1、圆柱齿轮加工技术及装备的发展现状及方向2009.12 说明 齿轮传动元部件包含的内容很广泛，有圆柱齿轮传动元部件包含的内容很广泛，有圆柱齿轮、锥齿轮、螺旋及准双曲面齿轮等。以下齿轮、锥齿轮、螺旋及准双曲面齿轮等。以下的研讨仅涉及圆柱齿轮部分制造及装备技术发的研讨仅涉及圆柱齿轮部分制造及装备技术发展现状及方向有关的问题。展现状及方向有关的问题。齿轮在机电产品中的重要地位 不论汽车、摩托车、飞机、轮船、坦克、发动机、航天器、钢铁采矿设不论汽车、摩托车、飞机、轮船、坦克、发动机、航天器、钢铁采矿设备等机电设备，齿轮被广泛获得应用，齿轮技术上也在不断发展。备等机电设备，齿轮被广泛获得应用，齿轮技术上也
2、在不断发展。从将来的发展来看，齿轮会被淘汰吗？ 有一种观点认为，随着机电一体化技术和电力电子技术的进步，电机直有一种观点认为，随着机电一体化技术和电力电子技术的进步，电机直接驱动将会逐渐甚至全部替代齿轮的地位。这种观点显然是片面的。接驱动将会逐渐甚至全部替代齿轮的地位。这种观点显然是片面的。 电机驱动任何机械运动时，必须满足该机械要求的大小不同的驱动力矩电机驱动任何机械运动时，必须满足该机械要求的大小不同的驱动力矩（从零点零几（从零点零几Nm到几万到几万Nm）。在通常情况下，虽然转速极高的电动机或）。在通常情况下，虽然转速极高的电动机或发动机能够为设备提供足够大的发动机能够为设备提供足够大的动
3、力动力（功率），但它们难以提供足够大的（功率），但它们难以提供足够大的力矩力矩。而齿轮传动利用。而齿轮传动利用齿轮减速齿轮减速加速加速功能，通过改变传动比，可以方便将功能，通过改变传动比，可以方便将电机的输出力矩转换成该机械装置所要求的任何力矩。电机的输出力矩转换成该机械装置所要求的任何力矩。齿轮传动也是实现齿轮传动也是实现改变改变不同旋转方向的基本措施。另外，电力不同旋转方向的基本措施。另外，电力直接驱动的成本很高，即使某些情况下直接驱动的成本很高，即使某些情况下技术上可以替代齿轮，但从成本来看多技术上可以替代齿轮，但从成本来看多数也是难以接受的。可以预料：数也是难以接受的。可以预料：重重
4、物物实例：卷扬机电机通过齿轮减速器，实例：卷扬机电机通过齿轮减速器，增大了滚筒的输出力矩，从而使钢增大了滚筒的输出力矩，从而使钢丝绳吊起数吨至数十吨重物丝绳吊起数吨至数十吨重物将来齿轮传动的应用范围可能有所减少，但在多数传统领域（如车辆等）百年之内将会继续得到发展！风电齿轮箱制造产业是齿轮装备发展的一个增长极风力发电机需要大功率升速传动将叶轮的低速升高风力发电机需要大功率升速传动将叶轮的低速升高至发动机要求的高速，主要依靠齿轮传动解决问题至发动机要求的高速，主要依靠齿轮传动解决问题车车辆辆齿齿轮轮汽车齿轮、汽车变速箱总成及车桥传动系统汽车齿轮、汽车变速箱总成及车桥传动系统; ;摩托车齿轮、传动
5、组件及零件摩托车齿轮、传动组件及零件; ;农用运输车齿轮、拖拉机、收割机传动系统，柴油机齿轮及农用运输车齿轮、拖拉机、收割机传动系统，柴油机齿轮及其他农机齿轮其他农机齿轮; ;工程机械齿轮及其齿轮传动系统。工程机械齿轮及其齿轮传动系统。工工业业齿齿轮轮工业工业通用通用齿轮齿轮圆柱齿轮变速箱、圆柱一锥齿轮变速箱、行星齿轮变速圆柱齿轮变速箱、圆柱一锥齿轮变速箱、行星齿轮变速箱、蜗轮变速箱、摆线针轮减速器、谐波传动减速器、箱、蜗轮变速箱、摆线针轮减速器、谐波传动减速器、无级变速器。无级变速器。工业工业专用专用齿轮齿轮高速齿轮、船用齿轮、机车传动齿轮、石油化工专用高速齿轮、船用齿轮、机车传动齿轮、石油
6、化工专用齿轮、冶金机械专用齿轮、矿山采掘机械齿轮、建材磨齿轮、冶金机械专用齿轮、矿山采掘机械齿轮、建材磨机齿轮、轻工纺织印刷机械齿轮、机床齿轮、风力发电机齿轮、轻工纺织印刷机械齿轮、机床齿轮、风力发电设备齿轮、航空航天设备齿轮、仪表齿轮设备齿轮、航空航天设备齿轮、仪表齿轮齿轮产品及归属的行业 齿轮产品主要分为车辆齿轮和工业齿轮两大类。工业齿轮又分为工业齿轮产品主要分为车辆齿轮和工业齿轮两大类。工业齿轮又分为工业通用齿轮和工业专用齿轮两大类。不同类的齿轮服务于不同的工业产品和通用齿轮和工业专用齿轮两大类。不同类的齿轮服务于不同的工业产品和相应的行业，参看下表：相应的行业，参看下表： 据中国齿轮专
