CN107511647B - 一种小模数齿轮齿形加工方法 - Google Patents

一种小模数齿轮齿形加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的一种小模数齿轮齿形加工方法，该齿形加工方法是在中型数控插齿机床上选用耐用度超高的硬质合金插齿刀实施加工，由于本发明模数小，齿槽窄，换刀对刀特难，所以本发明的关键技术在于切削用量的选择，以保证刀具耐用度，齿形在一次对刀加工完成，保证图纸要求精度，本发明具有如下优越性：非常实用，拓展了插齿机齿形加工能力；由于加工精度的提高使齿轮传动装配精度得以提高，降低了齿轮传动的振动和噪音，改善了齿轮传动的实用性能；易操作，插齿工即可实施；无需特制工装、无污染，节能环保。

Description

一种小模数齿轮齿形加工方法
技术领域：
本发明属于齿轮齿形加工技术领域，是一种用于小模数齿轮齿形加工方法。
背景技术：
小模数——指法向模数Mn不大于1mm的齿轮传动，应用十分广泛,以往主要用于精密仪器、仪表、家用电器、伺服机械等领域的小模数齿轮齿数多为十几个到一二百个齿，精度7-9级，齿形加工有专用机床加工、线切割加工和精密注塑加工，材料有金属材料和非金属材料，传递扭矩较小。
随着科学技术发展和产业结构的调整，各行业装备数字化、精密化、大型化，所用小模数齿轮也朝着大规格方向发展，由以往小模数齿轮齿数多为十几个到一二百个齿发展到目前几千个齿，精度由以往的7-9级发展到目前的5-6级。
传统小模数齿轮齿形加工机床加工能力有限，对本发明模数1mm、齿数Z1560/Z21180、精度等级6级、单件、小批、大规格小模数齿轮副，传统专用小模数齿轮齿形加工方法无法完成；而通用齿轮加工机床能完成小模数齿轮齿形加工，但加工精度达不到6级；数控滚齿机加工精度能达到6级，而我公司没有中型以下数控滚齿机；由于模数非常小，齿槽很小，磨齿机也无法实现磨削加工。综上所述大规格（齿数Z560及以上）、高精度（6级及以上）、小模数（模数Mn不大于1mm）齿轮，已超出常规齿轮加工方法的范畴。
发明内容：
为了克服上述的不足，本发明提供了一种小模数齿轮齿形加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种小模数齿轮齿形加工方法，包括如下步骤：
（1）、小模数齿坯加工
1）齿坯粗加工，粗车齿坯内外圆和端面，粗铣齿坯的减重扇形孔或槽，按工艺规范单面留余量4-5mm；
2）超声波探伤，保证齿坯内部组织质量；
3）齿坯调质处理，满足图纸要求的性能；
4）齿坯校平，校正热处理变形，保证热处理变形量小于工序间余量，以满足后续机械加工；
5）齿坯粗加工，粗车齿坯内外圆和端面，按工艺规范单面留余量2-3mm；
6）齿坯的减重扇形孔按图精铣成；
7）半精加工齿坯各内外圆和端面，各单面按工艺规范留余量1mm；
8）齿坯精车：齿坯基准面A、另一端面和齿顶圆B单面留磨削余量0.3～0.5mm，其余按图精车成，要求基准A和B一次装卡中车成，且本精车工序采取多工步车削加工，每工步选取车削深度0.1～0.2mm，走刀速度0.3mm/rad，且每一工步车削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，控制工件车削变形；
9）齿坯磨削加工，且本工序采取粗磨、半精磨、精磨、超精磨工步磨削，每工步选取的磨削用量之比是粗磨磨深1mm、半精磨磨深0.6mm、精磨磨深0.1mm、直到超精磨无磨深光刀，且每一工步磨削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，以减小加工应力，保证齿坯最终加工质量；
（2）齿坯上对齿形的加工：
10）将精密数控插齿机工作台清理干净，插齿胎具吊放在工作台上合适位置，打表找正插齿胎具的端面，其端面跳动误差0.01mm，达到所述要求后用螺栓螺母联结件将插齿胎具紧固于工作台上；将支撑环紧贴胎具端面，再将齿坯吊放于支撑环端面上，使齿坯的基准端面A面对工作台，且紧贴于支撑环端面上，插齿胎具相对齿坯基准A面对称分布，通过联接螺栓螺母、压板、支撑垫铁将支撑环和齿坯作为整体固定于插齿胎具上，自由状态下齿坯基准A面与支撑环、支撑环与插齿胎具端面紧密结合，0.02mm塞尺检查不入，找正齿坯齿顶圆B面的误差符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm；
