如何控制齿轮零件的加工精度

齿轮箱内部大部分零件是齿轮

发布时间：

2018-07-25

齿轮箱内部大部分零件都是齿轮，因此齿轮零件的加工精度对齿轮箱的质量有重大影响。最近，YD13系列齿轮箱在测试过程中频繁出现各种故障，限制了整机的总产量。通过审查和分析测试驱动记录，确定了YD13系列齿轮箱的主要测试故障。通过对这些故障的拆卸和分析，发现大部分故障是由齿轮零件的加工问题引起的。如何提高齿轮零件的加工精度已成为减少齿轮箱故障的主要手段。本文旨在控制和分析齿轮零件的整个加工过程，总结控制齿轮零件加工精度的有效方法，并将其推广到其他类型传动装置的生产中，从而有效降低传动装置的维护成本，提高工厂传动率。
随着国民经济的发展，市场对工程机械齿轮箱的需求日益增长，齿轮箱制造商由于订单增加而变得忙碌。然而，齿轮箱在测试阶段经常出现各种故障，严重制约了齿轮箱的工厂产量。生产的产品无法交付给用户，导致订单大量积压，严重影响产品销售。技术人员在分析和检查这些测试故障时发现，大部分故障是由齿轮零件的加工问题引起的。因此，为了提高传动装置的工厂生产率，必须保证齿轮零件的加工质量。在控制和分析齿轮零件的加工过程后，总结出了提高齿轮零件精度的有效方法。经过广泛验证，这些措施在控制齿轮零件精度方面是有效的。
1.1 保证齿轮材料的质量
用于制造齿轮的材料是保证加工零件质量的基础，因此控制齿轮材料的质量尤为重要。我厂制造齿轮的材料通常是20CrMnTi、19CrNi5、20MnCr5等合金钢。材料进厂后，除了严格按照企业标准验收这些锻件的相关参数外，必要时可在锻件粗加工后进行额外的正火处理，以改变材料性能，控制后续加工和热处理变形，提高零件加工质量。例如，在我厂制造YH350铁路养护设备液压齿轮箱时，对重要的齿轮零件进行了粗车和正火处理，随后取得了良好的加工效果。
1.2 控制齿轮预热加工误差
齿轮热加工分为两部分，一部分是齿轮毛坯的加工，另一部分是齿轮零件的加工。
1.2.1 齿轮毛坯加工精度
在齿轮毛坯加工过程中，控制齿轮零件定位内孔的尺寸精度最为关键。根据我厂齿轮的精度等级，齿轮内孔的尺寸公差通常设定为0.03。该数值不仅满足后续齿轮加工和定位的精度要求，而且不会因高精度而增加不必要的成本，符合生产经济性。内孔的直线度应控制在0.01以内。
控制齿轮毛坯端面跳动和径向跳动：齿轮毛坯的端面跳动直接影响齿轮滚压时的齿形公差。通常要求同时加工零件的内孔和端面，以确保端面跳动≤0.01。车削另一端面进行加工时，需保证两端面平行度≤0.02，齿轮外圆与定位内孔之间的径向跳动应控制在0.03以下。
1.2.2 齿轮加工精度
在齿轮加工过程中，影响齿轮误差的主要因素有：齿轮加工机床精度；齿轮加工刀具；齿坯定位夹具等几个方面。
⑴ 齿轮加工机床精度
齿轮加工机床的精度很大程度上决定了被加工齿轮的精度，因此应按规定对机床进行维护保养。
在准备加工零件齿部之前，需要保证机床各部件的偏差值满足要求：例如，机床主轴径向间隙小于0.01，刀轴直径跳动小于0.005，刀轴位移小于0.008，刀具安装后直径跳动和端面跳动小于0.005，上下刀尖同轴度小于0.008，机床工作台后方夹具定位位置安装的工件夹具直径跳动和端面跳动小于0.01。
⑵ 齿轮加工刀具