7、业协会据中国齿轮专业协会(CGMA)(CGMA)统计，统计，20042004年中国齿轮全行业的产品构成为：车辆齿年中国齿轮全行业的产品构成为：车辆齿轮传动产品占轮传动产品占60%60%，工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别，工业齿轮由工业通用、专用、特种齿轮构成，其市场份额分别为为18% 18% 、12%12%、8%8%；而齿轮装备占；而齿轮装备占2%2%。在整个齿轮行业中，中国车辆齿轮与工业齿。在整个齿轮行业中，中国车辆齿轮与工业齿轮所占的比例与欧、美、日本的情况是一致的。轮所占的比例与欧、美、日本的情况是一致的。 目前，汽车手动变速箱目前，汽车手动变速箱( (含重、中、轻
8、、微、轿含重、中、轻、微、轿) )、工程机械换挡变速箱、大、工程机械换挡变速箱、大/ /中中型农机变速传动的配套、摩托车齿轮已经基本立足国内生产，基本满足了主机厂的型农机变速传动的配套、摩托车齿轮已经基本立足国内生产，基本满足了主机厂的配套需要，已经有部分齿轮件或变速箱出口，但在汽车自动变速箱方面，目前仍由配套需要，已经有部分齿轮件或变速箱出口，但在汽车自动变速箱方面，目前仍由进口产品控制。在车辆驱动桥、主被动螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮及轮边减速机方面，进口产品控制。在车辆驱动桥、主被动螺旋锥齿轮、直齿锥齿轮及轮边减速机方面，大部分能满足国内配套需要。大部分能满足国内配套需要。齿轮产品构成比车辆齿
9、轮占60齿轮产品市场情况 中国齿轮工业在中国齿轮工业在“十五十五”期间得到了快速发展：期间得到了快速发展：20072007年年1-121-12月，中国全部齿轮、月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值1365.41365.4亿元，比上年同期增长亿元，比上年同期增长30.9630.96；20082008年年1-101-10月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值月，中国全部齿轮、传动和驱动部件制造企业实现累计工业总产值1445.21445.2亿元，比上年同期增长亿元，比上年同期增长32.9232.92。已成为中国机械基础
10、件中规模最大的行业。已成为中国机械基础件中规模最大的行业。就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名已超过意大利，居世界第四位。位。 从生产区域来看，华东地区齿轮业发展最快，从生产区域来看，华东地区齿轮业发展最快，20072007年其产量占到全国总量的年其产量占到全国总量的52.8%52.8%。华东地区齿轮企业相对比较集中，尤其是江浙两省，民营企业数量较多。其他地区华东地区齿轮企业相对比较集中，尤其是江浙两省，民营企业数量较多。其他地区依次为：华北地区占依次为：华北地区占19.1%19.1%，西南占，西南占8.7%8
11、.7%，华中占，华中占8.1%8.1%，西北占，西北占6.7%6.7%，东北为，东北为4.7%4.7%。 中国齿轮制造业与发达国家相比还存在自主创新能力不足、新品开发慢、市场中国齿轮制造业与发达国家相比还存在自主创新能力不足、新品开发慢、市场竞争无序、企业管理薄弱、信息化程度低、从业人员综合素质有待提高等问题。现竞争无序、企业管理薄弱、信息化程度低、从业人员综合素质有待提高等问题。现阶段齿轮行业应通过市场竞争与整合，提高行业集中度，形成一批拥有几十亿元、阶段齿轮行业应通过市场竞争与整合，提高行业集中度，形成一批拥有几十亿元、5 5亿元、亿元、1 1亿元资产的大、中、小规模企业；亿元资产的大、中
12、、小规模企业； “十一五十一五”末期，中国齿轮制造业年销售额预计可达到末期，中国齿轮制造业年销售额预计可达到13001300亿元，人均销售额上亿元，人均销售额上升到升到6565万元万元/ /年，在世界行业排名中达到世界第二年，在世界行业排名中达到世界第二。2006-20102006-2010年将新增设备约年将新增设备约1010万万台，即每年用于新增设备投资约台，即每年用于新增设备投资约6060亿元，新购机床亿元，新购机床2 2万台，每台平均单价万台，每台平均单价3030万元。到万元。到20102010年，中国齿轮制造业应有各类机床总数约年，中国齿轮制造业应有各类机床总数约4040万台，其中数控
