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剃齿虽然是汽车齿轮行业一种大家熟知的加工工艺，但对于少齿数、倒锥齿齿轮来说其剃齿加工一直是一个工艺难点。如何最大限度地保证剃齿刀和被剃齿的重合度是保证少齿数倒锥齿剃齿质量的关键。 这是一款汽车变速器其输入轴结构局部视图，如图1所示。 由于受结构限制，A-A面所截齿轮只能采取插齿、径向剃齿工艺。该齿轮为倒锥齿，齿数为12，在该档的剃齿试制过程中，齿形总是达不到工艺要求，尽管通过不断的反复修磨剃齿刀，但齿形总是出现中凹且极不稳定，如图3所示。 为此我们针对上述现象进行了分析攻关。 首先我们对剃齿加工中出现的中凹问题进行了分析;从齿形上看该中凹和我们以前见到的中凹（见图4）有较为明显区别，以前的中凹大部分都出现在单齿啮合区，而图形中的中凹出现在整个齿形上。 在攻关过程中发现一个“有趣”的现象：就是当工件做到比要求跨测距大0.15-0.2mm时，齿形没有中凹（见图5），一旦剃到尺寸，齿形即出现中凹，从这两种工况的重合度来比较，未到尺寸时重合度偏小，到尺寸是重合度要大一点，重合度应该不是影响的主要因素，结合这两种现象和实际的刀具计量结果，我们初步判断为剃齿刀的齿顶啮合到齿轮的基圆以下造成干涉，刀和工件非正常啮合造成，为此我们将计量时齿轮的起测点设为26.17（基圆直径26.161），对该件进行重新测量，测量结果如图6所示。 我们对该种状态下的剃齿刀与工件的啮合情况进行了验算。当前状态下剃齿刀的参数如下： 模数2.32，齿数101，螺旋角7°，顶圆直径236.7mm，变位系数-0.85（通过公法线长度反算），齿宽23。 输入轴倒档齿的齿轮参数： 齿顶圆直径 34 ，齿数12，模数2.32， 齿根圆直径23.9，螺旋角0 ，有效起始圆26.88，起测点26.70，有效终止圆33.4，有效齿宽18.5，齿向倒锥如图2示。 截面Ⅰ 变位系数 0.27（根据剃齿跨测距反算）； 截面Ⅱ 变位系数 0.35 （跨测距测量截面）； 截面Ⅲ 变位系数 0.42。 倒锥齿的剃齿加工，常常采用下面三种方法：1）剃齿刀向上修同向锥度，剃齿工作台保持水平；2）剃齿工作台上按照工件锥度方向调整锥度，剃齿刀仍按照正常的齿向不做锥度调整； 3）剃齿刀和工作台分别做一定锥度，通过这二者合成来保证最终产品齿向的最终锥度。 我们在剃齿加工时为提高刀具可修磨次数，首先采用的剃齿方法为：剃齿时，机床工作台上按照工件锥度方向调整锥度，剃齿刀仍按照正常的齿向不做锥度调整，其加工状况如图7所示，工作台倾斜一定角度，左高右低，即工件不同截面与剃齿刀的轴心距不同，从而保证剃齿后的齿向成锥度。 这种剃齿方法，分别计算不同截面的变位系数，核算结果见表1。 表1 按照理论计算在截面Ⅰ处剃齿刀和工件啮合时，剃齿刀的齿顶啮合到工件的基圆以下，啮合不平稳造成齿形整体中凹。在剃齿刀具顶圆直径236.3时，按照理论计算不会出现齿顶啮合到基圆以下，考虑到中心孔变动和轴向位置的偏差及工件的加工公差等，我们将工件的加工起始圆设定为26.2，按照截面Ⅰ的变位系数计算，对应的剃齿刀齿顶圆直径为235.92。表2为各截面的计算结果如下。 表2 将剃齿刀顶圆直径磨削到235.92，试剃的工件齿形见下图8，出现大的S型，分析原因应为各截面重合度不一样，且重合度过小。 为提高重合度，我们选择完全在刀具上修锥度的方法，即在剃齿刀具齿向上做单边0.17mm的锥度,与工件锥度方向相反，这样既可保证最大的重合度，且与各截面上的重合度一致，考虑到实际加工过程中，轴的中心孔变动和每次调整时剃齿刀和工件中心对称的一致性，我们将工件的加工起始圆仍设定为26.2，这样进行修磨剃齿刀后，剃出齿形如图9所示，满足了我们的设计要求。 考虑到齿顶圆直径过大会造成啮合到基圆以下，过小易造成重合度不够，我们按照理论计算，在保证重合度1.412的要求下设计了一张剃齿刀齿厚和齿顶圆直径的对照表，后期每次刃磨刀具时均需参照该表进行刃磨。 小结： 1.对于这种少齿数的直齿轮，在刀具设计时应将加工的起始圆尽量往下设计，尽最大可能提高剃齿时的重合度，在提高重合度同时应考虑剃齿刀齿顶圆不要啮合到被剃产品基圆以下。 2.剃倒锥齿时，在满足重合度的前提下优选采用方法2，既能满足剃齿要求，又不增加剃齿刀刃磨次数，满足不了重合度要求的情况下只能采用方法1 或3。 3.剃齿刀磨削时需严格按照刀具刃磨表（齿厚和齿顶圆直径对照表）要求进行对照刃磨，这样能保证每次剃齿齿形的稳定性，避免没有方向的重复修磨剃齿刀。 |
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