龐雄南

摘 要：螺旋齒輪作為機械傳動的重要零件，在整個機械行業(yè)中有著非常廣泛的應用。該文主要對螺旋齒輪的加工方法及加工工藝流程加以闡述，并對螺旋齒輪的精密加工工藝加以研究。

關鍵詞：螺旋齒輪；加工工藝；精密加工

中圖分類號：TG61 文獻標志碼：A

0 前言

螺旋齒輪是“螺旋齒圓柱齒輪”的簡稱。螺旋齒輪的齒線為圓柱螺旋線，齒面結線為曲線，用于傳遞既不平行又不相交的定傳動比的兩軸運動，其優(yōu)點具有齒輪重疊系數(shù)大、占用空間小、傳動性平穩(wěn)、承載能力強、能耗低、噪聲小等，廣泛應用于航天、汽車、大型機械等工業(yè)領域，因此螺旋齒輪是現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的傳動零件。

1 螺旋齒輪的加工方法

1.1 統(tǒng)一刀盤法

為了使萬能機床適應小批量生產(chǎn)，簡化弧齒錐齒輪副的加工方法，提出了統(tǒng)一刀盤法，其最大優(yōu)點是在加工齒輪時，將刀盤傾斜保證齒輪的剛性，且在刀盤傾斜過程中保持刀盤中心不變，操作簡單。這種方法只適合生產(chǎn)小批量的弧齒錐齒輪、準雙曲面齒輪副和零度齒錐齒輪，不能大批量生產(chǎn)高效精準的螺旋齒輪。

1.2 硬齒面研齒

硬齒面研齒法是傳統(tǒng)的工藝方法，能有效降低齒面的粗糙度，修正齒形與齒向誤差，使齒面咬合良好，生產(chǎn)效率高，但控制由于熱處理引起的徑向跳動、齒形誤差、周節(jié)誤差等，硬齒面研齒法效果不是很好。在研齒過程中，由于兩齒之間處于自由擬合狀態(tài)，很難保證整個齒面滾動量的均勻性，齒根和齒頂部分相對滾動量較大，而齒節(jié)圓處的滾動量較小，在長時間研齒過程中，會降低齒型質量。為保證研齒后的齒面質量，在研齒過程中要自動循環(huán)變化齒輪間的安裝距離、偏置距離和軸間角。

1.3 硬齒面磨齒

硬齒面磨齒從原理上可分為展成法和成形法。展成法是刀具在切屑過程中與齒輪做相對展成運動，刀具與齒輪的瞬時速度相等的軌跡做純滾動，兩者間保持一定的速度比，刀具在這種運動中加工出螺旋齒輪的包絡面。成形法是綜合利用CAD技術、數(shù)控技術、材料技術等，實現(xiàn)從數(shù)模到制造一體化的技術，隨著數(shù)控機床的普及，成形法硬齒面磨齒機得到廣泛應用。由于螺旋齒輪主動輪的每個齒槽截面的結構是不同的，因其結構的特殊性，必須采用展成法磨齒。

2 螺旋齒輪加工工藝流程

2.1 螺旋齒輪的粗加工

粗加工是為了除去毛坯件中的加工余量，為后續(xù)的半精加工做準備。粗加工的主要方法有截面線法、層切法、等距切屑法和鉆孔法等，層切法是將刀具運動軌跡控制在二維平面內(nèi)，控制程序少，便于優(yōu)化刀具運動軌跡，不易出現(xiàn)空刀現(xiàn)象，因此這種方法應用廣泛。在滾齒加工確定齒輪分度圓厚度時，一般應控制磨齒單邊余量在0.2 mm以內(nèi)，此外對滾齒的跳動量要加以限制，避免因齒面的滲層不均減小齒輪的耐磨性。

2.2 螺旋齒輪的熱處理

齒輪在粗加工后，為了提高齒輪的心部綜合機械性能，一般要進行熱處理，如淬火、氮化、滲碳等，以滿足齒輪的使用要求。在熱處理過程中，齒輪會受溫度的影響熱脹冷縮，產(chǎn)生的熱應力和組織應力會導致齒輪齒面變形，因此在熱處理前要預留加工余量。

齒輪在熱處理過程中，由于淬火溫度高，冷卻時間短，會導致齒輪表面和心部溫差較大，內(nèi)部組織應力和熱力增加，使齒輪產(chǎn)生變形。熱處理時應對齒輪均勻加熱，采用分段加熱或將升溫控制在150 ℃/h～200 ℃/h，降低齒輪表面和齒輪心部的溫差，最大限度地減小熱應力和組織應力對齒輪的影響，有效控制齒輪變形量。此外應充分回火，消除熱處理應力。

熱處理滲碳過程中，應控制好滲層厚度，通常滲碳控制在1.0 %C～1.2 % C，避免在半精加工中齒面產(chǎn)生起皮脫落現(xiàn)象。滲碳在空冷時，要將齒輪進行風冷處理，加快冷速過程，消除網(wǎng)狀碳化物和鐵素體組織。

