齿轮加工工艺及其发展研究

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【摘 要】目前我国齿轮制造工艺技术无论从毛坯到生产制造过程、还是从工艺方法到产品精度的整个制造过程的制造理念都发生了深刻变化。了解这种发展和变化，对掌握我们国内的齿轮加工发展方向，促进企业技术进步有着非常重要的现实意义。为了最大限度提高齿轮加工质量，文中对齿轮加工工艺进行了总结分析，并对其技术的未来发展趋势进行综述。

【关键词】齿轮加工 工艺流程 精加工 发展趋势

1 齿轮基准的选择

对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。

1.1以内孔和端面定位

这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。但对于夹具的制造精度要求较高。

1.2以外圆和端面定位

当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆以确定中心的位置，并以端面进行轴向定位，从另一端面夹紧。这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。

2 齿轮加工工艺流程

2.1齿轮的粗加工

齿轮的粗加工是为了去除加工余量，为半精加工确定基准，同时进行轮齿的粗加工。齿轮粗加工要选择好基准，基准的确定对以后各加工表面加工余量的分配、加工表面与非加工表面的相对位置有较大的影响。挖跟齿轮轮齿粗加工选择滚齿加工。确定滚齿分度圆齿厚时，要考虑磨齿时的碳层减薄量，一般磨齿余量单边不大于0.2mm；由于滚齿和磨齿不是采用同一加工基准，因此在滚齿时对轮齿齿形跳动量也要加以限制，避免磨齿时余量不一致，造成齿面渗层不均匀而减小齿面耐磨性。

2.2齿轮的热处理

齿轮轮体和轮齿部位经过粗加工后，为了达到设计图要求，一般要进行热处理，例如轮齿渗碳、淬火、氰化、氮化等，以改善材料的机械性能，满足使用要求。挖跟齿轮采用的是渗碳、淬火处理。采用余量保护法，渗碳后要进行半精加工，去除保护余量，再进行淬火。

2.3齿轮的半精加工

半精加工主要完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。半精加工主要是车削、磨削、精加工基准的修正等。渗碳淬火中用余量保护的齿轮，其渗碳、淬火分成两道工序，中间要进行去除保护余量的半精加工。

3我国齿轮加工工艺发展分析

3.1毛坯原材化

毛坯是生产的基础，也是整个工艺设计的出发点。为了获得高性能的产品、减小热处理变形，我们要控制毛坯的金相组织等各项指标。目前普遍采用锻造毛坯，锻造后进行正火或等温正火等预热处理方法。在欧洲考察期间，我们注意到欧洲的齿轮生产厂家，包括知名厂家，很少用锻件毛坯，从齿轮轴、花键轴到盘形齿轮，甚至300mm以上直径的弧齿锥齿轮大多都采用圆钢下料。有的甚至不经下料，直接用几米长的圆钢在车床上完成齿坯加工后再截断。毛坯原材化可以降低成本和缩短生产周期。毛坯不经锻造，可以节约的成本包括锻打费、预热处理费、材料加热氧化损耗费、运输费等。直接采用原材料代替锻造毛坯，一般可节约毛坯费用20%以上，生产周期可以缩短10天左右。对于高精度的齿轮，毛坯原材化的前提是高品质的原材料和完备的热后加工手段。

3.2再制造技术

齿轮加工机床设计开发过程中，应从全生命周期角度出发，充分考虑机床资源的循环重用，采用可拆卸回收性设计以及模块化设计等方法，便于机床报废后进行再制造及技术提升。齿轮加工机床具有较高的回收利用价值，可重用部件资源回收利用率较高，而且再制造成本较低，如再制造滚齿机成本仅为同种技术水平的新滚齿机的50～60%。通过再制造，机床大量零部件得以重用，避免制造这些零部件的过程（铸造、焊接、切削加工和热处理等）中的环境污染及资源、能源消耗，也避免了对这些零部件进行回收处理过程的资源消耗与环境污染。

3.3质量控制SPC化

SPC（Statistical Process Control）是检测和控制工艺过程的一种方法，是为了用最小的费用成本，保证生产出精度具有高度一致性的产品。SPC通过检测制造过程收集加工数据进行统计分析，不受人为的主观因素影响，及时发现引起加工精度变化的根本原因。SPC可以预示是否需要调整加工过程，如调整工装夹具、改变工艺参数等。当检测点落在上警告线UWL和下警告线LWL之间时，说明生产过程稳定；当检测点落在上警告线UWL与上控制线UCL之间，或下警告线LWL与下控制线LCL之间时，说明加工系统出现问题，但仍可继续生产，需要加大检测频次；当检测点落上控制线UCL以上或下控制线LCL以下时，说明生产过程必须停下检查，寻找加工系统不稳定的原因，进行工艺参数调整等，从而保证生产出质量稳定的产品零件。

3.4齿面精加工热后化

齿面精加工采用的工艺方法主要有剃齿、磨齿、珩齿、刮齿。除剃齿外，其他3种工艺方法都是在热后加工。但是剃齿调整方便、加工效率高，投资少，成本低，因此应用最广，是最主要的齿面精加工方法。但是剃齿不能进行硬态加工，为了消除热处理变形的影响，剃

齿一般要比产品精度高半级到一级。目前，剃齿虽然仍是非常重要的齿形精加工方法，但是越来越多地为磨齿、刮齿所代替。磨齿主要采用蜗杆砂轮磨和成形磨，刮齿是在热后再次对齿轮进行滚齿加工，热后加工成的齿轮精度即是零件的最终精度，不用担心热处理变形问题。这样可以减少为防止热处理变形而提高原材料（毛坯）的成分、金相组织等的技术要求，降低毛坯成本和加工成本。

4结语

总之，齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。如今，齿轮加工正朝着高效、高精度及绿色制造方向发展，齿轮加工也正朝着全数控、功能复合、智能化、自动化及信息化方向发展。广大技术工作者要抓住这一发展趋势，更好地为我国的齿轮加工行业提供高效、复合、智能的技术服务。

参考文献：

[1]李文，王晓慧.基于工艺尺寸式的工艺方案优化设计[J].装备制造技术，2011，01.

[2]王敏，徐滨士，王晓慧.毛坯尺寸基准设计方法研究[J].机床与液压，2011，05.