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        正基元齒輪 齒輪精加工方法(一)

        剃齒加工
        剃齒加工是軟齒面齒輪在滾齒(或插齒)加工后,為提高齒形精度和降低齒面粗糙度常用的一種展成精加工方法。刀具分齒條式剃刀和圓形剃刀。剃刀實質上是一個高精度、具有切削能力的斜齒輪,它和齒坯的機床嚙合相當于交錯軸斜齒輪的嚙合,利用共軛齒面間的相對運動速度,產生切削運動,形成展成切削。
        剃齒加工所需運動有:剃齒刀的旋轉運動;工件沿軸向的往復運動;工件每往復一次的徑向進給運動,見圖11-4。

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        剃齒法的優點是:剃齒機結構簡單,調整方便;剃齒加工精度主要取決于刀具精度,能校正部分滾、插加工后齒輪的誤差,一般可得到精度6~7級,齒面粗糙度Ra0.8~0.2μm的齒輪;生產率高,加工一個齒輪僅需2~4min,適合成批生產;加工范圍大,對直徑6~300mm的內齒輪和直徑6~1200mm的外齒輪均可加工。但是剃齒也存在一定的缺點,如不能修正齒輪的公法線長度變動量,剃刀制造困難、不便于加工多聯齒輪等。
        剃齒加工分軸向剃齒法、對角線剃齒法和切向剃齒法等。

        普通剃齒法
        是工作臺走刀方向和齒坯軸線一致的剃齒加工方法(亦稱縱剃法),如圖11-5所示。在齒坯的各個端截面都要通過節點P,即由P1移到P2,工作臺最小行程Ls應等于齒輪寬度BI。
        該方法的優點是:工藝簡單,使用較普遍。缺點是:刀具磨損不均勻(剃刀工作部分僅是A-A截面一圈);工作臺行程較長,生產率低,使這種剃齒法應用受到限制。

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        對角剃齒法
        是工作臺走刀方向和齒坯軸線方向呈γ角(通常γ角=15°~35°)的剃齒方法,如圖11-6所示。剃齒時,隨著工作臺的移動,剃齒刀和齒輪節點位置發生變化,使剃齒刀在整個齒寬上磨損均勻,可提高刀具耐用度,增大徑向進給量。
        該方法,工作臺的行程可隨γ角增大而減小,比普通剃齒法短。和普通剃齒法相比,生產率可提高3~4倍,刀具耐用度可提高約1倍。但要求剃齒機床工作臺必須可調角度,并且機床有較高的剛度和較大的功率。此外,還要求節點P1、P2的變化范圍在剃齒刀有效工作長度之內,調整的工藝水平要求高。

        節向剃齒法(橫剃法)
        當工作臺走刀方向和被加工齒輪的軸線方向夾角γ增大到90°時,對角剃齒就成了切向剃齒,如圖11-7所示。這時工作臺行程與其他剃齒法相比更短,生產率更高。切向剃齒時,剃齒刀寬度和工作行程長度的計算式為:b0=b/cosφ,Lsmin=b.tgφ。
        該方法具備了對角剃齒法的優點。其生產率比對角剃齒法還高。

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        過盈嚙合剃齒法
        在工件與刀具的齒面上采用加壓的方式,使刀具和齒坯無側隙嚙合,從而縮短中心距,進行剃齒的方法。
        此法的優點是:剃齒機的結構簡單,應用較廣。一般所說剃齒就是指過盈嚙合剃齒。

        制動剃齒法
        是指在剃齒過程中,采用制動加壓法來制動被動的刀具或齒輪的軸,將必須的壓力加于嚙合齒面。這種剃齒法,對以下兩種情況比較方便:只需要加工一側齒面;剃具刀和齒輪以任意嚙合角嚙合進行剃齒。這種方法可以通過制動轉矩的任意調節而連續地改變切削壓力,所以大多用于大型齒輪齒形誤差的矯正。

