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剃齿工艺与磨齿工艺对比分析

http://www.momo35.com   来源:齿轮转动  日期:2018/01/29

  随着经济的发展和社会建设水平的提升,很多种类型包括汽车、农机、工程机械等一些零件的生产、加工,都不能通过传统的方式来完成,必须在机械制造上,以及精密加工上投入较多的努力,这样才能在最终的产品特性上得到更大的提升,减少固有的缺失与不足。文章针对齿轮精加工中剃齿工艺和磨齿工艺两种加工手段相互比较展开讨论。
  
  在目前齿轮精度加工领域,最常用的两种加工方式分别是剃齿加工和磨齿加工;剃齿是在热处理前进行的,而磨齿是在热处理之后进行的。近几年来,随着机械加工精度的不断提高、数控机床的不断完善以及加工软件的迅速发展,因此导致精加工行业人士认为,磨齿工艺会逐步取代剃齿工艺;原因在于以往很多齿轮的加工随着机械行业的发展,精度要求越来越高,剃齿工艺已经无法满足现状,最终很多供应商都选择了磨齿工艺。但纵观到现在,剃齿加工工艺还是齿轮精度加工最主要的手段,而磨齿工艺只是使用在一些比较精密或是很精密的零件上。
  
  剃齿工艺与磨齿工艺的相互比较
  
  齿轮剃齿工艺与磨齿工艺并存的原因很多,在下文中挑出了几个典型的领域进行分析对比:
  
  (1)降低齿轮传动噪音
  
  传动噪音的主要原因在于齿轮的精度,变速箱内齿轮轴向相互啮合的间隙以及变速箱的结构。
  
  随着机械行业不断的发展,不断的探索,不断的实验,不断的改进,剃齿工艺越来越成熟;由于剃齿工艺的成本投入少,工作效率快,齿轮精度也能满足大部分的客户要求,因此剃齿工艺在齿轮精度加工领域占了很大的比重。
  
  在如今机械行业中,不缺乏有些产品精度需求及高,要求特定的K形线(齿形)。生产商为了满足齿轮使其适应在各个领域达到不同的精度需求,所使用的方式还是磨齿工艺;但尽管磨削加工工艺能完全满足不同客户的不同精度要求,但其加工费用让大多数人望而止步;投资成本以及加工过程中产生的损耗很高,很难用较低的成本获取高质量的齿轮。
  
  (2)减少或消除热处理变形
  
  在热处理变形这个领域,磨齿工艺完全不需要考虑变形问题,因为其工艺的特有特性,加工齿轮精度是在产品热处理后进行的,完全依靠磨齿机床及配对软件的控制,配合产品定制对应的金刚滚轮修出的砂轮,可以修出任意K形线,并且能保证产品齿面的粗糙度。
  
  而剃齿工艺是放在热处理前,在对产品进行热处理的过程中,产品会有不稳定的变化,从而导致齿轮精度会下降一个等级甚至更多;虽然在生产中,会通过分析研究因热处理造成的齿轮齿形及齿向的变形,在剃齿加工期间加以补偿量(反变形),以达到减小热处理变形;剃齿是一个修形的过程,即使热处理后有些生产商会加一道珩齿工序,但是齿形基本已定形,无法做很大的变动,基本上微乎其微,而且粗糙度很大程度上难以保证。但其优势不可忽略,通过对剃齿加工工艺剃齿参数及特殊剃齿刀的各方面控制,可以达到理想的齿轮齿向精度,从而降低传动噪音,实现用低成本的剃齿工艺加工出与高成本磨齿工艺加工的相同质量的齿轮,满足各种变速齿轮的质量要求。
  
  (3)剃齿与磨齿在产品加工过程中的优劣
  
  剃齿工艺在能满足客户要求的允许下,具有灵活而迅速性、生产效率高、自动化程度高,机床费,加工费、维修费低,可降低成本等特点。而反观磨齿工艺,除了齿轮精度这方面能完胜剃齿工艺,其他反面完全弱剃齿工艺一筹。
  
  (4)实例对比
  
  同样加工自动变速用的高速档齿轮,采用磨齿工艺可以在大约2分钟内左右获得6级精度(DIN标准)齿轮,但是在此之前还必须定制专用的金刚滚轮及工装,在机床损耗,电气费用方面投入需求也很大。
  