13、机床万台，其中数控机床1010万台，数控万台，数控化率化率2525（高于机械制造全行业平均值（高于机械制造全行业平均值17%17%）。（取材自（取材自20092009年中国齿轮市场研究报告年中国齿轮市场研究报告和和2009-20122009-2012年中国齿轮行业投资分析及前景预测报告年中国齿轮行业投资分析及前景预测报告 ） 由于工艺技术和齿轮制造装备的发展，使得许多过去难以实现的设计要求现由于工艺技术和齿轮制造装备的发展，使得许多过去难以实现的设计要求现在却变得轻而易举在却变得轻而易举; ;反过来它又推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设反过来它又推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统
14、设计中，电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化计中，电子控制、液压传动，齿轮、带链的混合传动，将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。例如，具有燃油消耗低、安全、舒适等优点的汽车自动变速箱，传动组合的方向。例如，具有燃油消耗低、安全、舒适等优点的汽车自动变速箱，将成为现有轿车手动变速箱的换代产品；输入转矩将成为现有轿车手动变速箱的换代产品；输入转矩700- 2000N m700- 2000N m的客车传动全自的客车传动全自动变速箱，因其换档轻便、安全、舒适、重量轻、噪声小、与发动机匹配好等优动变速箱，因其换档轻便、安全、舒适、重量轻、噪声小、与发动机匹配好等优点，将是今
15、后豪华客车的主要点，将是今后豪华客车的主要传动配套产品。传动配套产品。世界各主要工业国，都把推广自动变速箱，世界各主要工业国，都把推广自动变速箱，改进性能，降低其制造成木作为重点。我国改进性能，降低其制造成木作为重点。我国汽车齿轮和变速箱行业在制造一般汽车齿轮汽车齿轮和变速箱行业在制造一般汽车齿轮变速箱没有困难，汽车自动变速箱产品配套变速箱没有困难，汽车自动变速箱产品配套则大部分需要依靠进口。则大部分需要依靠进口。两款奔驰汽车变速器两款奔驰汽车变速器自动变速器自动变速器我国制齿装备尚不能较好解决自动变速器等若干特殊齿轮加工的要求齿轮加工的难题之一 内斜齿轮的精密加工 国际上，国际上，动力传动齿
16、轮装置技术主要沿着小型化、高速化方向发展动力传动齿轮装置技术主要沿着小型化、高速化方向发展；齿轮箱产品；齿轮箱产品朝着系列化、标准化、模块化方向发展。技术上各国普遍采用的措施：朝着系列化、标准化、模块化方向发展。技术上各国普遍采用的措施：普遍采用普遍采用硬齿面硬齿面技术，提高齿轮强度和耐磨性；技术，提高齿轮强度和耐磨性；应用以圆弧齿轮等为代表的应用以圆弧齿轮等为代表的特殊齿形特殊齿形替代渐开线齿形（如英法合作研制的舰载直替代渐开线齿形（如英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统），提高承载能力，由于工艺困难而未得到推广；升飞机主传动系统），提高承载能力，由于工艺困难而未得到推广；在大型船舶、冶金、
17、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，在大型船舶、冶金、矿山、水泥一轧机等大型传动装置中，行星齿轮传动行星齿轮传动以其体以其体积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多；积小、同轴性好、效率高的优点而应用愈来愈多； 提高齿轮的工作参数提高齿轮的工作参数，如高速齿轮的传递功率达到，如高速齿轮的传递功率达到1000-30000kw1000-30000kw，齿轮圆周速度，齿轮圆周速度达到达到2020200m200ms s，传递扭炬达，传递扭炬达l00l00200t.m200t.m，要求使用寿命在，要求使用寿命在20203030年以上，有些年以上，有些齿轮的精度等级要求达到齿轮的精度等级要求达到3 36
18、6级；级；由于对高速齿轮平稳性与噪声有较高的要求，广泛采用由于对高速齿轮平稳性与噪声有较高的要求，广泛采用齿轮齿面修形。齿轮齿面修形。特别对于特别对于圆周速度超过圆周速度超过100m100ms s（如透平齿轮等）的高速齿轮，由于运转中的发热和弹性力效（如透平齿轮等）的高速齿轮，由于运转中的发热和弹性力效应应 要求在设计始对产生的热变形和齿面的弹性变形进行齿形修正。要求在设计始对产生的热变形和齿面的弹性变形进行齿形修正。（主要取材自（主要取材自2006-05-192006-05-19中国机械资讯网）中国机械资讯网）随着国内外市场竞争的加剧，在保证产品质量前提下如何进一随着国内外市场竞争的加剧，在