        滾光剃齒法
        用同時有剃齒作用和滾光作用的滾光剃齒刀對沒有淬火的齒輪進行的剃齒加工,稱為滾光剃齒法。這種加工法,既可以提高齒形精度,又可以降低齒面粗糙度。滾光剃齒可以在齒滾光機或一般銑床上采用特殊的夾具來進行。加工過程中刀具和工件的軸線是平行的。
        滾光剃齒刀沿輪緣刻著槽,槽比齒高略深,加工斜齒輪用具有環形槽的斜齒滾光剃齒刀(其斜角應和被加工齒輪齒的斜角相同,但方向相反)(圖11-8)。加工直齒輪應采用具有螺旋槽的直齒剃齒刀。這些環形槽或螺旋槽就是剃齒刀特殊的切削刃。
        滾光剃齒與剃齒一樣,剃齒刀對工件施加徑向壓力,在剃削的同時,進行著使齒面形成光滑而光亮的表面冷作(滾壓)硬化。這種方法適用于高精度、低噪聲、不經熱處理的齒輪。

        鼓形剃齒法
        鼓形剃齒法是剃削鼓形齒輪的剃齒法。鼓形剃齒法一般采用兩種方法:一種是用具有搖擺工作臺機構的剃齒機加工(圖11-9a)。當工作臺繞中心擺時,在齒輪兩端可以剃去較多金屬。另一種是在剃齒刀磨刃時將齒向磨成逆鼓形(圖11-9b)。這樣,剃齒后的齒輪向具有鼓形,這種刀具也稱為凹形剃齒刀。這一種方法為切向剃齒法和對角剃齒法所采用。

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        珩齒
        珩齒是用來對熱處理后的齒輪進行精加工的一種方法。它是利用珩輪在與被珩齒輪相嚙合過程中,借助齒面間的壓力和相對滑動來進行切齒的方法。在運動關系上珩齒和剃齒是相同的。
        珩輪是含有磨料的塑料齒輪。珩磨速度遠比磨削時低,珩磨切削過程的本質,是低速磨削、研磨和拋光的綜合過程。珩輪彈性大,使珩齒修正誤差的能力不如剃齒強,而其本身的誤差也不會全部反映到齒輪上。因此對珩輪本身的精度勿需要求太高,而對珩前的齒輪則要求較高的精度。
        珩齒可用于消除齒輪熱處理后產生的誤差,降低齒面粗糙度;去除齒面損傷、毛刺和降低齒輪副的噪聲等。與磨齒、研齒等精加工方法相比,具有較高的生產率,一般可用于加工6~8級精度的齒輪。珩齒加工可分為定隙珩齒法、定壓珩齒法和變壓珩齒法。
        珩齒加工中使用的珩輪,是由輪心和齒圈兩部分組成的齒輪,如圖11-10所示。輪心多采用鋼料制造。齒圈材料的基本成分有磨料、樹脂或金屬粘結劑和固化劑等。珩輪的制造是使用專門的模具,把齒圈材料中各種成分的混合物澆注并粘結在輪心上制成的。

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        定隙珩齒法
        在珩齒過程中,珩輪與齒輪工件之間保持著預定的嚙合間隙(單面嚙合)。工件具有可控制的制動力,使珩齒在一定的壓力下進行。這種珩齒方式可降低齒面粗糙度,略微能修正熱處理變形,但不能修正齒輪工件的偏心誤差。

        變壓珩齒法
        在珩齒過程中,珩輪與工件保持無隙嚙合,并有一定壓力。隨著珩磨的進行,壓力逐漸減小,直到接近消失,此法能顯著地修正齒輪的幾何偏心誤差。但這種珩齒法在進行過程中,工件齒頂與珩輪齒面根部接觸,珩輪齒面的磨損使其根部造成臺階,如圖11-11所示。珩輪必須經過修磨才能繼續使用,降低了珩輪的耐用度。

