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          關于齒輪精加工的發展趨勢你知曉多少?

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          點擊次數:984 更新時間:2018年04月26日14:21:22 打印此頁 關閉

          隨著經濟的發展和社會建設水平的提升,很多種類型包括汽車、農機、工程機械等一些零件的生產、加工,都不能通過傳統的方式來完成,必須在機械制造上,以及精密加工上投入較多的努力,這樣才能在最終的產品特性上得到更大的提升,減少固有的缺失與不足。


          本文針對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討論。


          在目前齒輪精度加工領域,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行的,而磨齒是在熱處理之后進行的。


          近幾年來,隨著機械加工精度的不斷提高、數控機床的不斷完善以及加工軟件的迅速發展,因此導致精加工行業人士認為,磨齒工藝會逐步取代剃齒工藝;原因在于以往很多齒輪的加工隨著機械行業的發展,精度要求越來越高,剃齒工藝已經無法滿足現狀,最終很多供應商都選擇了磨齒工藝。但縱觀到現在,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典型的領域進行分析對比:


          1、降低齒輪傳動噪音


          傳動噪音的主要原因在于齒輪的精度,變速箱內齒輪軸向相互嚙合的間隙以及變速箱的結構。


          隨著機械行業不斷的發展,不斷的探索,不斷的實驗,不斷的改進,剃齒工藝越來越成熟;由于剃齒工藝的成本投入少,工作效率快,齒輪精度也能滿足大部分的客戶要求,因此剃齒工藝在齒輪精度加工領域占了很大的比重。


          在如今機械行業中,不缺乏有些產品精度需求及高,要求特定的K形線(齒形)。生產商為了滿足齒輪使其適應在各個領域達到不同的精度需求,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足不同客戶的不同精度要求,但其加工費用讓大多數人望而止步;投資成本以及加工過程中產生的損耗很高,很難用較低的成本獲取高質量的齒輪。


          2、減少或消除熱處理變形


          在熱處理變形這個領域,磨齒工藝完全不需要考慮變形問題,因為其工藝的特有特性,加工齒輪精度是在產品熱處理后進行的,完全依靠磨齒機床及配對軟件的控制,配合產品定制對應的金剛滾輪修出的砂輪,可以修出任意K形線,并且能保證產品齒面的粗糙度。


          而剃齒工藝是放在熱處理前,在對產品進行熱處理的過程中,產品會有不穩定的變化,從而導致齒輪精度會下降一個等級甚至更多;雖然在生產中,會通過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償量(反變形),以達到減小熱處理變形;剃齒是一個修形的過程,即使熱處理后有些生產商會加一道珩齒工序,但是齒形基本已定形,無法做很大的變動,基本上微乎其微,而且粗糙度很大程度上難以保證。但其優勢不可忽略,通過對剃齒加工工藝剃齒參數及特殊剃齒刀的各方面控制,可以達到理想的齒輪齒向精度,從而降低傳動噪音,實現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量的齒輪,滿足各種變速齒輪的質量要求。


          3、剃齒與磨齒在產品加工過程中的優劣


          剃齒工藝在能滿足客戶要求的允許下,具有靈活而迅速性、生產效率高、自動化程度高,機床費,加工費、維修費低,可降低成本等特點。而反觀磨齒工藝,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、實例對比


          同樣加工自動變速用的高速檔齒輪,采用磨齒工藝可以在大約2分鐘內左右獲得6級精度(DIN標準)齒輪,但是在此之前還必須定制專用的金剛滾輪及工裝,在機床損耗,電氣費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的齒輪所需加工時間比一般磨削的減少30~45s;此外,剃齒加工所購置的數控剃齒機床費用遠遠低于磨齒機,使用的工裝刀具費用也低于磨齒工藝,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,首先應估算所有費用和利潤。


          剃齒工藝的進步


          隨著機械行業的迅速發展,剃齒工藝也在逐步的進步,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),以及其發展的空間小,而限制了其進步的腳步。


          1、剃齒機床以及工藝的發展


          近50年來,剃齒機床不斷地發展,從半自動到完全靠軟件程序執行的數控剃齒,剃齒技術也日益完善。最新的數控剃齒機床可以執行各種各樣的剃齒加工程序,而且在對同一齒輪的剃齒過程中,可以從一種剃齒方法轉到另一種剃齒方法(軸向剃齒和徑向剃齒);對齒向的修正也可以使用數控程序來實現,直接取代了以前人工修正齒向,在加工效率上邁了一大步。這些特殊的工藝過程都是靠數控程序執行。數控剃齒機在剃齒過程中可以靈活的改動主軸轉速,徑向進給量,軸向速度,齒向的偏擺等參數,這些都是有利于提高產品的精度以及生產效率。


          1)徑向剃齒


          徑向剃齒是刀具或齒輪垂直于齒輪軸移動,加工方式是剃齒刀包裹所加工齒輪整個齒寬,剃齒刀無需軸向運動,只需徑向進給,通常進給次數為4-6次,最后一次進給是為了光整齒輪齒面,提升齒面光潔度。這種加工方式優點在于加工效率快,但是其缺點也是在于它的加工方式,無法加工太過寬的齒輪;原因在于齒輪齒寬過寬,也就意為著剃齒刀需要多寬,在生產加工過程中,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


          軸向剃齒是通過刀具或齒輪沿齒輪軸向移動來達到剃齒刀與齒輪嚙合點的移動,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,不僅需要徑向進給,而且也需要沿著軸向走個來回,通常這種動作需要重復4-6次,每次重復此動作前徑向必須進給,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;這種加工方式優點在于可以加工一些比較寬的齒輪,正好補充了徑向剃齒的不足。


          所以在生產過程中,應該充分評估各方面,包括人工,刀具,齒輪外形,成本等因素,再來選擇用什么樣的剃齒方式,實現低成本,高效率。


          2、剃齒刀的改進


          目前剃齒刀不像齒輪加工業使用的其它刀具那樣有很大的進展。剃齒加工時,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,有關專家仍覺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有變化,涂層工藝對剃齒刀的損耗也沒有很大的作用,因此專家們把注意力轉到了改善剃齒槽的側面粗糙度上?,F在開發的數控梳槽機已使剃齒刀容屑槽側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刀具材料熱處理后的液化氮深冷處理方面進行了試驗。通過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,剃齒刀的性能也有所改善。


          縱觀上所述:在目前的以及未來的十幾年中,剃齒工藝仍然會占主導地位,原因在于剃齒工藝效率高,成本低,另一方面現代數控剃齒刀磨床的飛速發展,實現了靈活性、高精度及快速,這三個主要特點使采用剃齒工藝加工的齒輪精度得到了顯著的改進,能滿足絕大部分的客戶要求,從而導致仍然會占主導地位;而磨齒工藝由于其投入成本高,維修費用也高的緣故,只能適用一些高精度和一些無法量產的產品加工,但是不排除未來能攻克投入成本和維修這兩個難題,讓磨齒代替剃齒,使得機械行業飛速發展。

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