齿刨：能加工锥角大于90度的伞齿轮；2、相对于五轴机床加工：操作简单，成本低。3、利用UG等CAM软件可以进行数控编程仿真，程序经后置处理可直接用于机床。4、通过计算机仿真可以减少试切次数，降低生产成本；5、参数化建模使得程序具有通用性。螺旋锥齿轮加工工艺2019/10/3螺旋锥齿轮加工在齿轮加工中弧齿锥齿轮的加工是比较复杂的，主要表现在切齿工序上。螺旋锥齿轮是成对设计、制造和使用的，所以大、小（主、从动）轮的加工工艺是同时考虑的。汽车、拖拉机等车辆中使用的弧齿锥齿轮大多采用格里森齿制。批量生产的切齿工序多采用“固定安装法”，并以大轮两齿面为基准，用调整小轮两齿面的加工参数去获得需要的接触区和啮合侧隙。2019/10/3螺旋锥齿轮直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮2019/10/3加工工艺路线制坯轮坯及安装连接部位的粗、精加工研齿安装连接部位的精加工热处理切齿磷化配对光整加工2019/10/3制坯（1）汽车、拖拉机等车辆中使用的弧齿锥齿轮毛坯绝大多数经模锻制成，材料为低碳合金钢。盘形大轮毛坯采用碾扩孔工艺、轴类小轮毛坯采用立锻工艺可以降低材料消耗。2019/10/3制坯（2）锻坯需经正火处理，以消除锻造应力、改善组织和获得良好的加工切削性能。采用等温正火处理更有利于后续渗碳淬火处理时产品的金相组织和变形的改善。正火后的硬度值一般规定为156~207HBS，合适的硬度值为160~190HBS，这样有利于降低切齿的齿面粗糙度和提高刀具的耐用度。（3）锻坯正火处理后应进行清理，以除去锻坯表面的氧化皮。可采用抛丸或酸洗处理。酸洗处理可能污染环境，应尽量避免采用。2019/10/3轮坯加工（1）轮坯加工可以采用多轴车床工序集中的方法，也可以采用普通车床和仿形车床用工序分散的方法。采用数控机床工序集中的方法更能保证轮坯精度。2019/10/3轮坯加工（2）轮坯加工主要控制面锥角、轮冠距和工艺定位面精度。面锥角和轮冠距决定了安装在切齿机床夹具上切齿后齿轮的齿深和齿顶高，它直接影响成对齿轮啮合时的底隙和接触区在齿面上的位置，所以面锥角和轮冠距尺寸的控制与圆柱齿轮齿顶圆尺寸控制要求是相似的。为防止轮齿小端可能产生的齿顶、齿根干涉，面锥角公差取+8′，轮冠距公差取-0.1~0.15mm。成批生产时，应用“标准齿坯”和齿坯检验仪对轮坯进行比较测量。为保证大轮的切齿安装定位要求，定位平面的平面度应≤0.03mm，粗糙度Ra≤1.6μm，并要求在一次装夹中同时加工定位圆孔和平面，保证圆孔尺寸精度、圆度及圆孔与平面的垂直度。需要注意的是，大平面上要加工齿轮安装螺钉孔。由于刀具等原因，在大平面螺钉孔口处可能留有飞边毛刺，所以在齿轮安装螺钉孔加工后再磨大平面是合理的。2019/10/3轮坯加工（3）其余安装连接部位尺寸如螺孔、螺钉通孔、花键、开口销孔、槽及小轮螺纹等，与其他机械零件的加工方法和要求相同。对热处理后不再加工的部位，应充分考虑其变形的冷热数据配合。2019/10/3切齿切齿工序是弧齿锥齿轮加工中最为重要的工序，尤其是作为轮齿部位最终加工工序时，因为后面没有磨齿工序修正。（1）弧齿切齿机床是一类专门的机床。按切削方式可分为“分齿切削法”（亦称面铣法）和“连续切削法”（亦称面滚法）。采用分齿切削法的机床有格里森No.116、No.26等，苏式525、528等及国产Y2250、Y2280、YH605等。采用连续切削法的机床有奥利康SM2等。采用六轴联动全数控的格里森凤凰系列切齿机和奥利康C系列切齿机均可以完成上述两种切削方式。2019/10/3切齿（2）成批生产中通常采用固定安装法。大轮可以采用展成法（滚切法）加工，也可以采用格里森No.607、No.609和Y2950等进行成型法加工。采用成型法加工可以获得较高的生产率，但条件是被加工齿轮副的传动比≥2.5时才能采用。小轮都是采用展成法加工。大轮采用成型法加工、小轮采用展成法加工时也称为半展成法。采用固定安装法加工大、小轮是一种工序分散的方法。成对弧齿锥齿轮同时连续加工时，需要粗切大轮、精切大轮、粗切小轮、精切小轮凹面、精切小轮凸面共5台切齿机。前3台采用双面刀盘，后两台采用单面刀盘，分别精切小轮凹凸面，可以更方便地调整和控制凹凸两面的接触区质量。2019/10/3切齿成对生产的弧齿锥齿轮应先加工大轮，再加工小轮。把在生产中调试完成并经热处理后验证，符合齿轮精度和接触区要求的产品留一对作为“样件大、小轮”。以它们来分别检验控制生产中的大、小轮是合理的做法。