剃齒刀設(shè)計(jì)和剃削工藝對(duì)剃齒質(zhì)量的影響

1、剃齒刀設(shè)計(jì)和剃削工藝對(duì)剃齒質(zhì)量的影響        剃削是當(dāng)前齒輪加工的主要精加工方法之一，特別是徑向剃齒，這種加工方法已在汽車行業(yè)特別是轎車生產(chǎn)行業(yè)中得到廣泛采用，也得到了業(yè)內(nèi)人士的密切關(guān)注。剃齒刀是剃削加工中決定剃齒質(zhì)量和效率的主要因素，有了好的剃齒刀，剃削加工的優(yōu)勢(shì)就可以得到充分發(fā)揮。1 徑向剃齒刀的容屑槽分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒條件是保證剃齒刀質(zhì)量的關(guān)鍵在徑向剃削的實(shí)踐中時(shí)常會(huì)遇到表面粗糙度不好、齒形成S 型中凹等問題。這當(dāng)然與冷卻液的潤(rùn)滑能力、清潔狀況、采用的工藝參數(shù)、剃刀齒形的修形狀況及剃齒機(jī)精度等都有關(guān)。但

2、主要的因素是剃齒刀的設(shè)計(jì)質(zhì)量和剃齒刀的維護(hù)狀況所決定的：剃削是由剃刀齒面容屑槽與剃刀齒面的交線剃刀刃口來完成的，徑向剃齒刀的刀刃在剃刀齒面上的分布情況與剃削表面質(zhì)量密切相關(guān)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒，就不會(huì)產(chǎn)生剃齒齒形的S 形奇變。而剃齒刀容屑槽排列的螺旋方向與剃齒軸交角的方位、剃刀齒數(shù)與齒輪齒數(shù)的比例關(guān)系等也決定著剃削質(zhì)量。1.1 徑向剃齒刀刀齒容屑槽的分布及要求在平行剃齒和對(duì)角剃齒中，由于在加工中有機(jī)床完成的沿齒輪軸線方向的運(yùn)動(dòng)，故對(duì)齒面小槽的位置無特殊要求。但對(duì)于切向剃齒和徑向剃齒，由于加工中機(jī)床沒有軸向運(yùn)動(dòng)，加工中沿齒輪軸向的切削運(yùn)動(dòng)是剃齒時(shí)剃刀和齒輪軸線相交及剃刀和齒輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生了刀刃在

3、齒輪齒向上的相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)，這一滑移運(yùn)動(dòng)的行程遠(yuǎn)小于齒面小槽的槽距。因而，具有標(biāo)準(zhǔn)剃刀那種平行于剃刀端面的環(huán)形分布容屑槽的剃刀是不能完成切向和徑向剃齒的。這樣的剃刀不能剃除全齒面上的剃齒余量。為實(shí)現(xiàn)徑向剃齒，徑向剃刀的容屑槽必須呈現(xiàn)螺旋排列，剃刀還要滿足下列要求:1. 剃刀的齒數(shù)與齒輪的齒數(shù)不能有公約數(shù)，以實(shí)現(xiàn)追蹤剃齒。否則，同樣會(huì)造成被剃齒輪齒面的某些部分上殘留剃削余量。2. 希望剃刀刀齒的軸向切削方向是從已剃齒面向未剃齒面滑動(dòng)，即逆銑方式。3. 剃刀和齒輪齒數(shù)與剃刀容屑槽分布的螺旋方向應(yīng)與剃齒軸交角方向保持適當(dāng)?shù)年P(guān)系。4. 剃刀容屑槽的分組數(shù)與被剃齒輪的齒數(shù)間不能有公約數(shù)，若滿足這一要求可以

4、放松剃刀齒數(shù)與齒輪齒數(shù)間的限制。在設(shè)計(jì)中常采用的方法:P1=YPv-Z1SfNfSf=Pc式中：P1齒輪每轉(zhuǎn)剃齒區(qū)的位移量Pc剃齒刀容屑槽的槽距N剃刀齒數(shù)分組的組數(shù)Z1被剃齒輪的齒數(shù)Sf同一條容屑槽螺旋線上的相臨齒槽錯(cuò)位量，Sf=0.010.05mmF為容屑槽螺旋的頭數(shù)Y和N相關(guān)的系數(shù)常用剃齒刀容屑槽槽距的推薦值見右表。表中給出的對(duì)剃刀刀齒容屑槽設(shè)計(jì)的要求也是在不斷改進(jìn)之中，近年來桑浦坦斯利公司的剃齒刀設(shè)計(jì)已將剃齒軸交角方位與容屑槽螺旋方向的要求排除，這種設(shè)計(jì)方法同樣滿足了徑向剃齒的各種質(zhì)量和性能的要求。1.2 對(duì)稱剃齒是消除剃齒齒形S形奇變的有效途徑剃削時(shí)齒輪輪齒和剃刀刀齒是處于無側(cè)隙的嚙合