19、保证产品质量前提下如何进一步降低齿轮制造成本，成为齿轮制造技术发展的核心议题！步降低齿轮制造成本，成为齿轮制造技术发展的核心议题！齿轮传动装置技术的发展趋势小型化、高速化齿轮制造中两类典型的工艺路线1 1、欧美路线欧美路线（齿轮精度高，制造成本高）（齿轮精度高，制造成本高）滚齿（插齿、锻齿）滚齿（插齿、锻齿）热处理热处理磨齿；磨齿；2 2、日本路线日本路线（齿轮精度满足需要，成本低）（齿轮精度满足需要，成本低）滚齿（插齿、锻齿）滚齿（插齿、锻齿）剃齿剃齿热处理；热处理；3 3、为了降低齿轮制造成本，、为了降低齿轮制造成本，中国基本采用日本路线中国基本采用日本路线 由于热处理引起齿部的变形，一般
20、要降低齿轮精度由于热处理引起齿部的变形，一般要降低齿轮精度1 12 2级，为了使热处理后的齿轮精度保持在级，为了使热处理后的齿轮精度保持在7 7级左右，需要通过级左右，需要通过剃齿工艺，将滚齿后的精度提高后，再经热处理，达到齿剃齿工艺，将滚齿后的精度提高后，再经热处理，达到齿轮所需的精度。轮所需的精度。汽车齿轮加工最常用的工艺方法及其特点（1 1）滚齿（插齿、锻齿）滚齿（插齿、锻齿）剃齿剃齿热处理热处理（珩齿）。（珩齿）。特特点：加工效率高、加工成本低，适合轿车及微型车齿轮加点：加工效率高、加工成本低，适合轿车及微型车齿轮加工；工；（精度（精度7 78 8级）级）（2 2）滚（插齿）滚（插齿）
21、剃齿剃齿热处理。热处理。特点：加工效率高、加特点：加工效率高、加工成本低，适合于一般中重型汽车齿轮加工；工成本低，适合于一般中重型汽车齿轮加工；（精度（精度7 78 8级）级）（3 3）滚（插齿）滚（插齿）热处理热处理磨齿磨齿。特点：加工精度高、加。特点：加工精度高、加工效率较低、加工成本较高，适合于高速齿轮、大型客车、工效率较低、加工成本较高，适合于高速齿轮、大型客车、高档重型汽车齿轮的加工。高档重型汽车齿轮的加工。（精度（精度6 67 7级）级）（取材自（取材自现代零部件现代零部件20092009年第年第1 1期廖绍华文章：期廖绍华文章：“汽车齿轮加工技术和典型装备汽车齿轮加工技术和典型装
22、备”） 根据齿轮生产厂家的介绍，在齿轮精度项目中，周节和齿向误差较容根据齿轮生产厂家的介绍，在齿轮精度项目中，周节和齿向误差较容易控制，而齿形误差最不容易控制，而齿形误差对齿轮箱的噪声影响很易控制，而齿形误差最不容易控制，而齿形误差对齿轮箱的噪声影响很大，如何经济方便解决齿轮修形，提高齿形精度，是齿轮制造中需要解大，如何经济方便解决齿轮修形，提高齿形精度，是齿轮制造中需要解决的一项重要问题。决的一项重要问题。 齿轮热处理后，精度将降低齿轮热处理后，精度将降低1 1级甚至级甚至2 2级。热处理变形的主级。热处理变形的主要类型有内孔畸变、齿廓变形、齿向扭转、轴向弯曲和端而要类型有内孔畸变、齿廓变形
23、、齿向扭转、轴向弯曲和端而挠曲等。其主要变形原因是齿轮急剧冷却时产生的热应力和挠曲等。其主要变形原因是齿轮急剧冷却时产生的热应力和马氏体相变时的相变应力造成的。由于淬火后齿轮零件要发马氏体相变时的相变应力造成的。由于淬火后齿轮零件要发生变形，为了保证齿轮精度满足图纸要求，需要通过齿部的生变形，为了保证齿轮精度满足图纸要求，需要通过齿部的精整加工提高其精度。淬火前齿部精整加工的方法主要有剃精整加工提高其精度。淬火前齿部精整加工的方法主要有剃齿和挤齿，剃齿方法使用最为普遍。齿和挤齿，剃齿方法使用最为普遍。齿轮热处理后的变形是影响齿轮精度最重要的因素 日本汽车为了降低成本，放弃了磨日本汽车为了降低成
24、本，放弃了磨齿工艺，为了减小热处理后的变形，齿工艺，为了减小热处理后的变形，采取以下措施：采取以下措施：1 1、与钢厂签订协议，严格控制齿轮钢、与钢厂签订协议，严格控制齿轮钢材料成分；材料成分；2 2、采用选用可控气氛一类先进热处理、采用选用可控气氛一类先进热处理炉等措施，严格控制热处理工艺；炉等措施，严格控制热处理工艺；3、通过大量工艺实践，积累收集齿轮变形数据，修改剃齿刀齿形，进行变形补偿。、通过大量工艺实践，积累收集齿轮变形数据，修改剃齿刀齿形，进行变形补偿。 剃齿是利用斜齿轮啮合齿面会产生相对滑动剃齿是利用斜齿轮啮合齿面会产生相对滑动的原理，在与被加工齿轮啮合运转过程中，剃的原理，在与
25、被加工齿轮啮合运转过程中，剃齿刀齿面上众多的切削刃将从被切齿轮齿面上齿刀齿面上众多的切削刃将从被切齿轮齿面上切下极薄金属层，剃齿后齿轮精度一般可达切下极薄金属层，剃齿后齿轮精度一般可达6 6、7 7级，级，RaRa为为0.80.80.4m0.4m。剃齿生产率高，加工剃齿生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一般只需一个中等尺寸的齿轮一般只需2 24 min4 min，与磨，与磨齿相比较，可提高生产率齿相比较，可提高生产率1010倍以上。倍以上。刀具寿命刀具寿命长。为了提高生产率，开发了多种剃齿工艺，长。为了提高生产率，开发了多种剃齿工艺，如切向剃齿、径向剃齿、对角剃齿等。如切向剃齿、径向剃齿、对角剃
