精密蝸輪剃齒刀制造新工藝

1、精密蝸輪剃齒刀制造新工藝歐陽(yáng)志喜 寧波雙林汽車(chē)部件股份有限公司 摘 要：本文介紹一種采用電火花成型加工蝸輪剃齒刀容屑槽的新工藝，為在機(jī)械行業(yè)中推廣采用剃齒工藝加工蝸輪創(chuàng)造了條件。關(guān)鍵詞：蝸輪、剃齒刀、電火花、容屑槽 高精度的蝸輪的傳統(tǒng)精加工工藝是剃齒滾切加工，精度為國(guó)標(biāo)GB/T10089-88 56級(jí)的精密分度蝸輪，其輪齒在用蝸輪滾切加工后，要求通過(guò)采用高精度剃齒刀對(duì)蝸輪進(jìn)行精剃加工。 蝸輪剃齒刀的形狀與主要尺寸（如模數(shù)、頭數(shù)、齒形角、螺旋升角、旋向、導(dǎo)程、分圓直徑等）都同原配對(duì)蝸桿一樣，與蝸桿所不同處僅在其螺紋表面上開(kāi)出許多小的容屑槽，以形成切削刃，如圖1所示1。當(dāng)它與蝸輪嚙合時(shí)，由于嚙合副

2、齒面間的很大滑移，這些小容屑槽形成的一個(gè)個(gè)刀刃便從蝸輪齒面上剃下很薄的一層層切屑。用蝸輪剃齒刀作為精切蝸輪的刀具的主要優(yōu)點(diǎn)是，剃齒刀齒形與蝸桿齒形的一致性容易保證。因?yàn)槟ハ魈挲X刀的牙形時(shí)，是與蝸桿在同一臺(tái)蝸桿（或螺紋）磨床上，在機(jī)床（和砂輪）同一次調(diào)整（和修整）的情況下磨出的。所以用此剃齒刀剃出的蝸輪與蝸桿配合時(shí)，接觸精度很高，接觸面在齒長(zhǎng)和齒高方向都容易達(dá)到85%以上。而用蝸輪滾刀則沒(méi)有這樣好的條件，盡管在設(shè)計(jì)和制造滾刀時(shí)，都力求使其切削刃在基本蝸桿的螺旋面上，也就是力求使?jié)L刀齒形與蝸桿齒形一致，但滾刀的齒面是由鏟齒形成的，而不像剃齒刀那樣是與蝸桿一起磨出來(lái)的，故難以作到像剃齒刀那樣更加符合

3、蝸桿齒形的要求。但以上所述的做法，在組織生產(chǎn)中也是很難作到的。因?yàn)檫@類(lèi)蝸輪剃齒刀的兩側(cè)螺紋面上開(kāi)有許多小容屑槽，需要采用一種專用插槽機(jī)床將刀坯上容屑槽插削加工成型。因此，在國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家刃具廠才能制造出這種精密蝸輪剃齒刀；所以蝸輪剃齒刀的價(jià)格十分昂貴。此外，蝸輪的配對(duì)蝸桿是由齒輪生產(chǎn)廠家自行組織加工，根本不可能實(shí)現(xiàn)蝸輪剃齒刀與蝸桿牙形在同一臺(tái)磨床上，同一次調(diào)整的條件下進(jìn)行磨削加工。這種外協(xié)生產(chǎn)的蝸輪剃齒刀的牙形，與生產(chǎn)廠家加工的蝸桿牙形是不可能作到完全一致。由于剃齒刀的制造工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、蝸輪鏟磨剃削質(zhì)量等很難達(dá)到預(yù)期效果，使得這種剃齒工藝無(wú)法獲得廣泛采用。如果生產(chǎn)廠家能找到一種采用通用

