对于6级精度以上的齿轮,或者淬火后的硬齿面加工,往往需要在滚齿、插齿之后经热处理再进行精加工,常用的齿面精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。以下简述这三种加工方法原理及应用。
1.剃齿 剃齿是利用剃齿刀在专用剃齿机上对齿轮齿形进行精加工的一种方法,专门用来加工未经淬火(HRC35以下)的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达7~6级,齿面的Ra值可达0.8~0.4µm。剃齿在原理上属于展成法加工。剃齿刀的形状类似螺旋齿轮,齿形做得非常准确,在齿面上沿渐开线方向开有许多小沟槽以形成切削刃(见图1a)。当剃齿刀与被加工齿轮啮合运转时,剃齿刀齿面上的众多切削刃将从工件齿面上剃下细丝状的切屑,使齿形精度提高和齿面粗糙度值降低。
图1 剃齿刀和剃齿原理
剃齿加工时工件与刀具的运动形式见图1b。工件安装在心轴上,由剃齿刀带动旋转,由于剃齿刀刀齿是倾斜的(螺旋角为β),为使它能与工件正确啮合,必须使其轴线相对于工件轴线倾斜一个β角。剃齿时,剃齿刀在啮合点A的圆周速度υA可以分解为沿工件切向速度υAn和沿工件轴向速度υAt,υAn使工件旋转,υAt为齿面相对滑动速度,即剃齿速度。为了剃削工件的整个齿宽,工件应由工作台带动作往复直线运动。工作台每次往复行程终了时,剃齿刀沿工件径向作进给运动,使工件齿面每次被剃去一层约为0.007~0.03mm的金属。在剃削过程中,剃齿刀时而正转,剃削轮齿的一个侧面;时而反转,剃削轮齿的另一个侧面。
剃齿加工主要用于提高齿形精度和齿向精度,降低齿面粗糙度值。剃齿不能修正分齿误差。剃后齿轮精度可达7~6级,表面粗糙度Ra值为0.8~0.2µm. 剃齿主要用于成批和大量生产中精加工齿面未淬硬的直齿和斜齿圆柱齿轮。 2.磨齿磨齿是用砂轮在专用磨齿机上对已淬火齿轮进行精加工的一种方法。磨齿按加工原理可分为成形法和展成法两种。
(1)成形法磨齿 成形法磨齿和成形法铣齿的原理相同,砂轮截面形状修整成与被磨齿轮齿槽一致,磨齿时的工作状况与盘状铣刀铣齿工作状况相似,如图2所示。
图2 成形法磨齿
磨齿时的分度运动是不连续的,在磨完一个齿之后必须进行分度,再磨下一个齿,轮齿是逐个加工出来的。成形法磨齿由于砂轮一次就能磨削出整个渐开线齿面,故生产率高,但受砂轮修整精度和机床分度精度的影响,其加工精度较低(6~5级),在生产中应用较少。(2)展成法磨齿 是将砂轮的磨削部分修整成锥面(见图3b),以构成假想齿条的齿面。磨削时,砂轮作高速旋转运动(主运动),同时沿工件轴向作往复直线运动,以磨出全齿宽。工件则严格按照一齿轮沿固定齿条作纯滚动的方式,边转动、边移动,从齿根向齿顶方向先后磨出一个齿槽两侧面。之后砂轮退离工件,机床分度机构进行分度,使工件转过一个齿,磨削下一个齿槽的齿面,如此重复上述循环,直至磨完全部齿槽齿面。
图3 展成法磨齿
锥面砂轮磨齿精度可达6~4级,齿面粗糙度Ra值为0.4~0.2µm。主要用于单件、小批生产中、加工精度要求很高的淬硬或非淬硬齿轮。
如果将两个碟形砂轮倾斜成一定角度,以构成假想齿条两个齿的两个外侧面,同时对齿轮轮齿的两个齿面进行磨削(图3a),其原理同前述锥面砂轮磨齿相同。这种磨齿方法,加工精度高(最高可达3级)、齿面粗糙度Ra值为0.4~0.2µm。但所用设备结构复杂,成本高、生产率低,故应用不广。 3.珩齿 当工件硬度超过HRC35时,使用珩齿代替剃齿。珩齿是在珩磨机上用珩磨轮对齿轮进行精整加工的一种方法,其原理和运动与剃齿相同。 珩磨轮是用金刚砂及环氧树脂等浇注或热压而成的具有较高齿形精度的斜齿轮,它的硬度极高,其外形结构与剃齿刀相似,只是齿面上无容屑槽,是靠磨粒进行切削的。 珩磨时,珩磨轮转速高(约为1000~2000r/min),可同时沿齿向和渐开线方向产生滑动进行连续切削,生产率高。珩磨过程具有磨、剃 、抛光等综合作用。 珩齿对齿形精度改善不大,主要用于剃齿后需淬火齿轮的精加工,能去除氧化皮、毛刺,改善热处理后的轮齿表面粗糙度(Ra值为0.4~0.2µm)。珩齿也可用于非淬硬齿轮加工。