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剃齒工藝與磨齒工藝對(duì)比分析

關(guān)鍵詞 剃齒 , 磨齒 , 砂輪|2018-01-25 11:31:36|應(yīng)用技術(shù)|來(lái)源 齒輪傳動(dòng)
摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)建設(shè)水平的提升,很多種類(lèi)型包括汽車(chē)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械等一些零件的生產(chǎn)、加工,都不能通過(guò)傳統(tǒng)的方式來(lái)完成,必須在機(jī)械制造上,以及精密加工上投入較多的努力,這樣才能在...

  隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)建設(shè)水平的提升,很多種類(lèi)型包括汽車(chē)、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械等一些零件的生產(chǎn)、加工,都不能通過(guò)傳統(tǒng)的方式來(lái)完成,必須在機(jī)械制造上,以及精密加工上投入較多的努力,這樣才能在最終的產(chǎn)品特性上得到更大的提升,減少固有的缺失與不足。文章針對(duì)齒輪精加工中剃齒工藝和磨齒工藝兩種加工手段相互比較展開(kāi)討論。

  在目前齒輪精度加工領(lǐng)域,最常用的兩種加工方式分別是剃齒加工和磨齒加工;剃齒是在熱處理前進(jìn)行的,而磨齒是在熱處理之后進(jìn)行的。近幾年來(lái),隨著機(jī)械加工精度的不斷提高、數(shù)控機(jī)床的不斷完善以及加工軟件的迅速發(fā)展,因此導(dǎo)致精加工行業(yè)人士認(rèn)為,磨齒工藝會(huì)逐步取代剃齒工藝;原因在于以往很多齒輪的加工隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展,精度要求越來(lái)越高,剃齒工藝已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)狀,最終很多供應(yīng)商都選擇了磨齒工藝。但縱觀(guān)到現(xiàn)在,剃齒加工工藝還是齒輪精度加工最主要的手段,而磨齒工藝只是使用在一些比較精密或是很精密的零件上。

  剃齒工藝與磨齒工藝的相互比較

  齒輪剃齒工藝與磨齒工藝并存的原因很多,在下文中挑出了幾個(gè)典型的領(lǐng)域進(jìn)行分析對(duì)比:

  (1)降低齒輪傳動(dòng)噪音

  傳動(dòng)噪音的主要原因在于齒輪的精度,變速箱內(nèi)齒輪軸向相互嚙合的間隙以及變速箱的結(jié)構(gòu)。

  隨著機(jī)械行業(yè)不斷的發(fā)展,不斷的探索,不斷的實(shí)驗(yàn),不斷的改進(jìn),剃齒工藝越來(lái)越成熟;由于剃齒工藝的成本投入少,工作效率快,齒輪精度也能滿(mǎn)足大部分的客戶(hù)要求,因此剃齒工藝在齒輪精度加工領(lǐng)域占了很大的比重。

  在如今機(jī)械行業(yè)中,不缺乏有些產(chǎn)品精度需求及高,要求特定的K形線(xiàn)(齒形)。生產(chǎn)商為了滿(mǎn)足齒輪使其適應(yīng)在各個(gè)領(lǐng)域達(dá)到不同的精度需求,所使用的方式還是磨齒工藝;但盡管磨削加工工藝能完全滿(mǎn)足不同客戶(hù)的不同精度要求,但其加工費(fèi)用讓大多數(shù)人望而止步;投資成本以及加工過(guò)程中產(chǎn)生的損耗很高,很難用較低的成本獲取高質(zhì)量的齒輪。

  (2)減少或消除熱處理變形

  在熱處理變形這個(gè)領(lǐng)域,磨齒工藝完全不需要考慮變形問(wèn)題,因?yàn)槠涔に嚨奶赜刑匦裕庸X輪精度是在產(chǎn)品熱處理后進(jìn)行的,完全依靠磨齒機(jī)床及配對(duì)軟件的控制,配合產(chǎn)品定制對(duì)應(yīng)的金剛滾輪修出的砂輪,可以修出任意K形線(xiàn),并且能保證產(chǎn)品齒面的粗糙度。