2019/10/3热处理要求（1）汽车、拖拉机等车辆中使用的弧齿锥齿轮材料为低碳合金钢，采用渗碳淬火热处理工艺，以达到轮齿表面硬而心部韧的性能要求。表面硬度为58~64HRC。齿根心部硬度为30~45HRC。有效硬化层深视齿轮模数大小而定。小轮有效硬化层深比大轮有效硬化层深增加0.1mm。小轮表面硬度比大轮表面硬度高1~2HRC。（2）热处理后齿轮会产生一些变形。在不同材料、齿轮结构及热处理方法和条件下，变形是不同的。在齿轮批量生产中，希望在材料、齿轮结构及热处理方法和条件相同时，热处理后齿轮的变形稳定，以便机加工切齿等工序进行冷热配合修正。必要时可将少量齿轮送热处理后进行接触区、花键尺寸、孔径、孔中心直径等的检验验证，根据变形情况再行修正。2019/10/3热处理要求（3）大轮的安装螺孔、小轮螺纹、卡簧槽等部位均应进行防渗处理。较大截面的采用渗碳淬火后磨成的螺纹部位可不防渗，但应进行退火处理，硬度应小于45HRC（或按图样要求），过渡区的硬度和尺寸应符合图样工艺要求。在螺孔内旋入防渗螺塞是个好办法，既能防止螺孔螺纹渗碳，又能减小变形。（4）大轮压淬时采用No.537、Y9050等淬火压床和专门的淬火压模，以达到齿轮允许的大平面的平面度和内孔的圆度及余量大小的要求。结构比较厚的齿轮可以考虑不压淬。小轮应进行校直，校直前应对两端中心孔进行研磨。较小齿轮要求中部轴承部位的跳动量≤0.03mm，较大齿轮要求中部轴承部位的跳动≤0.05mm。（5）齿面应力抛丸可以增加轮齿表面残留压应力，提高轮齿强度和使用寿命。应力抛丸机可以采用QZG-T200等，控制覆盖面≥98%，在控制区内，测阿尔门弧高值0.4~0.6mm。据资料介绍，齿面应力抛丸后可以提高疲劳强度20%~30%。2019/10/3安装连接部位的精加工（1）盘形大轮热处理后需要磨削定位内孔，达到图样尺寸精度和表面粗糙度要求。（2）小轮热处理后精磨前应对两端中心孔进行研磨，修整卡簧槽。轴颈、端面部位可采用斜置砂轮的端面外圆磨床MB1632、H234等加工。采用磷化后精磨轴颈、端面部位的应增加一道半精磨工序使之与研齿夹具定位研齿。奇数齿花键的外圆直径应测量换算后的弦长。磨螺纹工序后，为防止后续过程中磕碰，可以采用塑料保护套。2019/10/3研齿和磷化（1）研齿工序是不采用磨齿作为齿形加工手段的弧齿锥齿轮加工工艺中的必备工序之一。研齿可以改善啮合质量、降低齿面粗糙度和啮合噪声。不能指望完全用研齿来达到产品所要求的接触区质量，也不要因为接触区质量较好而不研齿。（2）磷化层的组织疏松贮油，有利于齿轮副在跑合期防止早期剧烈磨损，磷化后的齿轮美观、防腐。2019/10/3安装连接部位的精加工磨齿：（3）磨齿工艺以往多用于航空齿轮等精密锥齿轮的加工，近年来在车辆锥齿轮特别是高档豪华客车的锥齿轮上应用越来越多。采用磨齿工艺的齿轮精度高，啮合噪声小。由热处理变形等造成侧隙变动量大的产品只能采用磨齿方法修正。修磨时不一定要把全部齿面都磨光，只要能使接触区和侧隙变动量符合规定要求就行，磨齿后可再进行研光齿面。2019/10/3光整加工光整加工是为了提高齿面的精度，表面粗糙度等，是传动更加平稳。2019/10/3配对配对工序是锥齿轮制造过程中啮合质量的最终检验。用检验机，在安装条件下进行接触区、侧隙及侧隙变动量和啮合噪声的常规检验，使之成对出厂。螺旋锥齿轮电化学光整加工工艺目录背景螺旋锥齿轮电化学光整加工的主要难点螺旋锥齿轮电化学光整加工工艺螺旋锥齿轮电化学光整加工的应用效果3.1背景国外•寿命：10-15年•噪声：80dB•精度：5-6级•加工方法：电化学，电火花等•检测设备：自产•技术垄断：有国内•寿命：3-5年•噪声：90dB•精度：8-9级•加工方法：磨削，铣削等•检测设备：进口•技术垄断：无3.1.1制约传统加工方法的因素热处理的影响齿制的影响结构的影响为获得较好的耐磨性，延长使用寿命等，螺旋锥齿轮一般都要经过热处理使其获得高达HRC57~63的表面硬度，属于硬齿面范畴;同时，由于螺旋锥齿轮经过热处理后齿面变形较大，使螺旋锥齿轮所获得的原有机械加工精度普遍降低。因此，螺旋锥齿轮齿面的研齿工艺方法有其局限性，不仅表现为生产效率低，而且还难以弥补因热变形所丧失的机械加工精度。螺旋锥齿轮齿制上的差异，使螺旋锥齿轮齿面磨齿工艺的应用也受到一定的限制。例如，在上世纪九十年代之前的机械式铣齿时代，圆弧收缩齿制的螺旋锥齿轮可以用研齿和磨齿工艺方法进行热处理后的精加工，但摆线等高齿制的螺旋锥齿轮只能用研齿的工艺方法进