4、加工工藝來(lái)完成剃齒刀的容屑槽加工，實(shí)現(xiàn)自行制造高精度剃齒刀，則就可能為這種蝸輪精密剃齒工藝的實(shí)施大開(kāi)其方便之門(mén)。參考文獻(xiàn)2介紹了重慶前衛(wèi)儀表廠利用自行研制的晶體管鏟磨機(jī)，采用“全電火花”工藝鏟磨加工A級(jí)JB2497-78全切式整體硬質(zhì)合金漸開(kāi)線滾刀。這種滾刀對(duì)于塑料齒輪專業(yè)廠所需的加工齒輪電極用滾刀制造提供了極大的方便。圖1 精密蝸輪剃齒刀本文將介紹寧波雙林汽車(chē)部件股份有限公司傳動(dòng)廠于2007年自主科技創(chuàng)新，采用EDM電火花工藝完成剃齒刀容屑槽的成型加工，并取得了完滿成功，特將這一成果與齒輪界的科技同行們共同分享。一、蝸輪剃齒刀制造新工藝EDM電火花機(jī)和線切割機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代模業(yè)最重要的加工手段

5、，這類(lèi)電加工機(jī)床已經(jīng)遍及到我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中的大小生產(chǎn)廠家。如何利用這類(lèi)電加工機(jī)床實(shí)施剃齒刀容屑槽的成型加工，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：(1) 蝸輪剃齒刀采用W6Mo5Cr4V2煅打坯料，除剃齒刀容屑槽外，其他加工工序均與原普通剃齒刀相同。但要求剃齒刀基本蝸桿螺紋牙形，按剃齒刀的設(shè)計(jì)要求與蝸桿同批、同機(jī)臺(tái)一次磨削加工完成；(2) 根據(jù)圖1所示的蝸輪剃齒刀小容屑槽的幾何形狀和尺寸要求，設(shè)計(jì)電火花成型加工用紫銅齒條電極。如圖2所示的電極，是采用普通線切割機(jī)成型切割加工完成；(3) 在普通國(guó)產(chǎn)EDM電火花機(jī)上，采用普通分度頭夾持剃齒刀芯桿，校正電極與剃齒刀的相對(duì)位置。為了提高加工效率與降低容屑槽表面粗糙度，可實(shí)施粗

6、-中-精電規(guī)準(zhǔn)與水平搖動(dòng)電加工。每加工完成一排容屑槽后，每加工完一排容屑槽后，可通過(guò)分度頭分齒；(4) 由鉗工采用夾持金剛石指形砂輪的電動(dòng)磨頭，按剃齒刀容屑槽形狀的幾何和尺寸要求開(kāi)出后隙面。如果蝸輪剃齒刀的模數(shù)較小，可采用金剛石銼刀進(jìn)行手工修銼成型刀刃后隙面。也可以設(shè)計(jì)一種專用齒條電極，采用電火花成型工藝來(lái)完成剃齒刀的后隙面加工。圖2 電火花成型加工蝸輪剃齒刀容屑槽用電極二、蝸輪剃齒刀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1) 蝸輪剃齒刀外徑蝸輪剃齒刀的外徑應(yīng)大于蝸桿，以便能切出蝸輪的全部有效工作齒廓；但應(yīng)小于蝸輪滾刀的外徑，以避免剃齒刀的頂刃參加切削，值可用下式計(jì)算： 式中 蝸桿外徑 (2) 剃齒刀分度圓齒厚剃齒刀的

7、分度圓齒厚按下式計(jì)算 式中 蝸輪齒厚下偏差 剃齒刀用鈍后的重磨量當(dāng)對(duì)蝸輪副的嚙合側(cè)隙要求嚴(yán)格時(shí)，也可取蝸桿的齒厚為剃齒刀實(shí)際齒厚減去要求的側(cè)隙，以保證蝸輪副在最佳狀態(tài)下工作。(3) 剃齒刀刀刃的刃帶寬度根據(jù)參考文獻(xiàn)2介紹：要求在齒全高上要求保持基本一致，在加工錫青銅蝸輪時(shí)可取為，加工球墨鑄鐵蝸輪時(shí)可取為。刃帶表面粗糙度取，剃齒刀刃帶的寬度及其表面粗糙度對(duì)加工蝸輪的齒面粗糙度有很大影響，不可忽視。三、蝸輪的剃削加工(1) 采用滾齒機(jī)剃齒加工蝸輪在滾齒機(jī)上采用剃齒刀滾切蝸輪時(shí)，需特別細(xì)心。滾齒機(jī)床分度蝸桿和滾刀主軸的軸向竄動(dòng)都應(yīng)嚴(yán)格控制，剃齒刀的軸臺(tái)徑向跳動(dòng)應(yīng)校正在以內(nèi)。蝸輪精滾刀和剃齒刀都應(yīng)有專