  而剃齒工藝是放在熱處理前,在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行熱處理的過(guò)程中,產(chǎn)品會(huì)有不穩(wěn)定的變化,從而導(dǎo)致齒輪精度會(huì)下降一個(gè)等級(jí)甚至更多;雖然在生產(chǎn)中,會(huì)通過(guò)分析研究因熱處理造成的齒輪齒形及齒向的變形,在剃齒加工期間加以補(bǔ)償量(反變形),以達(dá)到減小熱處理變形;剃齒是一個(gè)修形的過(guò)程,即使熱處理后有些生產(chǎn)商會(huì)加一道珩齒工序,但是齒形基本已定形,無(wú)法做很大的變動(dòng),基本上微乎其微,而且粗糙度很大程度上難以保證。但其優(yōu)勢(shì)不可忽略,通過(guò)對(duì)剃齒加工工藝剃齒參數(shù)及特殊剃齒刀的各方面控制,可以達(dá)到理想的齒輪齒向精度,從而降低傳動(dòng)噪音,實(shí)現(xiàn)用低成本的剃齒工藝加工出與高成本磨齒工藝加工的相同質(zhì)量的齒輪,滿(mǎn)足各種變速齒輪的質(zhì)量要求。

  (3)剃齒與磨齒在產(chǎn)品加工過(guò)程中的優(yōu)劣

  剃齒工藝在能滿(mǎn)足客戶(hù)要求的允許下,具有靈活而迅速性、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高,機(jī)床費(fèi),加工費(fèi)、維修費(fèi)低,可降低成本等特點(diǎn)。而反觀(guān)磨齒工藝,除了齒輪精度這方面能完勝剃齒工藝,其他反面完全弱剃齒工藝一籌。

  (4)實(shí)例對(duì)比

  同樣加工自動(dòng)變速用的高速檔齒輪,采用磨齒工藝可以在大約2分鐘內(nèi)左右獲得6級(jí)精度(DIN標(biāo)準(zhǔn))齒輪,但是在此之前還必須定制專(zhuān)用的金剛滾輪及工裝,在機(jī)床損耗,電氣費(fèi)用方面投入需求也很大。

  而采用剃齒加工獲得同樣精度等級(jí)的齒輪所需加工時(shí)間比一般磨削的減少30~45s;此外,剃齒加工所購(gòu)置的數(shù)控剃齒機(jī)床費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磨齒機(jī),使用的工裝刀具費(fèi)用也低于磨齒工藝,所以選擇磨齒加工的成本在一些特定的精度范圍為內(nèi)是剃齒加工的兩倍甚至三倍。

  鑒于上述情況,在選擇齒輪加工工藝之前,首先應(yīng)估算所有費(fèi)用和利潤(rùn)。

  剃齒工藝的進(jìn)步

  隨著機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展,剃齒工藝也在逐步的進(jìn)步,逐步的完善;而磨齒工藝它固有特有特性(熱處理后齒輪精度加工),以及其發(fā)展的空間小,而限制了其進(jìn)步的腳步。

  (1)剃齒機(jī)床以及工藝的發(fā)展

  近50年來(lái),剃齒機(jī)床不斷地發(fā)展,從半自動(dòng)到完全靠軟件程序執(zhí)行的數(shù)控剃齒,剃齒技術(shù)也日益完善。最新的數(shù)控剃齒機(jī)床可以執(zhí)行各種各樣的剃齒加工程序,而且在對(duì)同一齒輪的剃齒過(guò)程中,可以從一種剃齒方法轉(zhuǎn)到另一種剃齒方法(軸向剃齒和徑向剃齒);對(duì)齒向的修正也可以使用數(shù)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn),直接取代了以前人工修正齒向,在加工效率上邁了一大步。這些特殊的工藝過(guò)程都是靠數(shù)控程序執(zhí)行。數(shù)控剃齒機(jī)在剃齒過(guò)程中可以靈活的改動(dòng)主軸轉(zhuǎn)速,徑向進(jìn)給量,軸向速度,齒向的偏擺等參數(shù),這些都是有利于提高產(chǎn)品的精度以及生產(chǎn)效率。