26、齿等。剃齿是目前我国使用最普遍的齿轮精加工工艺剃齿刀剃齿刀几种剃齿方法的比较 7070年代初，继纵向、对角和切向剃齿法之后年代初，继纵向、对角和切向剃齿法之后, , 西德的西德的Carl HurthCarl Hurth公司又研制出径公司又研制出径向剃齿法。径向剃齿取消了纵向走刀运动使加工时间成倍缩短。为了扩大齿长方向向剃齿法。径向剃齿取消了纵向走刀运动使加工时间成倍缩短。为了扩大齿长方向的接触范围和克服剃齿中凹问题的接触范围和克服剃齿中凹问题, , 需要沿齿向和齿高两个方向进行修形，将剃齿刀需要沿齿向和齿高两个方向进行修形，将剃齿刀的接触线从直线修成反鼓形，径向剃齿刀的制造变得复杂和困难。径向
27、剃齿法的优的接触线从直线修成反鼓形，径向剃齿刀的制造变得复杂和困难。径向剃齿法的优点简单归纳如下：点简单归纳如下：1 1、提高生产率可提高约、提高生产率可提高约1 1倍。倍。2 2、提高齿面光洁度被剃齿轮齿面粗糙度比以往剃齿法降低一半左右。、提高齿面光洁度被剃齿轮齿面粗糙度比以往剃齿法降低一半左右。3 3、提高了剃齿刀寿命、提高了剃齿刀寿命为了适应径向剃齿要求提高机床刚度，如今已经有一些径向剃齿机和径向剃齿刀产为了适应径向剃齿要求提高机床刚度，如今已经有一些径向剃齿机和径向剃齿刀产品问世。但由于径向剃齿刀制造不易，而且只适合特定模数和齿数的齿轮，目前使品问世。但由于径向剃齿刀制造不易，而且只适
28、合特定模数和齿数的齿轮，目前使用不多。用不多。推广径向剃齿法是剃齿工艺的主要发展趋势图5 齿部齿形中凹现象及修缘剃齿后齿面出现中凹和齿轮修缘的需要，必须对剃齿刀进行修形 剃齿刀与齿轮啮合的重叠系数在剃齿刀与齿轮啮合的重叠系数在1 12 2之之间，当轮齿刚进入和脱出啮合期间属于两间，当轮齿刚进入和脱出啮合期间属于两齿同时啮合，齿面接触压力较小；当轮齿齿同时啮合，齿面接触压力较小；当轮齿转到中间附近时，只有一齿啮合，齿面接转到中间附近时，只有一齿啮合，齿面接触压力增大，从而造成齿面中部金属被多触压力增大，从而造成齿面中部金属被多剃除一些，出现齿面中凹现象。剃除一些，出现齿面中凹现象。由于滚刀、机床
29、调整、热处理等引起的由于滚刀、机床调整、热处理等引起的齿形误差，有些也可用剃齿刀修形齿形误差，有些也可用剃齿刀修形（反（反变形技术）变形技术）克服克服加工出高精度齿轮的方法是一个不断试验修改的过程 标准渐开线齿形的剃齿刀，剃出来的齿轮齿形会发生标准渐开线齿形的剃齿刀，剃出来的齿轮齿形会发生“中凹现中凹现象象”，为了剃削出符合图纸规定齿形的齿轮，要求磨出中凹齿形，为了剃削出符合图纸规定齿形的齿轮，要求磨出中凹齿形的剃齿刀，为此要对磨削剃齿刀的大平面磨齿机砂轮进行精密修的剃齿刀，为此要对磨削剃齿刀的大平面磨齿机砂轮进行精密修形。为了剃削出合格的齿轮，应配套提供经过修形的剃前滚刀。形。为了剃削出合格
30、的齿轮，应配套提供经过修形的剃前滚刀。而不论剃齿刀和滚刀齿的修形是一个不断试验修改的过程。而不论剃齿刀和滚刀齿的修形是一个不断试验修改的过程。 图5 齿部齿形中凹现象及修缘 从保证产品质从保证产品质量的角度，除滚量的角度，除滚齿机、剃齿机和齿机、剃齿机和配套刀具应具有配套刀具应具有必要精度外，从必要精度外，从技术和装备保证技术和装备保证上能否对剃齿刀上能否对剃齿刀和剃前滚刀刀齿和剃前滚刀刀齿实现快速精确修实现快速精确修形？也是制约齿形？也是制约齿轮加工上水平的轮加工上水平的重要因素。重要因素。剃出高精度齿轮的方法是一个不断试验修改的过程确定剃齿刀磨床合理砂轮修形曲线包含两类迭代试验过程确定剃齿
31、刀磨床合理砂轮修形曲线包含两类迭代试验过程硬齿面主要精加工方法1 1、硬齿面精滚（刮滚）、硬齿面精滚（刮滚）2 2、硬齿面剃齿、车齿（刮剃、刮车）、硬齿面剃齿、车齿（刮剃、刮车）3 3、珩齿（外珩齿、内珩齿）、珩齿（外珩齿、内珩齿）4 4、研齿、跑合、研齿、跑合5 5、展成磨齿、展成磨齿6 6、成形磨齿、成形磨齿 精加工后的齿轮，因为热处理而是其精度降低精加工后的齿轮，因为热处理而是其精度降低1 12 2级。级。因此，为了保证齿轮产品质量常常需要增加硬齿面精加工因此，为了保证齿轮产品质量常常需要增加硬齿面精加工工序。硬齿面精加工主要的加工方法如下：工序。硬齿面精加工主要的加工方法如下： 通常齿
