小模數(shù)齒輪精加工的剃齒工藝
2010/4/7 15:24:06
航空發(fā)動機的小模數(shù)齒輪精度高、剛性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前，我國仍延用傳統(tǒng)的精插齒工藝。加工中，受插齒刀的精度、刃磨前角誤差以及刀刃鋒利程度的影響，致使調(diào)整、加工難度較大，生產(chǎn)效率低。而剃齒工藝恰好克服和彌補了精插齒工藝的不足。
剃齒工藝是由美國耐森納爾·波洛奇公司發(fā)展起來的。它是齒輪精加工方法之一，通常只能剃削硬度值HRC35以下的齒輪。目前日本超高速鋼材料剃刀可剃削硬度值HRC50以上的齒輪；我國試驗用高速鋼5F6和M42材料剃刀可剃削硬度值為HRC40～50的齒輪。剃齒機床與磨齒機床相比結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，能修正滾齒或插齒形成的部分誤差，加工精度可達6～7級，甚至可達到5級，表面粗糙度Ra可達0.2μm。因此，剃齒工藝在齒輪精加工中被廣泛應(yīng)用。
1剃齒工藝原理
一個直齒圓柱齒輪和一個螺旋齒圓柱齒輪相嚙合，它們的回轉(zhuǎn)軸線自然地構(gòu)成夾角ψ。如果將螺旋齒輪看成加工刀具(剃齒刀)，直齒圓柱齒輪就是被加工的齒輪。在剃齒刀主動旋轉(zhuǎn)，工件被動旋轉(zhuǎn)的情況下，剃齒刀的圓周運動速度可以分解為兩個分速度向量(見圖1)，分速度vz垂直于齒輪工件的軸線，分速度v滑則與工件的齒向方向平行。前者帶動工件旋轉(zhuǎn)，后者使兩齒面產(chǎn)生滑移。剃削的切削作用主要是由齒向方向的滑動運動產(chǎn)生的。當(dāng)剃齒刀與齒輪作無間隙嚙合時，剃齒刀刀刃在v滑的作用下，將工件齒面切下一層厚度約為0.01～0.05mm的極薄切屑。這完全是應(yīng)用了螺旋齒輪副嚙合的傳動原理。
2小模數(shù)齒輪剃齒工藝
輪坯是影響剃齒加工質(zhì)量的關(guān)鍵，小模數(shù)齒輪更是如此。因此，編制小模數(shù)齒輪剃齒工藝時應(yīng)嚴格控制輪坯精度，加工基準更應(yīng)有足夠的精度。盤類或軸類工件用軸或孔定位時應(yīng)盡量減小配合間隙，提高同軸度要求。一般配合間隙應(yīng)為0.005mm左右，同軸度應(yīng)控制在0.002～0.003mm內(nèi)。這樣既可減少重復(fù)裝夾對加工誤差的影響，也可防止計量時因基準誤差的影造成對工件的誤判。
剃齒刀的齒頂強度低，而切削速度高。在剃齒過程中，剃齒刀齒項始終處于大工作負荷的不利狀態(tài)，因此，剃前齒坯的齒形應(yīng)盡量使剃齒刀刀頂少參與工作。當(dāng)用標準漸開線剃刀剃齒時應(yīng)考慮剃齒中產(chǎn)生的中凹現(xiàn)象。航空發(fā)動機的小模數(shù)齒輪一般都采用專用剃前插刀使剃前余量分布較為合理；在沒有專用剃前刀具時亦可將標準或?qū)Ｓ镁宓痘驖L刀前角適當(dāng)加大，使刀具齒形角變小，加工出的齒形頂寬根細，這樣可降低剃齒刀齒頂?shù)墓ぷ髫摵伞?/P>
根據(jù)螺旋齒輪副嚙合傳動原理，只要法向基節(jié)相等，剃齒刀即可任意選用。但在實際剃削過程中，經(jīng)常會遇到因剃齒刀選擇不當(dāng)而影響加工質(zhì)量的問題。因此，對初選的剃齒刀必須進行校驗，其法向嚙合角誤差應(yīng)控制在±（2°～3°）內(nèi)；徑向間隙應(yīng)控制在0.2mm左右；剃齒刀超越量，即漸開線起始點應(yīng)低于工作起始點，一般超越量DP=(0.15～0.20)mm/2sinas為宜，式中as代表端面壓力角。
剃齒一般采用縱向剃齒法，剃齒余量不宜過大。若工件齒厚公差較大，剃前可加工至齒厚上偏差；否則剃前余量過大，會導(dǎo)致剃削時間過長，使某些原有精度下降。
剃齒要獲得較高精度，齒坯在剃前應(yīng)有較好的加工基礎(chǔ)，僅靠剃齒提高齒輪的所有精度是不可能的。一般剃前齒坯齒形精度略低于或接近要求精度的一級左右，否則因剃齒對切向誤差修正能力差，導(dǎo)致徑向誤差向切向誤差轉(zhuǎn)嫁而造成切向誤差增大。實際上，由于機床和工具的誤差以及工藝方面等因素的影響，若剃前齒坯精度不高則很難剃出高精度齒輪。
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