引言

近期，加工車間接到一個(gè)任務(wù)，要求在同一齒輪軸體上加工左右旋向不同的兩齒輪，統(tǒng)稱人字齒輪。人字齒輪，是一種圓柱齒輪，在某一部分齒寬上為右旋齒，而在另一部分齒寬上為左旋齒。人字齒輪的在英文中譯為double-helical gear。人字齒輪具有承載能力高、傳動(dòng)平穩(wěn)和軸向載荷小等優(yōu)點(diǎn)，在重型機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。人字齒輪軸根據(jù)需要可將兩側(cè)分體制造，然后組合在一起；或雖將兩側(cè)做成一體，但在兩側(cè)有效齒面之間留下必要的越程槽；或者采用插齒加工方法，但也需要將兩側(cè)齒面斷開(kāi)。相對(duì)普通齒輪的加工來(lái)說(shuō)，人字齒的加工工藝較為復(fù)雜、難度較高，常用的加工方法一般是使用指形齒輪銑刀來(lái)加工。在此，筆者簡(jiǎn)單介紹一下我車間所采用的展成加工法。

關(guān)鍵詞：大連齒輪加工 展成法 滾齒

一、人字齒輪的加工要點(diǎn)

人字齒輪左、右旋向螺旋線的交點(diǎn)可構(gòu)成許多個(gè)平面，通常情況下將對(duì)稱于齒輪端面的平面稱為人字中心平面。受減速機(jī)結(jié)構(gòu)的限制及為滿足齒輪正常嚙合傳動(dòng)的條件，人字齒輪軸在裝配時(shí)必須擺好其位置，人字中心平面的位置誤差必須控制在裝配調(diào)整量所允許的范圍之內(nèi)。

二、工藝分析

由人字齒輪的裝配要點(diǎn)可知加工人字齒輪的最大難度在于控制人字中心平面的位置，本文主要從使用展成法來(lái)探討人字齒輪的滾切加工方法。

本文將以如圖1所示的普通人字齒輪軸為例簡(jiǎn)單講述人字齒輪的加工方法。

該人字齒輪軸的嚙合特性如下表所示：

1 法向模數(shù) mn=10 6 螺旋角 β= 25°50' 31"

2 齒數(shù) Z=27 7 螺旋方向

3 壓力角 a= 20° 8 精度等級(jí) 4 齒頂高系數(shù) ha*=1 9 公法線長(zhǎng)度 Wk= 5 變位系數(shù) x 10 公法線跨齒數(shù) 4

滾齒前先用車床將工件加工成如圖2所示齒輪軸圖，因篇幅所限，車工部分加工方法就不一一列出，本文主要講述齒輪加工。

1、加工思路

本文中控制人字中心平面位置公差的主要方法是先將一側(cè)齒形加工后由劃線將齒頂螺旋線引至另一側(cè)齒坯外圓，盡可能的減少人字中心平面位置的偏轉(zhuǎn)誤差，可按如下加工路線進(jìn)行加工：滾切一側(cè)齒輪→鉗工劃線→滾切另一側(cè)齒輪，具體方法如下所述：

2、設(shè)備和工具的選擇

由于加工設(shè)備受到一定的限制，在此本文加工設(shè)備使用的是武漢重型機(jī)床廠出廠的Y320型滾齒機(jī)，滾刀則根據(jù)圖紙要求采用m10，a20°，γ4°40' 的右旋單頭高速鋼標(biāo)準(zhǔn)滾刀來(lái)進(jìn)行加工。

3、分齒掛輪的計(jì)算

由分齒掛輪計(jì)算式： = 

（其中K——滾刀頭數(shù) Z——齒數(shù) ）

Y320的分齒定數(shù)為20或40，在此根據(jù)本例人字齒參數(shù)確定取20，則得    = =  

也就是說(shuō)要用到的四個(gè)齒輪齒數(shù)分別為a=40，b=30，c=50，d=90；將abcd四個(gè)齒輪分別安裝在齒輪架則完成分齒掛輪。值得注意的分齒掛輪時(shí)，刀具與工件旋向相同時(shí)不用加介輪，本例選擇先加工左旋部分，刀具與工件旋向不同，則分齒掛輪需再加一介輪。