  而采用剃齿加工获得同样精度等级的齿轮所需加工时间比一般磨削的减少30~45s;此外,剃齿加工所购置的数控剃齿机床费用远远低于磨齿机,使用的工装刀具费用也低于磨齿工艺,所以选择磨齿加工的成本在一些特定的精度范围为内是剃齿加工的两倍甚至三倍。
  
  鉴于上述情况,在选择齿轮加工工艺之前,首先应估算所有费用和利润。
  
  剃齿工艺的进步
  
  随着机械行业的迅速发展,剃齿工艺也在逐步的进步,逐步的完善;而磨齿工艺它固有特有特性(热处理后齿轮精度加工),以及其发展的空间小,而限制了其进步的脚步。
  
  (1)剃齿机床以及工艺的发展
  
  近50年来,剃齿机床不断地发展,从半自动到完全靠软件程序执行的数控剃齿,剃齿技术也日益完善。最新的数控剃齿机床可以执行各种各样的剃齿加工程序,而且在对同一齿轮的剃齿过程中,可以从一种剃齿方法转到另一种剃齿方法(轴向剃齿和径向剃齿);对齿向的修正也可以使用数控程序来实现,直接取代了以前人工修正齿向,在加工效率上迈了一大步。这些特殊的工艺过程都是靠数控程序执行。数控剃齿机在剃齿过程中可以灵活的改动主轴转速,径向进给量,轴向速度,齿向的偏摆等参数,这些都是有利于提高产品的精度以及生产效率。
  
  ①径向剃齿
  
  径向剃齿是刀具或齿轮垂直于齿轮轴移动,加工方式是剃齿刀包裹所加工齿轮整个齿宽,剃齿刀无需轴向运动,只需径向进给,通常进给次数为4-6次,最后一次进给是为了光整齿轮齿面,提升齿面光洁度。这种加工方式优点在于加工效率快,但是其缺点也是在于它的加工方式,无法加工太过宽的齿轮;原因在于齿轮齿宽过宽,也就意为着剃齿刀需要多宽,在生产加工过程中,需要考虑到人工,成本,加工太宽的齿轮使用这种加工方式是不可取的。
  
  ②轴向剃齿
  
  轴向剃齿是通过刀具或齿轮沿齿轮轴向移动来达到剃齿刀与齿轮啮合点的移动,可以遍及齿轮的齿宽,加工方式是剃齿刀与部分齿轮齿宽啮合,不仅需要径向进给,而且也需要沿着轴向走个来回,通常这种动作需要重复4-6次,每次重复此动作前径向必须进给,最后一次也是和径向剃齿一样,也是为了光整齿轮齿面,提升齿面光洁度;这种加工方式优点在于可以加工一些比较宽的齿轮,正好补充了径向剃齿的不足。
  
  所以在生产过程中,应该充分评估各方面,包括人工,刀具,齿轮外形,成本等因素,再来选择用什么样的剃齿方式,实现低成本,高效率。
  
  (2)剃齿刀的改进
  
  目前剃齿刀不像齿轮加工业使用的其它刀具那样有很大的进展。剃齿加工时,切除的材料不多,切削速度也不高,因此加工中刀具刃口的压力不大。尽管如此,有关专家仍觉得有必要使剃齿刀刃口更加锋利以便能降低损耗。剃齿刀的制造工艺没有变化,涂层工艺对剃齿刀的损耗也没有很大的作用,因此专家们把注意力转到了改善剃齿槽的侧面粗糙度上。现在开发的数控梳槽机已使剃齿刀容屑槽侧面的加工表面粗糙度有了很大改变。此外,日本已有研究人员在有关刀具材料热处理后的液化氮深冷处理方面进行了试验。通过这种方法使剃齿刀材料的特性予以改变,平均使用寿命延长,剃齿刀的性能也有所改善。
  
  纵观上所述:在目前的以及未来的十几年中,剃齿工艺仍然会占主导地位,原因在于剃齿工艺效率高,成本低,另一方面现代数控剃齿刀磨床的飞速发展,实现了灵活性、高精度及快速,这三个主要特点使采用剃齿工艺加工的齿轮精度得到了显著的改进,能满足绝大部分的客户要求,从而导致仍然会占主导地位;而磨齿工艺由于其投入成本高,维修费用也高的缘故,只能适用一些高精度和一些无法量产的产品加工,但是不排除未来能攻克投入成本和维修这两个难题,让磨齿代替剃齿,使得机械行业飞速发展。
 
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