  ①?gòu)较蛱挲X

  徑向剃齒是刀具或齒輪垂直于齒輪軸移動(dòng),加工方式是剃齒刀包裹所加工齒輪整個(gè)齒寬,剃齒刀無(wú)需軸向運(yùn)動(dòng),只需徑向進(jìn)給,通常進(jìn)給次數(shù)為4-6次,最后一次進(jìn)給是為了光整齒輪齒面,提升齒面光潔度。這種加工方式優(yōu)點(diǎn)在于加工效率快,但是其缺點(diǎn)也是在于它的加工方式,無(wú)法加工太過(guò)寬的齒輪;原因在于齒輪齒寬過(guò)寬,也就意為著剃齒刀需要多寬,在生產(chǎn)加工過(guò)程中,需要考慮到人工,成本,加工太寬的齒輪使用這種加工方式是不可取的。

  ②軸向剃齒

  軸向剃齒是通過(guò)刀具或齒輪沿齒輪軸向移動(dòng)來(lái)達(dá)到剃齒刀與齒輪嚙合點(diǎn)的移動(dòng),可以遍及齒輪的齒寬,加工方式是剃齒刀與部分齒輪齒寬嚙合,不僅需要徑向進(jìn)給,而且也需要沿著軸向走個(gè)來(lái)回,通常這種動(dòng)作需要重復(fù)4-6次,每次重復(fù)此動(dòng)作前徑向必須進(jìn)給,最后一次也是和徑向剃齒一樣,也是為了光整齒輪齒面,提升齒面光潔度;這種加工方式優(yōu)點(diǎn)在于可以加工一些比較寬的齒輪,正好補(bǔ)充了徑向剃齒的不足。

  所以在生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)該充分評(píng)估各方面,包括人工,刀具,齒輪外形,成本等因素,再來(lái)選擇用什么樣的剃齒方式,實(shí)現(xiàn)低成本,高效率。

  (2)剃齒刀的改進(jìn)

  目前剃齒刀不像齒輪加工業(yè)使用的其它刀具那樣有很大的進(jìn)展。剃齒加工時(shí),切除的材料不多,切削速度也不高,因此加工中刀具刃口的壓力不大。盡管如此,有關(guān)專(zhuān)家仍覺(jué)得有必要使剃齒刀刃口更加鋒利以便能降低損耗。剃齒刀的制造工藝沒(méi)有變化,涂層工藝對(duì)剃齒刀的損耗也沒(méi)有很大的作用,因此專(zhuān)家們把注意力轉(zhuǎn)到了改善剃齒槽的側(cè)面粗糙度上。現(xiàn)在開(kāi)發(fā)的數(shù)控梳槽機(jī)已使剃齒刀容屑槽側(cè)面的加工表面粗糙度有了很大改變。此外,日本已有研究人員在有關(guān)刀具材料熱處理后的液化氮深冷處理方面進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)這種方法使剃齒刀材料的特性予以改變,平均使用壽命延長(zhǎng),剃齒刀的性能也有所改善。

  縱觀(guān)上所述:在目前的以及未來(lái)的十幾年中,剃齒工藝仍然會(huì)占主導(dǎo)地位,原因在于剃齒工藝效率高,成本低,另一方面現(xiàn)代數(shù)控剃齒刀磨床的飛速發(fā)展,實(shí)現(xiàn)了靈活性、高精度及快速,這三個(gè)主要特點(diǎn)使采用剃齒工藝加工的齒輪精度得到了顯著的改進(jìn),能滿(mǎn)足絕大部分的客戶(hù)要求,從而導(dǎo)致仍然會(huì)占主導(dǎo)地位;而磨齒工藝由于其投入成本高,維修費(fèi)用也高的緣故,只能適用一些高精度和一些無(wú)法量產(chǎn)的產(chǎn)品加工,但是不排除未來(lái)能攻克投入成本和維修這兩個(gè)難題,讓磨齒代替剃齒,使得機(jī)械行業(yè)飛速發(fā)展。

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