2.3 螺旋齒輪的半精加工

螺旋齒輪的半精加工主要是去除熱加工過程中產(chǎn)生的組織應力和齒面、底面余量，為齒輪表面精加工做準備。齒輪齒面屬于復雜曲面，采用球頭刀具對齒槽中2個齒面進行輪廓切屑。由于主動輪采用成形法進行加工，齒輪的齒面為直紋面，為避免出現(xiàn)切屑干涉區(qū)域，應事先調(diào)整好刀具軸向方向及刀具的大小，為減小切屑量，半精加工時選擇直徑較小的刀具。

在大批量生產(chǎn)中，為了保證齒輪的生產(chǎn)質量，半精加工前按齒輪的大小、側面間隙、接觸位置用測量機進行分類，根據(jù)檢查情況對齒輪進行分類調(diào)整，根據(jù)具體情況修正研磨機加工方法；這種方法還可以檢測齒面是否存在缺陷，如果一對齒輪副中有一個齒輪存在缺陷，在研磨過程中也會影響相鄰的齒輪面，齒輪副在運動的過程中還會影響機床的加工，造成機床夾具損壞。齒輪副研磨后主要存在干涉缺陷，發(fā)生在齒頂、齒根部，通常表現(xiàn)為頂根接觸、過長接觸、對角接觸等，只要熟練掌握齒輪工藝原理，控制好制動負載、研磨時間、調(diào)整機床側隙，研齒缺陷都能得到很好的控制。

2.4 螺旋齒輪的精加工

螺旋齒輪的精加工的目的是滿足設計圖紙要求，提高齒輪精度，平滑齒輪表面。研齒加工是螺旋齒輪精加工的可靠方法，加工齒輪的硬齒面，消除齒面的殘余應力和熱處理變形，提高齒輪精度，保證研齒接觸區(qū)域達到設計要求。研齒循環(huán)中的間隙變化量一定要小于半精加工，以防研齒時側間隙量太小。如果在研齒過程中，一對齒輪副中的主動輪或從動輪報廢了，完好的齒輪可以正常與新的齒輪進行研磨，雖然可以研磨成一副新齒輪，但仍需與一副未研磨過的主動輪或從動輪進行匹配。

3 螺旋齒輪精密加工工藝

3.1 范成法精密加工方法

范成法精密加工時刀具的安裝角度大小和方向根據(jù)齒輪螺旋角的變化規(guī)律發(fā)生周期性變化，應用范圍廣泛，加工精度高，表面精度良好。在精密加工過程中，刀具相對于被加工工件做螺旋齒輪擬合運動，滾刀安裝角度的變化與螺旋齒輪螺旋角成線性關系。調(diào)整機床時，被加工齒輪的節(jié)面與平面齒輪的節(jié)面應做純滾動運動，滾刀安裝角的變化規(guī)律、螺旋齒輪的漸開線齒廓按被加工齒輪螺旋角的變化規(guī)律變化，螺旋齒輪的螺旋角度大小和方向按設計要求發(fā)生周期性變化，實現(xiàn)螺旋齒輪的精密加工。由于滾齒的原理是滾刀與螺旋齒輪產(chǎn)生共軛運動關系，因此滾刀的安裝角度必須與螺旋齒輪的螺旋線重合。對于變螺旋齒輪每個齒的螺旋角都不相同，必須保證滾刀的一端球角固定，另一端根據(jù)螺旋角變化規(guī)律擺動滾刀。

3.2 螺旋齒輪數(shù)控精密加工方法

數(shù)控精密加工是機床可進行三軸聯(lián)動，按聯(lián)動軸的數(shù)目不同，三軸可同時控制，完成螺旋齒輪的精密加工。由于螺旋齒輪的角度是規(guī)律變化的，刀具與工件按相應規(guī)律做相對擺動運動，聯(lián)動軸數(shù)越多，加工齒面形狀越復雜，加工精度越高。數(shù)控機床的刀具固定在Z軸，只能沿Z軸做上下運動，因此選擇夾具做擺動運動，為控制精度保證各軸間的同軸度，夾具只能研X軸和Y軸運動。在加工過程中，由于每個齒的螺旋角引起導程值不同，必須通過控制程序控制刀具按照螺旋角的變化規(guī)律進行走刀，實現(xiàn)螺旋齒輪的精密加工。

4 結論

該文介紹了幾種螺旋齒輪的加工方法，圍繞螺旋齒輪加工工藝，論述了加工工藝流程，依據(jù)螺旋齒輪加工原理，保證刀具與齒輪的螺旋角度成線性變化，并針對范成法和數(shù)控精密加工方法提出相關工藝措施，對螺旋齒輪的加工提供了理論指導。

參考文獻

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