数控滚齿在实际加工中的工艺措施.doc

数控滚齿加工齿轮的实际工艺措施
齿轮加工的历史
齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。1835年，英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；以后经多次改进，至1897年德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解决了加工斜齿轮的问题。在制成齿轮形插齿刀后，美国的费洛斯于1897年制成了插齿机。　　
二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿机。60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替机械传动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动反馈补偿误差等。　
1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机；1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床。由于汽车工业的需要，1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机；1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机；30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的制造。　　
40年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；从50年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。 滚齿加工
滚齿加工是用展成法利用刀具和齿轮毛坯的相对运动来产生渐开线的齿形滚齿加工的精度一般为8～7级，表面粗糙度Ra为3.2～1.6μm。
对于8级精度以下的调制齿轮，可以采用滚齿直接加工成所需齿形的方法。滚齿加工的优点是：精度、效率高，每把滚刀可以加工模数相同而齿数不等的各种大小不同的直齿或斜齿渐开线外圆柱齿轮；其缺点是：滚齿加工必须使用专门的滚齿机床。由于其优点大于缺点所以被大规模广泛使用
数控滚齿机由于传动链缩短，其传动误差也大为减小，相对于普通滚齿机提高了一定的加工精度。但对于高精度齿轮特别是齿数多，外径大，齿面长，精度要求高，加工周期长的齿轮，在滚齿过程中要求有严格的工艺保证，必须控制好齿培加工，夹具，刀具，机床调整以及环境等环节。否则，即使采用数控滚齿机也很难加工出高精度齿轮。数控滚齿的实际过程：工件装卡、滚刀系统的安装与调整、程序的编制、开刀；注：由于数控滚齿机与老式滚齿机的结构不同所以在数控滚齿机中没有分齿挂轮，差动挂轮与走刀挂轮。
工件装卡
1、调整胎具，胎具外径要小于工件全齿高的二倍，且还要根据工件自身留有一定的余量，防止在滚切过程中刀具把胎具啃伤。在调整过程中要严格防止胎具工作台之间夹有铁销，保证胎具基面与工作台的平行度，最后压紧胎具；
2、工件基面要向下，基面保证平整干净的放在工作台上，用百分表找正齿外圆，基面在0.03m以内
3、压紧工件，保证在滚切过程中的定位精度
滚刀系统的安装与调整
1滚刀杆的安装
要平稳的将刀杆装入滚刀主轴锥孔内，并用液压拉紧。将两块百分表分别固定在滚刀架上，使百分表测头与刀杆表面接触，旋转滚刀杆检验两测头，其允许跳动量为0.005mm。
2滚刀安装
首先要挑选合适的刀具
对于高精度齿轮加工，必须在滚刀杆上对滚刀仔细找正。将两块百分表固定在滚刀架上，使百分表测头与滚刀刀肩表面接触，旋转滚刀，观察百分表跳动情况。通过对滚刀，调整垫片和轴套方位的调整，来消除滚刀的径向跳动，一般也为0.01mm
程序的编程
根据工件图纸各项要求以及刀具与工件的实际情况进行编程，然后输入NC进行计算。注意编程后的检查。
开刀
前面所说的工件装卡、滚刀系统的安装与调整、程序的编制等步奏都是为了最后一步实际加工做准备。在实际加工中要注意以下几点：
1在实际加工中模数在20以下时分粗、精滚各一次，模数在20—30时，粗滚、半精滚、精滚各一次；