        定壓珩齒法(三點嚙合珩齒法)
        在整個珩齒過程中,珩輪與工件始終在預定的壓力下保持無隙嚙合,其壓力由輔助機構控制。這種方法能有效地修正齒輪誤差。
        定壓珩齒過程中,能消除工件齒頂圈和珩輪齒根圓間的徑向間隙,同時輪齒嚙合時齒廓兩側齒面都接觸,形成了三點嚙合,如圖11-12所示。這種三點嚙合的定壓珩磨方式能使珩輪齒面及齒根連續磨損,磨損后形成新的齒面(再生齒面),可繼續珩磨齒輪,提高珩輪壽命,其壽命比普通雙面嚙合珩齒法能提高3~4倍,是一種比較完善的珩齒法。

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        研齒
        研齒是齒輪光整加工方法之一。其原理是用研磨輪(形狀與齒輪相似,可為外齒輪或內齒輪)與被研齒輪在輕微制動下相互嚙合,并在齒面間加入研磨劑,利用其相對滑動,在被研齒輪的齒面上研去一層極薄的金屬,達到降低齒面粗糙度和校正齒輪部分誤差的目的。
        研磨鋼齒輪時,通常選用細;诣T鐵作研磨輪材料。研磨輪的直徑應盡量選大一點,可增加重磨次數與提高耐用度。為了保證磨料混合液所需的側隙,研輪的齒厚應當比被研齒輪齒厚小0.045~0.065mn。研齒的精度主要取決于研前齒輪的精度和研磨輪本身的精度,所以研磨輪的精度應比被研齒輪的精度高1級或相等。
        研磨劑采用液體或稠的磨料混合物。研磨鋼質淬火齒輪時選用230°~270°的剛玉或電剛玉(Al2O3)與機油、黃油的混合物,或者選用氧化鉻和硬脂酸的混合物。
        研齒過程中,為了防止被研齒輪齒形精度降低,研齒時間不宜過長。研磨余量一般在徑向留0.01~0.04mm;研齒的切削速度通常選取0.5~1m/s或者再低一些,視被研齒輪熱處理后的變形情況而定。
        研齒一般應用于圓柱齒輪(直齒、斜齒和內齒)和圓錐齒輪熱處理后的齒面光整加工。研齒方法分平行軸研齒法和交錯軸研齒法兩種。

        平行軸研齒法
        此法原理如圖11-13所示。被加工齒輪1緩慢旋轉,并沿其軸線方向作快速往復運動。研磨輪2由被加工齒輪帶動旋轉,并作短促的徑向進給運動。經過一定的加工時間后,改變旋轉方向,加工輪齒的另一面。和其他加工方法不同的是,在研齒機上沒有徑向載荷加到研磨輪上,而是用制動器在研輪上加制動轉矩,以此達到增大齒面間壓力,使磨料嵌入研輪齒面,加速研磨過程。
        該方法優點是:機床結構簡單,可用舊機床改裝,也可采用簡易研齒夾具在一般車床上進行研齒。

        交錯軸研齒法
        研齒原理如圖11-14所示。被加工齒輪1與研輪2、3、4相互嚙合,并帶動被制動著的研輪旋轉,同時被加工齒輪作軸向往復運動。經過一定加工時間后,改變其旋轉方向,再加工齒輪的另一面。交錯軸研齒,研輪主軸的安裝與工件軸線成一定的軸交角。通常僅二個研輪裝成交錯軸線,第三個研輪裝成與工件軸線平行。研磨直齒輪時,研輪2應為直齒,其軸線與工件軸線平行;3和4應為螺旋齒,其軸線與工件軸線交錯,相對滑動量大,加速了研磨作用;嚙合點沿齒長逐漸移動,均勻地研掉齒面上的金屬。因此研磨精度和生產率都優于平行軸研齒法。安裝第三個與工件軸線平行的研輪的目的在于保證嚙合齒成線接觸(圖11-14b),可以修正其余兩個研輪沒有研掉的部分。
        該方法研齒機構復雜,不易用一般機床改裝,所以尚未廣泛應用。

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