齿部特殊修形磨齿加工研究

齿部特殊修形磨齿加工研究

严锋辉,孙红星,王炳荣

陕西法士特齿轮有限责任公司  宝鸡722409

【摘 要】 通过研究成型磨齿齿形成型原理，精确控制齿形，实现快速调整。通过研究砂轮修整原理掌握齿顶修缘磨齿加工，合理选择修形方式。通过研究砂轮磨削成型及修整原理形成齿形齿向鼓形中心调整策略。        

【关键词】成型法磨齿、齿轮精度、分段修形、齿顶修缘、鼓形中心    

1、齿部精度的对比分析

目前重型汽车变速箱齿轮齿形要求齿形整体为一段圆弧，使用圆弧修形即可实现齿形的加工。乘用车新能源变速箱齿轮齿形要求齿顶增加了修缘fko。齿形分为主齿形和齿顶修缘，为了啮合的平稳性，对齿形鼓形中心要求严格，不能采取常规的修形方式进行加工，需寻求其它加工方式。传统重型汽车变速器齿轮对于齿向仅要求齿向fhβ平均值，乘用车新能源变速器齿轮为了保证产品的噪音满足要求，对于齿向增加了Vβf及变动量的要求。基于上述分析，乘用车新能源变速器齿轮相较于重卡变速器齿轮，加工难度大。对于小批量产品采用蜗杆磨齿加工前期需投入金刚滚轮及砂轮，成本较高。未固化产品齿形存在后期更改图纸的可能性，会导致金刚滚轮报废。故本次加工采用成型磨齿加工。

2、 修形方式

产品图纸要求齿形分段评定，分为主齿形和齿顶修缘，且需要精准控制齿形压力角、鼓形大小和鼓形高点位置，为保证加工精度，首先要选取合适的齿形修形方式。

2.1、齿顶直线倒角修形

齿顶直线倒角修行将整段齿形分为两段，两段结合处无光滑过渡，选择选取前提条件如下：

①齿顶倒角修缘量，它是单边齿厚的减少量，产品图要求0.2mm

②过渡圆角半径R，过渡圆角半径必须大于所选金刚石修整轮半径0.05mm以上,产品图要求R2。

③齿顶倒角起始圆直径，即渐开线终止圆直径。

YK7340A成型磨齿机自带金刚滚轮R1.5不满足上述条件，故未选择上述修行方式。

2.2、标准修行

目前可供选择的方式还有标准修形，通过对修形各起点和终点的位置进行精确控制达到精确调整齿形压力角、鼓形量、鼓形值。

对照产品图纸齿形要求可以看出主齿形段的直线段比例尽可能小，可以保证主齿形圆滑。齿顶修缘处R圆弧段尽可能长，可以保证整体齿形符合要求。综合考虑后选择标准修形加工此零件。

3、 齿形调整

根据成型磨齿调整加工流程，预留0.2mm的跨球距余量，输入相关参数，得到齿部精测报告，根据精测报告对后续数值进行调整 。

3.1、齿形齿向初步调整

通过对齿形整体分析，输入工艺参数磨齿得图1齿形：

图1 首次磨齿测票

分析上述齿部精度检测报告发现存在以下几个问题：

①主齿形和齿顶段过渡不圆滑；②齿形鼓形中心位置超差；③齿形鼓形值偏小；

④齿向鼓形中心超差。

针对上述问题分析原因如下：

①齿向鼓形变动量大主要是因为齿向变动量Vβf达到0.01，需校准夹具，保证装夹后外圆跳动在0.005以内；②主齿形和齿顶段过渡不圆滑主要是因为齿顶修缘起始点（La2）选择不当；③齿形鼓形中心超差主要原因是齿形压力角偏下差，且成型圆起点和终点位置偏差导致；④齿形鼓形值偏小主要是因为鼓形起点和终点位置选择偏差。

3.2、齿形精准调整

根据成型原理，可以看出齿形压力角、齿形鼓形值、齿形鼓形高点三者之间是互相联系、互相影响，如图2所示：

图2 成型原理图

从上述成型原理图可以看出：

①齿形压力角越大，齿形鼓形高点越靠下，鼓形值也会变大。现场通过CAD绘制出标准齿形，然后根据图5测票数值进行精准计算，可以准确计算出主齿形成型圆起点（Lf2）和主齿形成型圆终点（La2）。根据计算现场将La2上调1.2mm，Lf2下调0.6mm，直线段比例减小至5%，可以满足齿形要求。②将La2上调后带来的效果是鼓形圆弧终点靠上，消除了主齿形和齿顶修缘过渡段的尖点。

上述调整后得到图3所示齿形图：

图3 齿形调整后测票

3.3、齿向精准调整

此零件采用两顶尖顶紧，涨套涨紧外圆装夹方式。装夹过程中顶尖的同轴度及磨损情况对齿向的影响很大。齿向鼓形中心超差主要原因是工件装夹后，夹具两顶尖不同心，现场夹具装夹后标记出初始位置用千分表打两头外圆跳动分别为0.005,0.004。将零件旋转90°再打两外圆跳动分别为0.004,0.005，继续旋转零件90°打两外圆跳动0.005以内。

尾架顶尖无合金头，加工一段时间后出现毛刺、凸起。现场每次装夹都用抛光棉去除顶尖和中心孔高点和毛刺，保证装夹精度。精测后如图4所示，齿向鼓形中心在产品图纸要求设计范围内，连续加工50件，齿向稳定可靠。

图4 齿向调整后测票

4、 结 论

通过以上试验可以得出，现场通过绘制1:1齿形框图，根据测票输入计算，可以精确调整齿形鼓形中心、鼓形量、压力角，保证齿部精度合格。通过对夹具装夹有效性进行验证，可以保证齿向鼓形高点满足工艺要求。

参考文献：

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2.郭辉，赵宁，侯胜文.基于碟型砂轮的面齿轮磨齿加工误差误差分析及试验研究

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4.高新荣，史仁贵，李瑞春.成型磨齿裂纹产生原因分析及工艺优化措施[J].内燃机与配件，2018（20）:141-142。

5.谢晋，党项敏.圆弧形金刚石砂轮的数控对磨成形修整试验[J].机械工程学报，2008.2，44（2）：103-107。

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