2切削深度：当采用两次滚切时，粗滚后齿厚公法线一般留余0.5–1.00mm的精滚余量；采用三次滚切时，第一次粗滚深度为全齿深的70%–80%，第二次半精滚齿厚需留余1.00–1.50mm的精滚余量；
3 切削速度：切削速度在15–40mm／min范围内选择；
4 进给量：粗滚进给量一般为0.5–2.0mm／r范围内选择，精滚进给量在0.6–5mm／r范围内选择。
根据被加工齿轮的技术参数，精度要求，材质和啃面硬度等情况决定切削用量。
机床调整后用啃刀花（划印）进行试切检查分齿，螺旋方向是否与图纸要求相符
粗、精滚齿应该严格分开，粗、精滚刀要分开使用，在有条件的话粗、精滚齿应分别在两台机床上进行。
热处理对齿轮精度的影响
1 齿轮热处理的种类：
A退火和正火：退火就是将钢加热到一定温度，保持一段时间，然后随炉一起缓慢冷却下来，以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法
正火和退火的不同之处，在于加热后的工件从炉中取出放置于空气中冷却下来。它的冷却速度要快于退火，因此最终的组织和性能有些诧异。
退火和正火的作用是：降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；细化晶粒，调整组织，改善材料机械性能：消除前一道工序（铸造，锻造，冷加工等）所产生的内应力，并为下一道淬火工序做准备。
退火和正火大多作为齿轮的预先热处理，少数为调制处理。
B调质：将钢淬火后进行高温回火，这种双重热处理操作，称为调质处理。调质处理后得到球状碳化物和铁素体混合组织，其机械性能比正火的优越很多。工件调质后性能的好坏与工件淬透与否有密切关系。只有当工件淬透时，才能得到最好的性能，如果工件没有被淬透，则调质处理后的机械性能就大为降低，合金钢比碳钢淬透性好。
C淬火：淬火就是将齿轮加工到高温奥氏体状态，保持一段时间，然后快速冷却下来，以得到高硬度马氏体主旨的一种方法。通过淬火的齿轮硬度可以达到HRC60－65，提高了齿轮的硬度和耐磨性。
D高（中）频淬火：高（中）频淬火时将齿轮表面快速加热到临界点以上温度，然后进行急冷得淬火过程，是齿轮能获得高硬度的耐磨表面层和富有韧性的心部。
E渗碳淬火：齿轮的渗碳是以碳原子渗入齿轮零件表面，从而使齿轮获得高的硬度，耐磨性与疲劳强度，齿轮的渗碳深度一般为0.8－1.3mm，深层渗碳深度可达3－5mm。
淬火后的齿轮还需要进行热处理，淬火是其中的一种，淬火分为预先淬火与最终淬火预先淬火和正火的的目的相同，但变形比正火大，最终淬火的目的是为了细化渗碳层的晶粒，并获得细针状或隐晶状马氏体和晶状碳化物组织，从而使齿轮具有高的硬度，耐磨性和疲劳强度。
齿坯热处理后对制齿切削加工的影响
切削加工性是指材料被切削的难以程度，它是以表面光洁度与刀具寿命等方面来衡量。
一般齿坯在切削加工前都要经过预先热处理。比如正火后的齿坯塑性，韧性降低，但硬度会提高。韧性降低可以改善切削是的表面光洁度，但对于刀具就会磨损严重。对于用20CrMnTi，20Cr2MnMo等合金渗碳钢制造的齿轮，如采用不完全渗碳淬火，硬度在HRC20－25时，插齿表面光洁度可达Ra3.2－0.8μm，刀具寿命会提高3－4倍。因此，对于切削加工性差的材料，除了从冷加工角度采取措施外，通过改变材料的热处理工艺，使其获得合理的组织，以改善其切削加工性能。
齿轮热处理在滚齿前后的变形和纠正措施
齿轮热处理包括预先热处理和最终热处理，在实际加工中，预先热处理包括正火和调质。为了不同的目的和对于不同的材料，应具体选择不同的工艺方法。一般为，正火利于改善齿轮的表面光洁度，调质有利于改善齿轮心部的强度韧性，以减少淬火后的变形
渗碳钢齿轮的热处理变形：
1公法线长度的变化。齿轮公法线变动的大小，是评定齿轮运动精度的一项非常重要的指标。通过对公法线长度的测量，可以看出在热处理过程中的膨缩规律，反应齿形的变化，齿根体积增加，表现为公法线长度增加。
为了保证公法线长度以及变动量在合理范围内，采用冷热加工之间公理分配公差措施，要求在滚齿是，把公法线长度及变动量控制在误差允许范围内的下限。甚至可以低于下限0.02mm左右。
2调质钢齿轮高频淬火的变形。影响齿轮高频淬火变形的因素：主要是齿轮的形状，淬火加热规范和冷却方法，感应器的结构，机械加工的切削规律等。
3热处理变形的纠正。对于已经变形的齿轮，若精度要求不高，比如9级以下，可以降级使用；对于8级精度以上的齿轮，可以热处理后采用磨齿的方法来解决。