5、狀態(tài)，輪齒的兩側(cè)位于嚙合線的點(diǎn)常與剃刀刀齒上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)同時(shí)接觸。在嚙合線的嚙合區(qū)中同時(shí)存在的齒輪齒廓與剃刀齒廓接觸點(diǎn)數(shù)是變化的，這是由剃齒時(shí)刀齒和輪齒在嚙合線上向前移動(dòng)，不斷有新的剃刀刀齒和齒輪輪齒進(jìn)入嚙合，同時(shí)推動(dòng)前面的嚙合齒廓離開嚙合區(qū)間，脫離嚙合的動(dòng)態(tài)過程所造成。在整個(gè)嚙合區(qū)內(nèi)的嚙合齒廓數(shù)隨齒位的不同而異，可能是2、3，也可能是4。e2區(qū)間是兩個(gè)齒廓接觸，e3是在嚙合區(qū)間有三個(gè)齒廓接觸，e4是有四個(gè)齒廓接觸。由于無側(cè)隙嚙合，無論是主動(dòng)齒廓或被動(dòng)齒廓均被加載，在輪齒的兩側(cè)均承受剃齒的接觸壓力。又由于嚙合過程中存在著齒面上的徑向滑動(dòng)，在接觸點(diǎn)上又有摩擦力的作用，故剃齒在輪齒左右齒廓上的接觸壓力

6、并非作用在嚙合線方向上，而是偏離一個(gè)角度，這就是由摩擦力大小所決定的摩擦角。左右兩齒廓上的接觸壓力合成了剃齒時(shí)輪齒承受的總壓力A。由于剃齒刀設(shè)計(jì)的缺陷，剃齒端面重疊系數(shù)選擇不當(dāng)，在嚙合區(qū)間的不同齒位上同時(shí)嚙合的齒廓數(shù)經(jīng)常是有一段兩個(gè)齒廓接觸，三段三個(gè)齒廓接觸及兩段四個(gè)齒廓接觸。兩個(gè)齒廓接觸區(qū)間的中點(diǎn)過剃齒的中心線，并距兩側(cè)二分之一基節(jié)的位置就是兩段四個(gè)齒廓接觸區(qū)的中心位置。實(shí)踐證明，在上述三點(diǎn)上齒輪的齒形不會(huì)產(chǎn)生誤差。將剃齒齒形誤差沿著嚙合線描畫出來，三段偶數(shù)接觸區(qū)的中點(diǎn)上的齒形點(diǎn)均位于零位(就是這些點(diǎn)上無齒形誤差)。而齒形誤差的最大正負(fù)值出現(xiàn)在三段三齒廓接觸區(qū)間的中心位置上。在中間的三點(diǎn)接觸

7、區(qū)上，在這一側(cè)只有一個(gè)齒廓接觸。由于這一點(diǎn)幾乎承擔(dān)了剃齒接觸壓力的50%，故在此點(diǎn)上剃除的余量最多，而在另兩個(gè)三齒廓接觸區(qū)上，此側(cè)均有兩齒廓接觸，接觸壓力最小，剃除的金屬最少，故該點(diǎn)齒面最高。要消除上述齒形誤差，避免在嚙合區(qū)上的奇數(shù)齒廓接觸將是剃刀設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要課題。我們期待的理想條件是在左右兩側(cè)有相同數(shù)量的齒廓接觸，既在嚙合中接觸齒廓的總數(shù)應(yīng)為偶數(shù)，我們就稱之為實(shí)現(xiàn)了“對(duì)稱剃齒”(也稱平衡剃齒)。消除奇數(shù)齒廓接觸區(qū)或?qū)⑵浣抵磷钚。瑢⑻挲X接觸壓力的變化控制在盡可能小的范圍內(nèi)是剃刀設(shè)計(jì)要解決的問題。剃齒時(shí)齒輪與剃刀嚙合區(qū)的長(zhǎng)度是決定有否奇數(shù)齒廓接觸的關(guān)鍵因素。由于嚙合區(qū)長(zhǎng)度由嚙合角及齒輪、剃齒

8、刀的外圓尺寸所決定，因而選擇適當(dāng)?shù)奶甑锻鈴胶偷洱X厚度(或公法線長(zhǎng)度)就成了實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒的有效途徑。如一種模數(shù)1.75、齒數(shù)131、外徑237mm、加工18齒齒輪的剃齒刀，當(dāng)剃刀是新刀時(shí)，采用各種齒形修形及工藝參數(shù)，都難以達(dá)到理想的齒形。有時(shí)經(jīng)過剃齒參數(shù)的多方調(diào)整，可勉強(qiáng)達(dá)到要求，但加工有限的齒輪后，齒形就要超差，不明原因的用戶稱之為“新刀不好用”。而經(jīng)過一段時(shí)間的加工以后，當(dāng)剃刀的外徑處于236.3234.4mm、跨測(cè)14齒的公法線長(zhǎng)度在71.8671.29mm的范圍時(shí)，不但剃齒的齒形容易控制，而且，刀具又有很好的壽命，經(jīng)?？蛇_(dá)到剃齒數(shù)量在萬件以上。這就是剃齒刀在這一直徑范圍實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱(平衡)