11）根据图纸和工艺领取工艺师设计选定的并写于工艺规程卡中的专用硬质合金插齿刀，清理干净后装于插齿刀杆上，找正硬质合金插齿刀凸台跳动符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm，依据齿轮或齿圈图纸参数调整机床：由齿副长度b调整机床凸轮机构选定硬质合金插齿刀的行程长度S，一般插齿刀切入切出之和为10mm，切入一般大于5mm,切出为3-4mm，由模数Mn1和齿副长度b、工件齿数Z工及刀具齿数Z刀设定插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min、插齿刀的径向进给量fr切削参数；
12）将小模数齿轮（5）或齿圈（11）图纸参数模数Mn1、齿数和步骤11）设定的插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min、插齿刀的径向进给量fr切削参数输入数控插齿机的电脑内，进行校验；
13）效验无误后，通过数控插齿机上两个倍率旋钮优化选择切削参数，启动机床，认真仔细对刀，保证分齿正确均匀，工作台带动齿坯回转及硬质合金插齿刀的回转加上下往复运动对齿坯齿形实施展成加工，达到图纸要求的齿面粗糙度Ra1.6和精度6级，上下往复运动是指平行于齿坯齿顶圆母线作上下往复运动。
所述步骤13）中，齿坯回转与硬质合金插齿刀回转反向。
所述插齿胎具和支撑环的作用是垫高齿坯，以便实施加工，同时支撑环还有增加齿坯支撑刚性的作用。
所述齿坯最终被加工为小模数齿轮或者齿圈。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
1、本发明非常实用，拓展了插齿机齿形加工能力；
2、本发明由于加工精度的提高使齿轮传动装配精度得以提高，降低了齿轮传动的振动和噪音，改善了齿轮传动的实用性能；
3、本发明易操作，插齿工即可实施；
4、本发明无需特制工装、无污染，节能环保。
附图说明：
图1是本发明Z1560小模数齿轮齿形加工方法示意图；
图2是本发明Z21180小模数齿圈齿形加工方法示意图；
上述图中：1、插齿刀杆；2、硬质合金插齿刀 ；3、螺栓螺母联接件；4、压板；5、小模数齿轮Z1560；6、支撑垫铁；7、插齿胎具；8、螺栓螺母联接件；9、工作台；10、支撑环；11、小模数齿圈Z21180。
具体实施方式：
通过下面实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；
待加工一对小模数齿轮5/齿圈11参数是：
齿顶圆直径φ1 /φ2＝562/1182
齿幅宽b1/b2=40/50
齿形特性参数：模数Mn1、压力角α20°、齿数Z1560/Z21180，精度等级6级（DIN3961），直齿。
要求：齿面调质硬度HB＝220～250、齿面粗糙度是Ra1.6 。
本发明选用的硬质合金插齿刀分度圆直径是φ刀 =200mm，其齿形特性参数：模数Mn1、压力角α20°、齿数Z刀200。
根据附图1、图2叙述其实施过程：
第一、小模数齿轮5或齿圈11齿坯的加工：
由于本发明小模数齿轮齿坯直径/厚度之比（Z1560小模数齿轮之比φ562/40；Z21180小模数齿轮之比φ1182/50）很大，齿坯加工需采用薄板类零件的特殊工艺过程：
1）齿坯粗加工，粗车小模数齿轮5或齿圈11内外圆和端面，粗铣小模数齿轮5减重扇形孔，按工艺规范单面留余量4mm；
2）超声波探伤，保证齿坯内部组织质量；
3）齿坯调质处理，满足图纸要求的性能；
4）齿坯校平，校正热处理变形，保证热处理变形量小于工序间余量，以满足后续机械加工；
5）齿坯再次粗加工，粗车小模数齿轮5或齿圈11内外圆和端面，按工艺规范单面留余量2mm；
6）小模数齿轮5的减重扇形孔按图精铣成；
7）半精加工小模数齿轮5或齿圈11各内外圆和端面，各单面按工艺规范留余量1mm；
8）小模数齿轮5或齿圈11精车：小模数齿轮5基准A、另一端面和齿顶圆B单面留磨削余量0.3～0.4mm，或齿圈11基准A、另一端面、齿顶圆B和内圆单面留磨削余量0.4～0.5mm外，其余按图精车成，要求基准A和B一次装卡中车成，且本精车工序采取多工步车削加工，每工步选取车削深度0.1～0.2mm，走刀速度0.3mm/rad，且每一工步车削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，控制工件车削变形；
9）小模数5或齿圈11磨削加工，且本工序采取粗磨、半精磨、精磨、超精磨（无磨深光刀）工步磨削，每工步选取的磨削用量之比是粗磨磨深1mm、半精磨磨深0.6mm、精磨磨深0.1mm、超精磨无磨深光刀，且每一工步磨削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，以减小加工应力，保证齿坯最终加工质量。