32、面硬度在通常齿面硬度在HBS300HBS300350 350 的称为中硬齿面，齿面硬度大于的称为中硬齿面，齿面硬度大于HBS350HBS350的则称为硬齿面。中硬齿面及硬齿面的预加工大多采用硬质合金滚刀的则称为硬齿面。中硬齿面及硬齿面的预加工大多采用硬质合金滚刀（硬质合金插齿刀）进行精加工。采用硬质合金滚刀刮削加工的方法是（硬质合金插齿刀）进行精加工。采用硬质合金滚刀刮削加工的方法是近年来齿轮制造业的技术进步和重大的技术革新。精度可达近年来齿轮制造业的技术进步和重大的技术革新。精度可达7 78 8级级，齿，齿面粗糙度面粗糙度Ra6.3 1. 25m 。齿面刮削技术主要用于较高精度硬齿面齿轮。齿
33、面刮削技术主要用于较高精度硬齿面齿轮的精滚（插）齿和高精度硬齿面齿轮齿形的磨削前半精滚（插）齿。的精滚（插）齿和高精度硬齿面齿轮齿形的磨削前半精滚（插）齿。关于硬齿面刮滚工艺1 1、刮滚工艺对滚齿机的要求刮滚工艺对滚齿机的要求：机床的结构刚度要高；机床传动链的间隙要小，特：机床的结构刚度要高；机床传动链的间隙要小，特别对工作台的分度蜗杆副的间隙要严格控制，否则可能引起振动和滚刀刀齿崩刃。别对工作台的分度蜗杆副的间隙要严格控制，否则可能引起振动和滚刀刀齿崩刃。2 2、对硬质合金刮削滚刀的要求对硬质合金刮削滚刀的要求：滚刀制成直槽：滚刀制成直槽 前角，刀片多为前角，刀片多为YT05 YT05 硬质
34、硬质合金，采用真空炉焊接，制造精度要求较高。精度分合金，采用真空炉焊接，制造精度要求较高。精度分A A、AAAA两种。两种。3 3、常用切削用量常用切削用量如下表：如下表：030 硬齿面刮滚工艺硬齿面刮滚工艺（含硬质合金插齿刀插（含硬质合金插齿刀插削中硬齿轮）的精度达削中硬齿轮）的精度达78级，齿形精度不高；级，齿形精度不高；齿轮的模数、尺寸和热齿轮的模数、尺寸和热处理变形量越大采用硬处理变形量越大采用硬齿面滚齿的效果也越好齿面滚齿的效果也越好, ,目前总体应用较少。目前总体应用较少。 珩齿加工是应用齿轮形珩磨轮与被珩齿轮作珩齿加工是应用齿轮形珩磨轮与被珩齿轮作自由啮合自由啮合传动，相当于一对
35、传动，相当于一对交错轴斜齿轮传动，利用其齿面间的相对滑动速度和压力来进行珩削的一交错轴斜齿轮传动，利用其齿面间的相对滑动速度和压力来进行珩削的一种齿面精加工方法。一般用于淬硬齿轮的最终加工。珩磨轮的基本材料有种齿面精加工方法。一般用于淬硬齿轮的最终加工。珩磨轮的基本材料有两种，一种为具有一定弹性的合成树脂，其上均匀密布着锐利的磨料颗粒；两种，一种为具有一定弹性的合成树脂，其上均匀密布着锐利的磨料颗粒；另一种为电镀另一种为电镀CBNCBN在金属珩轮机体上。在金属珩轮机体上。 传统上认为珩齿主要用于提高齿面光洁度，本世纪以来，瑞士、德国采传统上认为珩齿主要用于提高齿面光洁度，本世纪以来，瑞士、德国
36、采用用高精度齿轮式金刚石修整轮对珩磨轮进行修形的技术高精度齿轮式金刚石修整轮对珩磨轮进行修形的技术，使珩齿精度明显，使珩齿精度明显提高。例如大连机床厂齿轮分厂用于珩磨提高。例如大连机床厂齿轮分厂用于珩磨C620C620床头箱齿轮，齿形、齿向、床头箱齿轮，齿形、齿向、基节精度都显著提高，床头箱整体噪声比不珩齿下降基节精度都显著提高，床头箱整体噪声比不珩齿下降3 35dB5dB。珩珩 轮轮珩齿工艺的原理与发展齿轮形珩轮齿轮形珩轮 两种珩削的齿面加工方法。两种珩削的齿面加工方法。1 1） 外齿珩轮珩齿法外齿珩轮珩齿法： 普通软面珩轮耐用度低、仅能少许改善齿面质量，仅用于普通软面珩轮耐用度低、仅能少许
37、改善齿面质量，仅用于清除淬火黑皮。硬面珩轮不仅能光整，而且还有纠正齿轮齿形误差、基节误差、齿清除淬火黑皮。硬面珩轮不仅能光整，而且还有纠正齿轮齿形误差、基节误差、齿向误差，并将齿轮精度提高向误差，并将齿轮精度提高1 1 级以上。近年来德国级以上。近年来德国Harth Harth 公司发展出一种公司发展出一种CNC CNC 同步同步外啮合珩齿机，外啮合珩齿机， 这种机床原理实质上为采用齿轮状这种机床原理实质上为采用齿轮状CBN CBN 涂层刀具，类似于剃齿时涂层刀具，类似于剃齿时交叉轴空间啮合进行切削。交叉轴空间啮合进行切削。2 2） 内齿珩轮珩齿法内齿珩轮珩齿法：1979 1979 年瑞士年瑞