9、剃齒的一個(gè)實(shí)例。實(shí)踐說明，剃齒的端面重疊系數(shù)一般應(yīng)大于1.5，而且，同時(shí)接觸的齒廓數(shù)量愈多，剃齒齒形愈容易控制。相反，工件的齒數(shù)愈少(如1114 齒的直齒齒輪)，其剃齒齒形就很難控制。原因是剃齒的重疊系數(shù)很小，而且同時(shí)嚙合齒數(shù)由2 變成1 時(shí)接觸壓力的變化在50%左右。剃齒的齒形S 形中凹就很難消除。因而設(shè)計(jì)這種少齒數(shù)齒輪的剃刀時(shí)更要格外注意滿足剃刀的對(duì)稱剃齒條件。一個(gè)剃齒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給我們展示了實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒的現(xiàn)象:當(dāng)嚙合區(qū)長(zhǎng)度在15.07569mm時(shí)，剃齒的重疊系數(shù)為1.242，此時(shí)在嚙合區(qū)上有奇數(shù)嚙合區(qū)，剃齒齒形成S形，不能滿足齒輪無中凹的要求。但將嚙合區(qū)長(zhǎng)度降到13.7272mm時(shí)，重疊系

10、數(shù)由1.242降到1.1309，此時(shí)消除了奇數(shù)齒廓嚙合區(qū)，得到了較好的剃齒齒形。為實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒，應(yīng)嚴(yán)格遵守下列原則:1. 根據(jù)剃刀修磨后的實(shí)際齒厚(或公法線長(zhǎng)度)在修磨曲線上查出剃刀實(shí)現(xiàn)對(duì)稱剃齒應(yīng)具有的外圓直徑，并將剃刀的外圓修磨到這一直徑。2. 剃刀修磨曲線可遵循時(shí)，應(yīng)保證剃刀的外圓在剃齒時(shí)不與齒輪的齒根及齒根圓弧的起始點(diǎn)接觸。3. 提高剃前齒輪的加工精度，最好是比剃后所要求的齒輪精度低一級(jí)。剃前齒坯在齒根漸開線起始點(diǎn)附近應(yīng)留有剃齒空刀，空刀的起點(diǎn)位置應(yīng)由留剃余量及允許的根切深度確定，以保證剃后的齒形長(zhǎng)度合格。4. 減少剃齒余量，以便在整個(gè)剃齒過程中均能保持對(duì)稱剃齒的條件，剃齒齒形不偏離齒輪

11、設(shè)計(jì)的要求。2 剃齒工藝對(duì)剃齒齒形的影響人們經(jīng)常將齒輪齒形的好壞完全歸結(jié)于剃齒刀的齒形形狀。剃齒刀的齒形固然在很大程度上決定著被剃齒輪的齒形形狀，但這并不是唯一的因素，剃齒的工藝參數(shù)對(duì)齒輪齒形也有著一定的控制作用。這是因?yàn)樘挲X齒形是剃刀齒形和剃齒過程中工藝系統(tǒng)彈性變形的綜合產(chǎn)物。工藝系統(tǒng)的變形是與所采用的工藝參數(shù)分不開的。下面的剃齒實(shí)例可說明這一現(xiàn)象。采用的剃齒刀數(shù)據(jù)為:模數(shù)1.75，齒數(shù)131，螺旋角15°(右旋)，齒形實(shí)際中凹量0.00175mm，壓力角偏差-0.0067mm，齒形偏差0.0026mm，齒形總偏差0.0074mm。剃齒時(shí)首先采用的剃齒用量為:剃刀的轉(zhuǎn)數(shù)140r/m

12、in，徑向進(jìn)刀總行程0.08mm，徑向進(jìn)給速度分別為2mm/min、1.2mm/min、0.7mm/min和0.5mm/min，停歇時(shí)間0.1"1"，剃削一件齒輪的時(shí)間為19"(秒)。剃齒結(jié)果:齒形中凹0.00274mm，不能滿足齒輪的齒形精度要求。為改善剃齒的精度，在沒有重新修磨剃刀的條件下，保持先前采用的剃齒用量，但將每一工步的停留時(shí)間加長(zhǎng)到1.2"3"，總的剃齒時(shí)間為27"28"。所剃齒輪的齒形為中凸0.005mm，完全滿足了齒輪齒形的設(shè)計(jì)要求。從實(shí)例可知，剃齒刀齒形與被剃齒輪的齒形并非是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。同一次刃磨的剃刀采用不同的剃齒工藝，可能得到的齒輪齒形并非相同。由此有以下結(jié)論:滿足某一種