第二、小模数齿轮5或齿圈11齿形加工：
由于小模数齿轮齿槽窄、浅，齿形加工不易二次对刀，故需选用耐用度好的硬质合金刀2，一次装刀对刀完成本发明齿形加工。
10）将精密数控插齿机YKM51160工作台9清理干净，插齿胎具7吊放在工作台9上合适位置，打表找正插齿胎具7的端面，其端面跳动误差0.01mm，达到所述要求后用联接螺栓螺母8将插齿胎具7紧固于工作台9上；将支撑环10紧贴胎具端面，再将小模数齿轮5或齿圈吊放于支撑环10端面上，使小模数齿轮5或齿圈11的基准端面A面对工作台9，且紧贴于支撑环10端面上，插齿胎具7相对小模数齿轮5或齿圈11基准A面对称分布，通过联接螺栓螺母3、压板4、支撑垫铁6将支撑环10和小模数齿轮5或齿圈11作为整体固定于插齿胎具7上，自由状态下小模数齿轮5或齿圈11基准A面与支撑环10、支撑环10与插齿胎具7端面紧密结合，0.02mm塞尺检查不入，找正小模数齿轮5或齿圈11齿顶圆B面的误差符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm；
11）根据图纸和工艺领取工艺师设计选定的并写于工艺规程卡中的专用硬质合金插齿刀2，清理干净后装于插齿刀杆1上，找正硬质合金插齿刀2凸台跳动符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm。依据小模数齿轮5或齿圈11图纸参数调整机床：由齿副长度b=40/50mm调整机床凸轮机构选定硬质合金插齿刀2的行程长度S=50/60mm，一般插齿刀切入切出之和为10mm，切入一般大于5mm,切出为3-4mm，由模数Mn1和齿副长度b=40/50mm、工件齿数Z工及刀具齿数Z刀设定插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min (每分钟工作台圆周转过的角度fc)、插齿刀的径向进给量fr(工件每旋转一周插齿刀径向进给量fr)等切削参数；
12）将小模数齿轮5或齿圈11图纸参数（模数Mn1、齿数Z1560/Z2118）和步骤11）设定的插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min、插齿刀的径向进给量fr切削参数输入数控插齿机的电脑内，进行校验；
13）效验无误后，通过数控插齿机YKM51160上两个倍率旋钮优化选择最佳切削参数如表1、表2，根据表1、表2切削参数，启动机床，认真仔细对刀，保证分齿正确均匀，工作台9带动小模数齿轮5或齿圈11回转及硬质合金插齿刀2的回转加上下往复运动对小模数齿轮5或齿圈11齿形实施展成加工，达到图纸要求的齿面粗糙度Ra1.6和精度6级，上下往复运动是指平行于小模数齿轮5或齿圈11齿顶圆母线作上下往复运动。
所述小模数齿轮5或齿圈11回转与硬质合金插齿刀2回转反向。
上述所述用硬质合金插齿刀2加工小模数齿轮齿形时，硬质合金插齿刀2切削参数选用是关键，否则影响硬质合金插齿刀2耐用度，从而影响加工精度。
上述所述插齿胎具7、支撑环10的作用主要是用来垫高小模数齿轮5或齿圈11，以便实施加工，同时支撑环10还有增加小模数齿轮5或齿圈11支撑刚性的作用。
本发明在精密数控插齿机YKM51160上实施后，小模数齿形精度经公司质量保证部门检测完全符合图纸要求，经过装配试车，齿轮啮合精度、震动和噪音满足图纸装配精度。
本发明还适用于插小模数内齿。
本发明连续加工八对，加工质量稳定，其技术科学、合理、经济。
表1小模数齿轮5（Mn1、Z1560）在YKM51160插齿机上齿形加工切削参数表
走刀次数K 冲程数n 径向进给量f<sub>r</sub>（mm） 工作台圆周进给量f<sub>c</sub>（deg/min）
1 30 0.4 0.835
2 30 0.4 0.835
3 30 0.4 0.835
4 30 0.4 0.835
5 30 0.3 0.835
6 30 0.3 0.835
7 30 0.05 0.835
表2小模数齿圈11（Mn1、Z21180）在YKM51160插齿机上齿形加工切削参数表
走刀次数K 冲程数n 径向进给量f<sub>r</sub>（mm） 工作台圆周进给量f<sub>c</sub>（deg/min）
1 30 0.4 0.50～0.60
2 30 0.4 0.50～0.60
3 30 0.3 0.50～0.60
4 30 0.3 0.50～0.60
5 30 0.25 0.50～0.60