38、士Fassler Fassler 公司开发推出了内齿珩轮珩齿机床，公司开发推出了内齿珩轮珩齿机床，由于内齿珩轮和工件有更大重叠系数，修正能力比外齿珩轮要强，但这种随动啮合由于内齿珩轮和工件有更大重叠系数，修正能力比外齿珩轮要强，但这种随动啮合在修正工件齿形和齿距误差上并不理想。近年来，美国在修正工件齿形和齿距误差上并不理想。近年来，美国Gleason-Hurth Gleason-Hurth 公司又开发公司又开发出强力内齿珩，最大特点是利用出强力内齿珩，最大特点是利用CNC CNC 数控轴控制实现内齿珩轮和被珩齿轮间的强制数控轴控制实现内齿珩轮和被珩齿轮间的强制传动，不仅能提高齿形、齿向精度，而
39、且能大大提高工件的齿距精度，传动，不仅能提高齿形、齿向精度，而且能大大提高工件的齿距精度， 对降低齿对降低齿轮的噪声非常有效，珩后齿轮精度可达轮的噪声非常有效，珩后齿轮精度可达6 6 级，而加工成本却只有磨齿的一半。级，而加工成本却只有磨齿的一半。蜗杆珩轮蜗杆珩轮内珩轮内珩轮珩齿技术的发展：外齿珩内齿珩；自由珩同步珩（数控）先进珩齿机的代表“球面珩齿”全数控的珩齿机本内珩齿机床由本内珩齿机床由GleasonGleasonHurthHurth公司推出。公司推出。工件、珩轮工件、珩轮2 2回转数控坐标回转数控坐标C1C1、C2C2，通过电子，通过电子齿轮箱可实现联动；另有齿轮箱可实现联动；另有X
40、X、Y Y、Z Z、A A四坐标四坐标数控，使各种珩齿运动循环实现自动化。金数控，使各种珩齿运动循环实现自动化。金刚修整轮对内珩磨轮进行修形，以提高珩磨刚修整轮对内珩磨轮进行修形，以提高珩磨齿轮的精度。齿轮的精度。齿廓修形的必要性 由于齿轮制造误差、受力和受热变形等因素的影响，当轮齿进入啮由于齿轮制造误差、受力和受热变形等因素的影响，当轮齿进入啮合和脱离啮合的瞬间，两啮合副不会是预期的两曲面的平滑接触，而合和脱离啮合的瞬间，两啮合副不会是预期的两曲面的平滑接触，而常常发生齿的尖端与另一齿的根部接触，从而产生极大的冲击和噪声，常常发生齿的尖端与另一齿的根部接触，从而产生极大的冲击和噪声，污染了环
41、境并降低齿轮的寿命。对于高速齿轮，这一问题特别严重。污染了环境并降低齿轮的寿命。对于高速齿轮，这一问题特别严重。克服齿轮传动冲击的主要措施是对齿轮轮廓进行修形。其中包括修缘克服齿轮传动冲击的主要措施是对齿轮轮廓进行修形。其中包括修缘与修根。与修根。齿向修形的必要性 由于齿轮的齿向等误差和受力下齿轮轴由于齿轮的齿向等误差和受力下齿轮轴变形等因素的影响，使齿面的接触发生偏变形等因素的影响，使齿面的接触发生偏载。齿面接触集中在很小的面积上，除产载。齿面接触集中在很小的面积上，除产生噪声外，还将引起齿轮寿命的降低。解生噪声外，还将引起齿轮寿命的降低。解决的主要措施之一是齿向修形，修成鼓形决的主要措施之
42、一是齿向修形，修成鼓形齿的形状后，齿面接触分布集中的情况将齿的形状后，齿面接触分布集中的情况将大为改善。大为改善。 正常啮合的齿面接正常啮合的齿面接触痕迹，有分布均触痕迹，有分布均匀的接触区匀的接触区 由于偏载引起齿面接触由于偏载引起齿面接触痕迹偏向一方，产生噪声痕迹偏向一方，产生噪声和将引起齿面过早破坏。和将引起齿面过早破坏。HS高速齿轮箱的齿轮修形南京给尔传动设备有限公司南京给尔传动设备有限公司齿轮研磨与跑合技术发展1 1、传统齿轮研磨与跑合主要用于提高齿面光洁度、去毛刺、传统齿轮研磨与跑合主要用于提高齿面光洁度、去毛刺、降低噪声，对改善齿轮精度的作用不大；在弧齿锥齿轮、降低噪声，对改善齿
43、轮精度的作用不大；在弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮制造中是不可缺少的工序，圆柱齿轮中应用准双曲面齿轮制造中是不可缺少的工序，圆柱齿轮中应用较少；较少；2 2、为了提高研磨、跑合效果，去除金属可选择磨料研磨、为了提高研磨、跑合效果，去除金属可选择磨料研磨、电火花跑合等方式；为了增加齿面相对运动，可选择齿轮电火花跑合等方式；为了增加齿面相对运动，可选择齿轮中心距周期摆动、由超声波换能器产生的高频振动等方式中心距周期摆动、由超声波换能器产生的高频振动等方式及其它们的组合；及其它们的组合；3 3、研究齿轮对研过程中改善齿轮精度和降低噪声方面的进、研究齿轮对研过程中改善齿轮精度和降低噪声方面的进展：形成鼓形齿
44、机理、改善齿形误差机理。展：形成鼓形齿机理、改善齿形误差机理。硬齿面以对研代磨之例 郑州纺织机械股份有限公司设计制造了一种凸轮摇摆机构研磨修形机床，用于郑州纺织机械股份有限公司设计制造了一种凸轮摇摆机构研磨修形机床，用于修复噪声超标的减速机和制造新减速机，将研齿代替磨齿列入正式工序，取得很修复噪声超标的减速机和制造新减速机，将研齿代替磨齿列入正式工序，取得很佳效果，研磨一对齿轮仅几分钟得到鼓形齿，磨削一对齿轮要数十分钟，提高工佳效果，研磨一对齿轮仅几分钟得到鼓形齿，磨削一对齿轮要数十分钟，提高工效数十倍，提高了啮合精度和传动平稳性。效数十倍，提高了啮合精度和传动平稳性。1 1、变频调速电机将动
