龐立軍

摘要：漸開線齒輪的加工可以采用的方法有多種，其中使用最多的是切削法。按切削原理又分成了仿形法和展成法。切齒過程中存在相應(yīng)的問題，為了幫助學(xué)生更好地理解齒輪加工，在此分析一下仿形法加工的精度問題，展成法加工的根切現(xiàn)象及解決的方法。這些內(nèi)容對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：齒輪加工 仿形法 近似切削 展成法 根切 變位齒輪

學(xué)生通過學(xué)習(xí)齒輪傳動(dòng)類型，傳動(dòng)原理以及參數(shù)和尺寸計(jì)算，對(duì)齒輪傳動(dòng)有了一定程度的了解。但要想進(jìn)一步做好今后的實(shí)際工作，它們還必須了解齒輪的制作過程。輪齒的成型過程，齒形的制作原理等?，F(xiàn)以漸開線齒輪的加工為例，對(duì)齒輪的加工及出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行說明。漸開線齒輪的加工，可以采用的方法有熱軋、鑄造、精鍛、切削加工等。其中最常用、最基本的是切削加工法。切削加工法按其切齒原理可分為仿形法和展成法兩類。

一、仿形法

1、仿形法加工原理

仿形法顧名思義就是模仿被切齒輪齒槽的形狀進(jìn)行切削。其原理如圖1所示。

刀具的剖面形狀與被切齒輪的齒槽形狀相同，逐一把齒輪毛坯上多余的材料切掉，就可以制造出一個(gè)成型齒輪。仿形法切削加工在普通銑床上即可進(jìn)行，采用在其軸向剖面內(nèi)與被切齒輪齒槽的形狀相同的成形刀具切制齒輪。圖示1為用盤狀銑刀切制齒輪的情況。切制過程中，銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)齒輪坯沿齒輪軸線的方向直線移動(dòng)；切出一個(gè)齒槽后，由分度機(jī)構(gòu)將輪坯轉(zhuǎn)過360°/Z，再切制第二個(gè)齒槽，直至加工完整個(gè)齒輪。

2、仿形法加工的特點(diǎn)及帶來的問題

仿形法加工方法簡(jiǎn)單，操作方便，不需要專門的齒輪加工設(shè)備。可以把它想象成配鑰匙操作。但是，齒形輪廓曲線為漸開線，而漸開線的形狀是由基圓的大小決定，由于銑制相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪是用一組有限數(shù)目的齒輪銑刀來完成的。在工作中我們不可能針對(duì)所有齒數(shù)的齒輪配備相應(yīng)的刀具，而是齒數(shù)相近的齒輪合用一把道具。

因此，所選銑刀不可能與要求齒形準(zhǔn)確吻合，這種方法屬于近似加工，加工出的齒形不夠準(zhǔn)確，另外，輪齒的分度有誤差，制造精度較低；并且切削的過程是斷續(xù)的，生產(chǎn)效率降低。因此，仿形法只能用于單件、修配或少量生產(chǎn)及齒輪精度要求不高的齒輪加工。

二、展成法

1、展成法加工原理

實(shí)際工作中，大批量、高精度加工齒輪，選用仿形法不符合要求。我們可以采用展成法。展成法也稱范成法，是目前加工齒輪最常用的一種方法。它是利用一對(duì)齒輪或齒輪齒條無側(cè)隙嚙合時(shí)，兩輪的共軛齒廓互為包絡(luò)線的原理來切制輪齒的。如果將其中一個(gè)齒輪或齒條做成刀具，就可以切制出相應(yīng)的漸開線齒廓。這需要在專門的齒輪加工設(shè)備上進(jìn)行。機(jī)床提供展成運(yùn)動(dòng)，迫使成型齒輪刀具與待加工齒輪毛坯按齒輪一樣嚙合傳動(dòng)，刀具的刃口切掉毛坯上阻礙嚙合傳動(dòng)的多與材料。經(jīng)過這樣的操作就可把齒輪毛坯切制成成型齒輪。用展成法加工齒輪時(shí)，常用的刀具有三種：齒輪插刀、齒條插刀和齒輪滾刀。展成法加工齒輪原理如下。

齒條插刀加工 ，如圖2所示為用齒條插刀加工齒輪的情況。切制齒廓時(shí)，刀具與輪坯的展成運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于齒條與齒輪嚙合傳動(dòng)，其切齒原理與用齒輪插刀加工齒輪的原理相同。

用齒條插刀加工齒輪，其切削是不連續(xù)的，不僅影響生產(chǎn)率的提高，還限制了加工精度。因此，在生產(chǎn)中更廣泛地采用齒輪滾刀來切制齒輪。圖3所示為用齒輪滾刀切制齒輪的情況。滾刀形狀像一螺旋，它的軸向剖面為一齒條。當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于齒條作軸向移動(dòng)，滾刀轉(zhuǎn)一周，齒條移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的距離。所以用滾刀切制齒輪的原理和齒條插刀切制齒輪的原理基本相同。滾刀除了旋轉(zhuǎn)之外，還沿著輪坯的軸線緩慢地進(jìn)給，以便切出整個(gè)齒定。用展成法加工齒輪時(shí)，通過改變傳動(dòng)比，可以用同一把齒輪齒輪刀具加工出模數(shù)和壓力角相同面齒數(shù)不同的很多齒輪，而且生產(chǎn)效率較高。所以在大批生產(chǎn)中多采用展成法。

2、展成法加工齒輪的問題分析-根切現(xiàn)象與最少齒數(shù)

（1）根切現(xiàn)象

用展成法加工齒輪時(shí)，如果被切齒輪齒數(shù)過少，模數(shù)增大，齒形輪廓增大，齒槽變深。刀具的齒頂線（或齒頂圓）超過理論嚙合線極限點(diǎn)N1時(shí)（如圖4所示），被加工齒輪齒根附近的漸開線齒廓將被切去一部分，這種現(xiàn)象稱為根切（如圖5所示）。根切使齒輪強(qiáng)度大大降低，實(shí)際嚙合線變短，重合度與傳動(dòng)的平穩(wěn)性也隨之降低，在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)應(yīng)力求避免根切現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3、避免齒輪產(chǎn)生根切的措施

用展成法加工齒輪時(shí)，產(chǎn)生根切現(xiàn)象的直接原因是：齒槽切制過深，刀具頂線超過了理論嚙合線的上界點(diǎn)N1（如圖4），切到基圓以內(nèi)，因基圓內(nèi)無漸開線，則超過B點(diǎn)的刀刃不能形成漸開線齒廓。故在刀具與被加工的輪坯間進(jìn)行展成運(yùn)動(dòng)，這部分刀刃必然會(huì)切去齒輪根部的部分漸開線齒廓。為了防止根切，必須保證N1不低于刀具頂線。由于加工標(biāo)準(zhǔn)齒輪時(shí)刀具的相對(duì)位置固定，必須使N1沿嚙合線上移，可將刀具向遠(yuǎn)離輪坯方向移動(dòng)一段距離，即采用變位加工的方法。這樣一來，刀具向外移動(dòng)以后，切齒深度變小，切掉的少了，留下的多了，因此，避免根切的發(fā)生。刀具移動(dòng)的距離xmm稱為變位量，x為變位系數(shù)。變位齒輪具有與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同的齒數(shù)、模數(shù)和壓力角，采用與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同的漸開線曲線，具有相同的基圓和分度圓直徑，某些幾何尺寸發(fā)生了變化。正變位齒輪的齒厚、齒根圓直徑增大，齒根高減小。若全齒高不變，則齒頂高增大，齒頂變尖。