【摘要】弧齒錐齒的加工方法已經(jīng)很成熟了，但小模數(shù)弧錐齒有其一定的特點，受磨齒的限制，需得到較高的加工精度顯得比較困難。本文就目前成熟的加工方法中，尋求一種最適合的加工工藝，使小模數(shù)弧錐齒輪在精密傳動領(lǐng)域發(fā)揮更好的作用。

【關(guān)鍵詞】小模數(shù)；弧錐齒；硬切

引言：隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，小模數(shù)弧錐齒運用越來越廣泛，其主要用于直角90度傳動，如準雙曲面減速器、直角精密行星減速器、機器人手臂等。如何制造出精度高、壽命長、傳動噪音小的精密小模數(shù)弧錐齒輪成了每個制造者所探尋的目標。機床、刀具、齒輪設(shè)計理論、加工調(diào)整、材料、熱處理技術(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)都起了決定性因素。

一、切齒方法及原理

以格里森弧錐齒輪為例，有三種基本的切齒加工方法：單面法、雙面法和固定安裝法。

單面法即在一次調(diào)整安裝下，用單面刀盤切削一個齒面，而另一個齒面在另一次調(diào)整安裝下切出。雙面法則是齒輪的兩個面在一次調(diào)整安裝下，由一把雙面刀盤一次切出。適用于小模數(shù)弧錐齒輪。固定安裝法是齒輪的粗切、凹面精切和凸面精切，分別由三臺機床和三把刀具分別加工完成。

切齒加工方法受機床的限制，一種切齒方法只能在一種或幾種機床上使用，但自從坐標式數(shù)控銑齒機床面市以來，切齒方法有了很大的突破，這種機床結(jié)構(gòu)將機床坐標軸的相互聯(lián)動，模擬成搖臺的動作，每個軸都有伺服系統(tǒng)控制，調(diào)整方便，特別適用于小模數(shù)弧錐齒加工。

在精密控制傳動領(lǐng)域，當齒面需要有足夠硬度時，熱處理后需要磨齒才能達到要求，但是模數(shù)小于1.25時，因砂輪過薄無法磨齒，目前只能熱后對研來替代磨齒，顯然這個工藝無法滿足精密控制傳動場合。

二、加工機床及刀具

美國格里森公司推出的鳳凰弧齒銑齒機，奠定了該公司在弧齒錐齒領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊地位。1989年，格里森公司推出了六軸五聯(lián)動數(shù)控銑齒機，拉開了弧錐齒輪加工裝備數(shù)控化的序幕。1997年德國克里根貝格公司推出了能干切的銑齒機，弧齒行業(yè)進入了發(fā)展高潮。但是，這兩家公司都著眼于汽車車橋用弧錐齒，包括其他許多機床廠家都沒重視開發(fā)小模數(shù)弧錐齒專用銑齒機。

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，小模數(shù)弧錐齒運用越來越廣泛，其主要用于直角90度傳動，如準雙曲面減速器、直角精密行星減速器、機器人手臂等。

銑齒機床決定了齒制和銑齒方法，目前有兩種主流齒制：格里森的圓弧收縮齒和克里根貝格的擺線等高齒。相對而言，擺線等高齒有獨特的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點：

擺線等高齒加工工序少，對于小模數(shù)弧錐齒輪大輪采用兩面法連續(xù)分度加工，加工效率比圓弧收縮齒的間隙分度要高。

擺線等高齒齒面接觸區(qū)調(diào)整簡便。圓弧收縮齒是在理論不共軛的基礎(chǔ)上用局部共軛法加工的，接觸區(qū)不好調(diào)整，得到理想的接觸區(qū)很難。而擺線等高齒是在理論共軛的基礎(chǔ)上修正的，即便是凹凸面采用一刀切出，接觸區(qū)要比圓弧收縮齒好調(diào)整。

擺線等高齒比圓弧收縮齒更適合干切。能否干切取決于切削速度，通常，濕切的線速度為50～60m/min，而干切的線速度至少200m/min以上，所以擺線等高齒在連續(xù)分度切削時更容易得到高度線速度，比較適合干切。干切的優(yōu)點是：效率高、齒輪精度好、齒面粗糙度好、可采用硬質(zhì)合金銑刀壽命長、綠色環(huán)保。