8、用的刀桿，當(dāng)剃齒刀內(nèi)孔和兩端面精磨好后，裝配在專用刀桿上，然后再進(jìn)行刀具的軸臺(tái)、外圓和齒形的精磨加工。精磨以后，以及將來(lái)剃齒刀刀刃用鈍重磨時(shí)，都不再卸下刀桿，這就完全消除了刀具的安裝誤差。(2) 采用車(chē)床或臥銑剃削加工蝸輪許多非齒輪專業(yè)廠家，在單件和小批量制造精密蝸輪時(shí)多采用加工時(shí)可采用車(chē)床或臥銑剃削加工蝸輪。這種自由剃齒加工法，即不由機(jī)床傳動(dòng)鏈傳動(dòng)，而是通過(guò)剃齒刀帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行剃削。這樣，機(jī)床傳動(dòng)鏈的周期誤差不會(huì)反映到工件上。用自由剃削法加工蝸輪時(shí)，剃前蝸輪的精度必須嚴(yán)格控制才能得到良好的剃齒效果。經(jīng)自由剃削加工的蝸輪，其相鄰周節(jié)誤差也可控制在以內(nèi)。圖3所示的采用EDM成型加工的剃齒刀

9、，適應(yīng)于在車(chē)床按自由剃削法加工蝸輪。(3) 蝸輪剃削加工切削用量在滾齒機(jī)上剃齒時(shí)，剃削余量可根據(jù)蝸輪模數(shù)大小，滾齒加工質(zhì)量確定。對(duì)于小模數(shù)蝸輪為，可采用徑向走刀切削，走刀量為工件每轉(zhuǎn)進(jìn)刀。由此看出，剃齒刀只是在蝸輪齒面上刮下去很薄的一層金屬。但在車(chē)床或臥銑剃削加工模數(shù)較大的蝸輪時(shí)，剃削余量可取為左右。圖3 采用EDM成型加工的蝸輪剃齒刀照片(4) 采用單頭剃齒刀剃削加工多頭蝸輪加工多頭蝸輪時(shí)，為使剃齒刀制造簡(jiǎn)單，也可以做成單頭剃齒刀，其螺旋角等于多頭蝸桿的螺旋角，也就是說(shuō)本來(lái)應(yīng)做成多頭剃齒刀，現(xiàn)在只做其中的一個(gè)頭。當(dāng)蝸輪齒數(shù)與蝸桿頭數(shù)有公因數(shù)時(shí)需分度加工。用單頭剃齒刀加工多頭蝸輪時(shí)，蝸輪的齒距精度將稍受影響。不管采用以上那一種方式剃削加工蝸輪，都要求剃齒刀的軸線準(zhǔn)確調(diào)整到位于被剃削加工蝸輪的中心平面上。四、小 結(jié)某滾絲機(jī)錫青銅大蝸輪（），由于配對(duì)蝸桿牙面局部脫落將蝸輪齒面嚴(yán)重?fù)p傷，采用新工藝制造剃齒刀在車(chē)床上進(jìn)行剃削修復(fù)加工實(shí)況見(jiàn)圖4照片。剃齒刀頂裝在車(chē)床上，由機(jī)床主軸帶動(dòng)低速傳動(dòng)。大蝸輪連同原機(jī)床兩單列圓錐滾子軸承一道安裝在車(chē)床刀架上專配心軸