45、力经主动小齿轮传给从动大齿轮，大齿轮轴上通过尼龙阻、变频调速电机将动力经主动小齿轮传给从动大齿轮，大齿轮轴上通过尼龙阻尼轮加载，在大小轮齿面上产生研磨压力；尼轮加载，在大小轮齿面上产生研磨压力；2 2、采用电火花跑合磨料研磨相结合的方式去除金属；、采用电火花跑合磨料研磨相结合的方式去除金属；3 3、通过中心距小幅周期运动实现齿顶、齿根修形；通过大轮箱小幅摆动修齿向、通过中心距小幅周期运动实现齿顶、齿根修形；通过大轮箱小幅摆动修齿向齿轮轴受力变形而导致齿轮啮合齿轮轴受力变形而导致齿轮啮合不良将引起强烈噪声。经对研成不良将引起强烈噪声。经对研成鼓形齿后会明显得到改善。鼓形齿后会明显得到改善。齿轮光
46、整加工新工艺动态力互研法1. 1. 床身床身2. 2. 偏心装置偏心装置3. 3. 立柱立柱4. 4. 滑鞍滑鞍5. 5. 上电上电机机6. 6. 弹簧弹簧7. 7. 飞轮飞轮8. 8. 龙门架龙门架9. 9. 工件工件( (齿轮齿轮) ) 10. 10. 心轴心轴11. 11. 纵向工作台纵向工作台12. 12. 横向工作台横向工作台 在研齿过程中在研齿过程中, , 两互研齿轮精度同时得到提高主要有两互研齿轮精度同时得到提高主要有2 2种机制在起作用种机制在起作用, , 即即动态研动态研磨和误差均化磨和误差均化。它是利用计算机控制。它是利用计算机控制, , 使使2 2个齿轮按理论传动比运转个
47、齿轮按理论传动比运转, , 无所谓主动轮无所谓主动轮与被动轮之分与被动轮之分, ,不施加额定载荷不施加额定载荷, , 而是依靠齿轮本身误差产生的动态力来达到研磨目而是依靠齿轮本身误差产生的动态力来达到研磨目的。齿轮误差大的地方齿面动态啮合力就大的。齿轮误差大的地方齿面动态啮合力就大, , 齿面研磨量也就大齿面研磨量也就大; ;研齿时研齿时, , 要周期性要周期性改变互研齿轮的中心距使互研齿轮在齿廓上充分研磨。此时误差均化作用将在互研改变互研齿轮的中心距使互研齿轮在齿廓上充分研磨。此时误差均化作用将在互研齿轮的齿面上发生齿轮的齿面上发生, , 在降低齿面粗糙度的同时在降低齿面粗糙度的同时, ,
48、对齿形误差、齿距偏差等均有不同对齿形误差、齿距偏差等均有不同程度的均化。程度的均化。使齿轮精度稳定达到使齿轮精度稳定达到6 65 5级级, , 齿面粗糙度可达齿面粗糙度可达R aR a0.40.4微米。微米。从动齿轮左右摆动从动齿轮左右摆动以改变中心距离以改变中心距离1 1、主动轮（铜制精确齿轮），、主动轮（铜制精确齿轮），2 2、喷液嘴，、喷液嘴，3 3、从动轮（被加工齿轮），、从动轮（被加工齿轮），4 4、供液管，、供液管，5 5、泵，、泵，6 6、混粉乳液，、混粉乳液，7 7、9 9、精密尼龙中间齿轮，、精密尼龙中间齿轮，8 8、回液管，、回液管，1010、电脉冲电源、电脉冲电源电火花加
49、工硬齿面工艺 采用普通线切割机脉冲电源，在铜标准齿轮（作为电极采用普通线切割机脉冲电源，在铜标准齿轮（作为电极1 1）和被加工齿轮（作为电）和被加工齿轮（作为电极极2 2）齿面之间保持适当放电间隙，通过电火花放电去除多余金属以提高齿轮精度。）齿面之间保持适当放电间隙，通过电火花放电去除多余金属以提高齿轮精度。圆柱齿轮电化学鼓形修整的研究修整后修整后的齿形的齿形齿轮浸泡的以磷酸为齿轮浸泡的以磷酸为主的酸性电解液中，主的酸性电解液中，通以通以24V直流电。直流电。 采用了专门设计、制造的齿轮电化学鼓形修整设备如图。采用了专门设计、制造的齿轮电化学鼓形修整设备如图。 通过电化学方式，齿轮无加通过电化
50、学方式，齿轮无加工变形及残余应力工变形及残余应力, , 并能去除飞边及毛刺等并能去除飞边及毛刺等, , 在对齿轮进行修形加工的同时在对齿轮进行修形加工的同时, , 还对齿轮还对齿轮进行了电化学抛光设备。简单，成本低，存在排污问题。进行了电化学抛光设备。简单，成本低，存在排污问题。制造技术与机床制造技术与机床2000 2000 年第年第1 1 期期智能控制的电化学齿轮修形新工艺研究 提出了一种基于实时控制的电化学齿轮修形的新方法提出了一种基于实时控制的电化学齿轮修形的新方法, , 作者设计并制作了电化作者设计并制作了电化学齿轮修形的加工装置学齿轮修形的加工装置, , 利用人工神经网络的方法在已知