奧利康和克里根貝格公司重組后，推出的干切技術(shù)，把擺線等高齒的優(yōu)越性充分的展現(xiàn)出來。但是，在國內(nèi)推廣擺線等高齒干切技術(shù)還存在很大困難，主要制約因素是刀盤加工精度過高，難以滿足要求，特別是小模數(shù)銑刀，由于刀盤直徑較小，導(dǎo)致多組刀刃無法刃磨加工。我們大膽的設(shè)想下，如果利用基體刀盤，采用舍棄式安裝刀頭的方式來設(shè)計銑刀盤，可以解決無法刃磨的問題，但基體刀盤和舍棄式刀片的加工精度要求很高，目前還不清楚國內(nèi)的刀具制造廠家是否能達到要求。

針對國內(nèi)市場，天津第一機床廠、天津精誠機床廠都開發(fā)了小模數(shù)銑齒機。

三、加工工藝

按照弧錐齒的齒面硬度，分軟齒面、中硬齒面、硬齒面。目前硬齒面應(yīng)用最多，在機床和刀具條件允許的情況下，硬齒面切削或硬齒面二次刮削是提高小模數(shù)弧錐齒精度的最好方法，但國內(nèi)同行很少采用此工藝，說明我們的機床和刀具都還存在瓶頸。硬齒面切削行不通，只能采用精切后熱處理，所以，熱處理的變形量是決定齒輪精度的關(guān)鍵。主要的熱處理方式有兩種：滲碳（碳氮共滲）和真空離子氮化。理論上，真空離子氮化的變形量較小，以下是該工藝的具體驗證。

1、材料的選擇

選用氮化鋼，如42CrMo、38CrMoAL等。

2、毛坯的加工

需要保證的尺寸有：

齒坯錐度必須與安裝孔一刀加工，確?；″F齒輪銑齒加工時的良好基準

齒輪安裝孔的內(nèi)孔精度等級達到5級

齒坯理論安裝距厚度公差在±0.005以內(nèi)，保證弧錐齒輪銑齒加工的一致性

齒坯軸向安裝厚度跳動控制在±0.005以內(nèi)

3、銑齒加工

①調(diào)整數(shù)據(jù)：

需要輸入的關(guān)鍵參數(shù)有全齒高、跳躍齒數(shù)、齒數(shù)、實際安裝距、垂直輪位、水平輪位、偏心角、搖臺角、滾比等等，以及根據(jù)機床夾具確定的芯軸長度、刀盤旋轉(zhuǎn)方向等；

②安裝刀盤

安裝根據(jù)齒輪參數(shù)定制的整體小弧刀，注意刀尖旋向是否與機床設(shè)定一致并設(shè)定轉(zhuǎn)速，具體需參考每種刀具材料和被切工件材料和機床剛性而定。

③調(diào)整內(nèi)錐角

內(nèi)錐角即切削工件的根錐角，確認內(nèi)錐角后，按計算好的數(shù)據(jù)進行調(diào)整并鎖緊

④安裝工件芯軸

緊固工件的芯軸，采用千分表找正方式，確保芯軸圓周跳動不大于0.005mm，安裝完齒坯跳動不大于0.01mm

⑤加工及調(diào)整

根據(jù)設(shè)定完的參數(shù)加工齒坯，保證有良好的接觸斑點

小輪凹面-大輪凸面 接觸跡線 小輪凸面-大輪凹面 接觸跡線

4、真空氮化

要求氮化處理HV650±30，深度0.4±0.1氮化時為了減少變形量，將內(nèi)孔進行屏蔽

屏蔽工裝可以如下圖

經(jīng)檢測氮化前氮化后內(nèi)孔變形量為：

5、配對跑合

氮化完成后針對氮化后的齒輪進行配對跑合，從齒面接觸斑點看，其位置與氮化前無明顯變化，說明齒面氮化變形量不大。

四：結(jié)束語

精切后熱處理是目前最廣泛的加工工藝，但小模數(shù)弧錐齒輪硬齒面加工是發(fā)展趨勢，目前尚需解決的是切削機床剛性和切削刀具壽命問題，國內(nèi)的機床廠和刀具廠都在著手解決硬切帶來的問題，相信該工藝很快有所突破，為齒輪制造商帶來福音。