小模数齿轮的高速干切滚齿技术.doc

小模数齿轮的高速干切滚齿技术刘大猷宁波夏厦齿轮有限公司摘要：针对小模数齿轮高速干切滚齿工艺中刀具磨损这一核心问题，本文提出了“保持一定齿廓精度的滚切长度”这一特定的工艺参数作为衡量高速干切滚齿工艺的技术指标,并以此指标作比较，分析探讨与高速干切滚齿工艺相关的设备、刀具、工艺方法、润滑条件等对高速干切滚齿工艺的影响。小模数齿轮由于模数小、生产批量大,许多为轴齿轮，齿数少,精度要求高，采用传统的剃、珩、磨加工困难且经济性差。在此背景下，高速、高效、高精度，且符合环保要求的高速干切滚齿技术，率先在小模数齿轮加工领域得以推广应用。尤其是热处理后的硬齿面高速干切滚齿工艺，突出表现出其优越的工艺性能。在工业发达国家中，小模数高速干切工艺已成为制齿工艺的主流。如在我国设厂的小型减速机行业的日本电产新宝公司，电动工具行业的美国百得、德国博世、日本牧田公司等均采用一次或二次的高速干切制齿加工而摒弃了以往所惯用的传统切齿工艺。宁波夏厦齿轮有限公司于2003年率先在我国引进日本滨井公司的N60六轴数控滚齿机及相关的高速干切滚齿工艺。几年来，我们在对引进设备技术消化吸收的基础上，结合我国的实际情况进行了一些创新，积累了一些经验，也取得了一定的效益，在此仅就工艺实践的角度与大家一起共同交流探讨。本文所述的小模数齿轮含传统定义的模数1mm以下，也可视为现在业内提出的将小模数扩展至模数1.5～2mm以内的齿轮。高速的含义根据我们目前的工艺状况，硬齿面切齿加工一般应达到100m/min以上，而软齿面应达到300m/min以上。在我国也有许多厂家应用传统的普通齿轮机及硬质合金刀具，采用较高的速度进行硬齿面加工，本文的讨论也可涵盖这部分制齿工艺内容。干切的含义为不采用任何润滑条件下进行干切削加工，但包含采用微润滑条件（如喷雾润滑）的准干式切削加工。一、建立一个工艺比较系，确立比较指标我们从实践中知道，高速干切滚齿工艺的实施牵涉到设备、刀具、工艺及润滑条件等。每一个方面又包含若干个要素，这些因素的共同作用形成对工艺的制约。因此我们把制约高速干切工艺的若干要素编制成表格（附后）建立起一个工艺比较系。接下来的问题就是找出一个与各要素相关联便于分析评价和量化的工艺指标。我们称之为“保持一定齿廓精度的滚切长度”（以下简称“相对精度滚切长度”）。其含义是在一定的滚刀使用长度上（一般试验为一个刀位）能保持住一定齿廓精度的最长滚切长度。对于相同的工件来讲，也即是保持住一定齿廓精度的滚刀使用寿命。这样的评价指标就直指问题的实质。实质上，刀具的磨损就是高速干切滚齿工艺的核心问题所在。有了这样一个指标，我们就能方便地对不同工艺条件下的切削实验进行比较，因为我们要求的是相对的齿廓精度，比较的是滚切长度。在不同的设备、刀具、工艺及润滑条件下，只须达到“一定的”齿廓精度，而对其保持住精度的滚切长度进行比较。通过比较，我们可以比较清楚地了解各方面因素对高速干切滚齿工艺的核心问题--刀具磨损的影响，从而找出一些解决问题办法，以期不断地优化工艺。提出这样一个评价方法的依据是从滚齿原理上讲，滚刀与工件作展成运动时，滚刀基准齿条与工件的齿廓存在精确的对应关系，利用现代的检测手段就能精确地检查工件齿廓，从而准确地反映出刀具的磨损状况。在实际滚切加工中，由于存在机床运动误差、滚刀安装误差以及工件受力变形等因素的影响，工件齿廓的检查结果并不如啮合理论所论述的精确地对应于滚刀的齿形变化，但两者之间的关联度是最大的。因此，齿廓检查是监视刀具磨损的最适宜选择。在传统的滚齿工艺中，有滚刀重磨寿命这一定义，即滚刀重磨一次的使用时间，其判断依据是刀刃的“磨损量”及被加工工件的齿面状况等。这种方法对于判断复杂刀具--滚刀的使用寿命来说显然不够准确或过于粗放。滚刀齿形由多段直线，圆弧组成相关联的尺寸和角度；刀刃磨损后也不可能象车刀、铣刀一样通过设备的补偿进给来保持尺寸精度，而是直接引起加工产品的齿廓误差。根据GB/T10095-2001（1S01327-1997）齿轮精度标准定义，齿廓检查是最终判断齿轮产品精度等级的四项必不可少的检查之一。从产品质量的角度上讲，要生产出合格的产品，就必须达到一定的齿廓精度。而保持一定齿廓精度的滚刀最长使用时间，也正是生产工艺所追求的主要目标。围绕这一目标，就必须尽量减少刀具的磨损。然而在高速干切滚齿工艺中，滚刀磨损的原因是复杂的，有时表现出很大的差异，以致于影响这一先进工艺的推广。有了“相对精度滚切长度”这一评价指标，我们就可以对相关方面的影响进行一些分析，并以期通过这些分析，进一步探讨认识高速干切滚齿加工的内在机理和规律，从而推动这一先进工艺更快更好地发展。二、高速干切滚齿设备的分析和选择在其他条件基本相同