徐逊
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙剑哈尔滨 150066
摘要：在航空领域使用的鼓形齿轮，具有尺寸精度高、结构复杂且集成化程度高的特点，导致该类零件的加工格外困难。文章主要介绍了基于多用途、高精度新型数控磨齿机和不可修整CBN砂轮加工鼓形齿轮的方法，研究加工过程中的齿形齿向误差分析和修正方法，填补了公司在加工小模数鼓形齿方面的技术空白。
关键词：鼓形齿；多轴数控磨削；鼓形量分布
1 概述
齿轮箱壳体的加工精度高，工艺难度较大，特别是国外精度等级高的高速齿轮箱。文章通过技术人员潜心研究、精益求精，操作先进的数控加工设备，调试了设备的精度、刀具、工装、工艺参数、多种加工方法，对齿轮箱壳体第一件和正式件进行加工，研究出了一套高精度齿轮箱壳体小批量加工生产的合理、优化、新的工艺技术方案。
鼓形齿轮与直齿轮相比，以其承载能力强、角位移补偿量大、齿面啮合良好、噪声小等优点，在联轴器等民用产品广泛使用。
航空用鼓形齿轮，一般用于具有弹性要求的轴类齿轮传扭结构件上，属于关键零部件。见图1，由于航空用鼓形齿轮的齿形轮廓特殊和尺寸精度要求高，只能用高精度数控磨齿机进行加工。
2 齿轮加工参数设定
所使用的数控磨齿机具备四轴联动功能，具备多位置主轴和多种自动找正功能，配置西门子SINUMERIK 840D系统，具备良好的人及交互界面和强大的模拟功能。
（1）基本参数设定。输入齿数、法向模数、法向压力角、跨棒距尺寸、量棒直径、跨齿数、齿形点频率等参数。
（2）确定渐进磨削方式。为了避免在砂轮过于锋利等原因而导致的过切现象出现，数控系统设置了特殊的渐进磨齿方式。15个齿磨削完成后，再重新把初始3个留有余量的齿进行最终尺寸的磨削，保证磨削精度。
3 齿形磨削及调整
经过试验研究证明，齿轮由于无法避免在制造和安装时产生的偏差，受载变形，实际啮合过程中产生振动和偏载等诸多因数的影响，如果仅考虑提高制造和安装精度必然会增加生产成本，无法从根本上解决问题，而鼓形齿恰恰有效地解决了上述产生的偏差受载变形等实际问题。鼓形齿是机械零件中重要的基础件，在相同的模数、齿数、齿宽下鼓形齿比直齿轮的允许角位移提高50%；避免了在角位移条件下直齿轮凌边挤压和应力集中的问题；与直齿轮比较鼓形齿的承载能力平均提高15%～20%。
鼓形齿的常见加工方法为自动进给法，此方法需要在数控箱上输入鼓形齿的仿形程序达到加工的目的。鼓形齿曾经是我公司的常规产品，由于数控滚齿机使用年限太久、设备老化、数控箱损坏。数控滚齿机不能正常满足鼓形齿的工艺要求，机床维修、更新费用太大，通过小组的研发，用普通滚齿机床（1.25米）YN31125通过设计靠模板，使用靠模法手动进给的方式加工鼓形齿，来代替数控滚齿机床达到鼓形齿的工艺加工要求。靠模法是手动进给法的一种，适用于单件小批量加工鼓形齿的方法，其精度达到数控滚齿机的加工精度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在工件第一个齿槽试磨完成后，必须在齿轮测量机上对齿形进行检测，依据检测结果对机床进行调整，对于CBN磨轮来说，齿形上的余量是否均匀、余量过多或过少不是“齿形调整”的主要内容。
4 齿向磨削及调整
齿向磨削主要是齿面的鼓形量分布及调整，也是该零件加工的关键。鼓形分布的调整是鼓形调整的依据，首先需要必须确保检验状态与标准的一致性。如图2所示，在齿向的（零件轴线方向）鼓形曲线上测量所取的曲线段不同，测量结果也将不同。
若测量中取了左侧鼓形线A1-A2-A3线段，右侧鼓形线中的B1-B2-B3线段，测量结果就会显示鼓形有角度误差，上端齿形小，下端齿形大。相反，测量结果也会显示鼓形有角度误差。
5 锥齿轮啮合面的研究
与渐开线圆柱齿轮一样，锥齿轮的装配也存在着锥齿轮轴线的平行、相交、异面的情况，其中两轴线异面时锥齿轮啮合情况复杂。
（1）正常接触时，接触区域位于齿宽的中部，其宽度接近齿宽的一半；从齿轮侧面观察，接触区域靠近齿轮小端；以分度圆为基准进行观察，接触区域位于小齿轮与大齿轮齿面之间。
（2）锥齿轮装配时出现高低接触的现象，比如小齿轮接触区域太高或太低，由于小齿轮轴向定位存有误差所致，或者同一齿轮一侧的接触区域高，一侧低等。
解决方法：1）沿轴线向外移动小齿轮，若造成间隙过大，可适当移动大齿轮；2）沿轴线向里移动小齿轮，若造成间隙过小，可适当移动大齿轮；3）上述两种情况无法进行调节时，调换零件或增加隔套进行调整。（3）锥齿轮装配时同向接触，即两齿轮的齿两侧同在小端接触或同在大端接触。
解决方法：1）在中心距误差允许的范围内，对移动的轴承座进行调整；2）若无法进行装配调整时，可以通过增加隔套的方法进行补偿调整。（4）锥齿轮装配时异向接触，比如接触区域靠近分度圆，造成两齿轮在齿两侧，一侧接触大，一侧接触小；小齿轮小端位于分度圆的外侧或内侧。
解决方法：1）沿轴线移动小齿轮，在确保轴及孔的位置正确后，仔细检查各零件的加工误差是否符合要求；2）若无法进行装配调整时，也可以通过增加隔套的方法进行补偿调整。
6 结束语
通过具体零件的加工实验，掌握了特殊结构高精度鼓形齿磨削过程中参数调整、齿形齿向调整、鼓形量分布辨别方法和调整原理；探索了新型高性能机床的新功能、新操作方法，填补了公司关于特殊结构小模数鼓形齿轮磨削的技术空白。
参考文献：
[1]齿轮箱壳体的静力和振动阻尼研究 Syed Rizwan Ui Haque 哈尔滨工程大学 2010-05-01
[2]脉冲电化学及电化学机械齿轮光整与修形加工技术研究 庞桂兵 大连理工大学 2005-04-01
[3]碳纤维复合材料回转壳体数控加工技术研究 康永峰 大连理工大学 2008-11-01
[5] 螺旋锥齿轮脉冲电化学及电化学机械光整加工技术研究 马宁 大连理工大学 2010-04-01
论文作者:徐逊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/25
标签：齿轮论文; 加工论文; 齿形论文; 磨削论文; 齿轮箱论文; 数控论文; 轴线论文; 《防护工程》2018年第13期论文;