4、差動(dòng)掛輪的計(jì)算

差動(dòng)掛輪的計(jì)算公式則是i= = 

（其中β——工件螺旋角  —— 法向模數(shù) K——滾刀頭數(shù)）

因Y320型滾齒機(jī)差動(dòng)定數(shù)為15，所以在此則有：

i= = =0.6538351167

由比值掛輪表可查出當(dāng)i=0.6538351167時(shí)，得 =89， =41， =25， =83， 此時(shí)誤差值為

 × －0.6538351167=0.000000264＜0.00001

誤差值在允許范圍內(nèi)，則差動(dòng)掛輪為 × 。

5、滾刀的安裝及工件的夾裝校正

本文中先選擇加工人字齒輪的左旋部分，根據(jù)滾刀旋向、螺旋升角及人字齒螺旋角可確定滾刀的安裝示意圖如下圖3所示，滾刀傾角為β+γ= 25°50' 31"+4°40'= 30°30' 31"。工件則采用夾頭來(lái)進(jìn)行夾裝，如圖4所示。工件使用千分表來(lái)校正，精度要控制在0.05mm以內(nèi)。夾裝校正的要點(diǎn)：①定位基準(zhǔn)要精確可靠。②齒坯軸心線與工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸線重合。③支承端面應(yīng)與工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。④齒坯的支承表面與切削力著力點(diǎn)之間的距離盡可能小。⑤要有足夠的剛性和夾緊力，保證在裝夾工作時(shí)不致變形和在加工過(guò)程中不產(chǎn)生振動(dòng)。  

6、走刀次數(shù)及進(jìn)給量的選擇

本例人字齒輪材料為40Cr，從保證工件質(zhì)量和合理滾刀壽命的前提下，本次齒輪加工采用3次走刀來(lái)進(jìn)行加工。第一次走刀吃刀量取為1.2m，第二次取為0.7m，第三次約取為0.3m。通常情況下，為提高齒輪的精度，保證齒形的尺寸，第三次進(jìn)刀時(shí)應(yīng)測(cè)量一次公法線長(zhǎng)度W/k，由公法線長(zhǎng)度來(lái)確定第三次的進(jìn)刀量，則第三次進(jìn)刀量△L=1.46×(W/k—Wk)。

進(jìn)給量則根據(jù)取進(jìn)給量表選取工作臺(tái)每轉(zhuǎn)滾刀垂直方向進(jìn)給量為0.38mm，此時(shí)進(jìn)給齒輪掛輪為 × ，手柄位置為B，檔位為Ⅰ檔。

7、鉗工劃線

本例中，大連齒輪加工完左旋齒輪后，將工件卸下交予劃線工根據(jù)圖樣和技術(shù)要求將左旋齒輪齒頂螺旋線引至另一側(cè)右旋齒輪齒坯外圓，在齒坯上用劃線工具畫出加工界線，在此應(yīng)當(dāng)注意，跟其它工件劃線要求不同，齒輪的人字中心平面基本上由劃線確定，因此対劃線的基本要求是線條清晰勻稱，定型、定位尺寸準(zhǔn)確，由于劃線的線條有一定寬度，所以應(yīng)該要提高技術(shù)要求，要求劃線精度達(dá)到0.10-0.25mm。

8、重新調(diào)整滾刀安裝角度及裝夾工件

此次加工的齒輪為人字齒輪的右旋部分，因此需要對(duì)滾刀安裝角度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的角度應(yīng)為β－γ=25°50' 31"—4°40'= 21°10' 31"，如圖5所示。工件夾裝校正則與步驟5要求一致，然后校正滾刀，使?jié)L刀吃刀位置盡量與右旋齒輪齒坯外圓所畫的加工界線一致。

9、二次走刀的選擇

此次走刀應(yīng)該注意的是第一次走刀時(shí)應(yīng)先試走刀，等加工2~5mm長(zhǎng)度時(shí)退刀測(cè)量吃刀位置與加工界線的位置誤差，然后根據(jù)誤差量調(diào)整滾刀的安裝位置（在此可用千分表來(lái)測(cè)量）再繼續(xù)進(jìn)刀加工，此步驟可重復(fù)多次，直至人字中心平面位置誤差減小，控制在0.25mm以內(nèi)。滾刀安裝位置校正完畢之后可按步驟6進(jìn)行走刀完成人字齒輪的加工。

10、補(bǔ)充說(shuō)明

本例中，先加工左旋齒輪后加工右旋齒輪，在工作中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇先右后左的加工順序，滾刀的安裝角度則隨之改變。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)筆者實(shí)踐證明本文的加工方法可適用于大部分大模數(shù)多齒人字齒輪。對(duì)于其它人字齒輪的加工可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和實(shí)際尺寸進(jìn)行分析來(lái)綜合考慮采取合理的工藝路線和工藝保證措施。

參考資料

1、王先逵 《齒輪、蝸輪蝸桿、花鍵加工》 機(jī)械工業(yè)出版社 2008.6第三版

2、唐金松 《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上海科學(xué)技術(shù)出版社 2009.1第三版

3、北京第一通用機(jī)械廠 《機(jī)械工人切削手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1985.7 第三版

4、龔興義 陳特金 《通用比值掛輪表》 國(guó)防工業(yè)出版社 1973.12 第一版