齿轮刀具进厂时，应按设计要求对其各项参数进行检验，结果应符合图纸要求。常用刀具等级为A级，对于一些精度要求高的零件，可以选择AA级刀具；为提高刀具耐用性，可以选择钛涂层刀具；磨削刀具后，应控制前刀面的径向误差。
⑶ 齿轮毛坯定位夹具
夹具芯轴外径与齿轮内孔的间隙应尽可能小，通常在0.02以下。芯轴上的螺纹应保证垂直度小于0.01，带肩螺母的内螺纹与端面的垂直度应小于0.01。
1.3 齿顶倒角和齿端倒角
齿形加工后，应将齿顶和齿端倒角，以满足齿轮在传动过程中的需要，避免零件碰撞问题。齿顶倒角也可以在齿形加工过程中，利用带倒角的倒角刀具形成。
1.4 热处理质量控制
热处理对齿轮精度有重大影响。为保证后续加工，对于普通结构件，应规定零件加热后内孔椭圆度不超过0.03，法向尺寸变化不超过0.03；对于薄壁件和内孔与齿轮外径差较大的零件，除上述规定外，零件端面曲率不超过0.05；对于带内花键的零件，应避免内花键过度变形。
1.5 加热后零件精加工
热处理后，零件出现轻微变形，表面质量下降，需要对一些重要尺寸进行精加工。
加热后磨削齿轮内孔时，应使内孔和端面对齐，跳动不超过0.015。同时，应检查齿轮节圆跳动，不超过0.04，以保证内孔与分度圆同心。内孔和端面磨削应同时进行，以保证端面与内孔的垂直度。当磨削另一端面作为紧固定位面时，应保证两端面的平行度在0.015以下。采用圆盘磨床加工的零件，加工后应进行退磁处理。
1.6 齿部精加工
我厂通常采用数控齿轮磨齿机进行齿轮零件的精密加工，目前拥有两种类型的磨齿机，分别是成形磨齿机和蜗轮磨齿机。
对于磨齿机，在夹紧零件前，应检查机床前后磨损情况及两者同轴度；对中零件时，尽量使其处于中间位置；磨削过程中，检查两齿面的磨削情况，如一侧磨削多，另一侧磨削少，应及时调整零件的磨削位置，保证零件磨削量均匀，不偏心；合理设定磨削参数和砂轮修整参数，保持砂轮粒子的锋利度；及时更换已使用的砂轮，避免出现齿轮展长不足的现象；齿轮磨削试验后，应送至计量室检验Fa、Fβ、Fr、Fi"、fi"、Fw等项目。
对于蜗轮磨齿机，由于其磨削方法与成形磨齿机相比有所不同，除了以上要求外，还应注意以下几点：蜗轮磨削属于磨削的展成法，多个齿同时参与磨削，磨削热量较大，容易造成齿面烧伤和裂纹。设定磨削参数时，可采用少进给、多行程的方法；磨削蜗轮时，分两步修整轮的两侧及外圆。这样修整的砂轮在磨削齿轮时容易造成齿根或展长不足，造成后续齿轮传动干涉。因此，在修整轮后磨削零件的过程中，需要观察齿的磨削情况，并及时进行调整；由于蜗轮磨齿机砂轮修整器的结构特殊，修整砂轮所用的工具不是金刚石笔，而是一个方形块。这种金刚石块容易磨损，应定期观察磨损情况，并及时更换，避免发生批量质量事故。
对于磨削工具齿轮芯轴，芯轴定位外圆与零件内孔的间隙通常在0.015以下，芯轴外圆与端面的跳动在0.01以下，芯轴外圆表面光滑，无划痕；芯轴两端尖孔内无磨损或异物；芯轴的螺纹部分必须用螺纹磨床磨削，保证垂直度小于0.01，螺母应拧紧后才能松动螺纹。

在生产过程中控制齿轮零件的加工质量并不困难。通过遵循本文所述要求，并采取认真负责的态度，通过大量的实际应用取得了显著的成果。根据整机试运行分析报告，提高齿轮零件的加工质量，可以降低齿轮问题引起的齿轮箱故障率，对有效提高整机厂的产量具有重要意义。

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