6 30 0.25 0.50～0.60
7 30 0.10 0.5
8 30 0.10 0.5
9 30 0.10 0.5
10 30 0.05 0.5
以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。

Claims (4)

1.一种小模数齿轮齿形加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）、小模数齿坯加工
1）齿坯粗加工，粗车齿坯内外圆和端面，粗铣齿坯的减重扇形孔或槽的非配合面，按工艺规范单面留余量4-5mm；
2）超声波探伤，保证齿坯内部组织质量；
3）齿坯调质处理，满足图纸要求的性能；
4）齿坯校平，校正热处理变形，保证热处理变形量小于工序间余量，以满足后续机械加工；
5）齿坯粗加工，粗车齿坯内外圆和端面，按工艺规范单面留余量2-3mm；
6）齿坯的减重扇形孔按图精铣成；
7）半精加工齿坯各内外圆和端面，各单面按工艺规范留余量1mm；
8）齿坯精车：齿坯基准面A、另一端面和齿顶圆B单面留磨削余量0.3～0.5mm，其余按图精车成，要求基准A和B一次装卡中车成，且本精车工序采取多工步车削加工，每工步选取车削深度0.1～0.2mm，走刀速度0.3mm/rad，且每一工步车削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，控制工件车削变形；
9）齿坯磨削加工，且本工序采取粗磨、半精磨、精磨、超精磨工步磨削，每工步选取的磨削用量之比是粗磨磨深1mm、半精磨磨深0.6mm、精磨磨深0.1mm、直到超精磨无磨深光刀，且每一工步磨削完成后，工件冷至室温后再进行下一工步，以减小加工应力，保证齿坯最终加工质量；
（2）齿坯上对齿形的加工：
10）将精密数控插齿机工作台（9）清理干净，插齿胎具（7）吊放在工作台（9）上合适位置，打表找正插齿胎具（7）的端面，其端面跳动误差0.01mm，达到所述要求后用螺栓螺母联结件（8）将插齿胎具（7）紧固于工作台（9）上；将支撑环（10）紧贴胎具端面，再将齿坯吊放于支撑环（10）端面上，使齿坯的基准端面A面对工作台（9），且紧贴于支撑环（10）端面上，插齿胎具（7）相对齿坯基准A面对称分布，通过联接螺栓螺母（3）、压板（4）、支撑垫铁（6）将支撑环（10）和齿坯作为整体固定于插齿胎具（7）上，自由状态下齿坯基准A面与支撑环（10）、支撑环（10）与插齿胎具（7）端面紧密结合，0.02mm塞尺检查不入，找正齿坯齿顶圆B面的误差符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm；
11）根据图纸和工艺领取工艺师设计选定的并写于工艺规程卡中的专用硬质合金插齿刀（2），清理干净后装于插齿刀杆（1）上，找正硬质合金插齿刀（2）凸台跳动符合工艺要求，所述要求误差不大于0.02mm，依据小模数齿轮（5）或齿圈（11）图纸参数调整机床：由齿副长度b调整机床凸轮机构选定硬质合金插齿刀（2）的行程长度S，一般插齿刀切入切出之和为10mm，切入一般大于5mm,切出为3-4mm，由模数Mn1和齿副长度b、工件齿数Z工及刀具齿数Z刀设定插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min、插齿刀的径向进给量fr切削参数；
12）将小模数齿轮（5）或齿圈（11）图纸参数模数Mn1、齿数和步骤11）设定的插齿刀往复行程数n次/min、工作台圆周进给量fc=deg/min、插齿刀的径向进给量fr切削参数输入数控插齿机的电脑内，进行校验；
13）效验无误后，通过数控插齿机上两个倍率旋钮优化选择切削参数，启动机床，认真仔细对刀，保证分齿正确均匀，工作台（9）带动齿坯回转及硬质合金插齿刀（2）的回转加上下往复运动对齿坯齿形实施展成加工，达到图纸要求的齿面粗糙度Ra1.6和精度6级，上下往复运动是指平行于齿坯齿顶圆母线作上下往复运动。
2.根据权利要求1所述的一种小模数齿轮齿形加工方法，其特征在于：所述步骤13）中，齿坯回转与硬质合金插齿刀（2）回转反向。
3.根据权利要求1所述的一种小模数齿轮齿形加工方法，其特征在于：所述插齿胎具（7）和支撑环（10）的作用是垫高齿坯，以便实施加工，同时支撑环（10）还有增加齿坯支撑刚性的作用。
4.根据权利要求1-3所述的任意一种小模数齿轮齿形加工方法，其特征在于：齿坯最终被加工为小模数齿轮（5）或者齿圈（11）。
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