引言

近期，加工車間接到一個任務(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、傳動平穩(wěn)和軸向載荷小等優(yōu)點，在重型機械的傳動系統(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。相對普通齒輪的加工來說，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加工。在此，筆者簡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

人字齒輪左、右旋向螺旋線的交點可構(gòu)成許多個平面，通常情況下將對稱于齒輪端面的平面稱為人字中心平面。受減速機結(jié)構(gòu)的限制及為滿足齒輪正常嚙合傳動的條件，人字齒輪軸在裝配時必須擺好其位置，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 4 齒頂高系數(shù) ha*=1 9 公法線長度 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床廠出廠的Y320型滾齒機，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)滾刀來進行加工。

3、分齒掛輪的計算

由分齒掛輪計算式： = 

（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    = =  

也就是說要用到的四個齒輪齒數(shù)分別為a=40，b=30，c=50，d=90；將abcd四個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，刀具與工件旋向相同時不用加介輪，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、差動掛輪的計算

差動掛輪的計算公式則是i= = 

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

因Y320型滾齒機差動定數(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，得 =89， =41， =25， =83， 此時誤差值為

 × －0.6538351167=0.000000264＜0.00001

誤差值在允許范圍內(nèi)，則差動掛輪為 × 。

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"。工件則采用夾頭來進行夾裝，如圖4所示。工件使用千分表來校正，精度要控制在0.05mm以內(nèi)。夾裝校正的要點：①定位基準(zhǔn)要精確可靠。②齒坯軸心線與工作臺的旋轉(zhuǎn)軸線重合。③支承端面應(yīng)與工作臺的旋轉(zhuǎn)軸線垂直。④齒坯的支承表面與切削力著力點之間的距離盡可能小。⑤要有足夠的剛性和夾緊力，保證在裝夾工作時不致變形和在加工過程中不產(chǎn)生振動。  

6、走刀次數(shù)及進給量的選擇

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次走刀來進行加工。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，第三次進刀時應(yīng)測量一次公法線長度W/k，由公法線長度來確定第三次的進刀量，則第三次進刀量△L=1.46×(W/k—Wk)。

進給量則根據(jù)取進給量表選取工作臺每轉(zhuǎn)滾刀垂直方向進給量為0.38mm，此時進給齒輪掛輪為 × ，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，因此需要對滾刀安裝角度進行調(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應(yīng)先試走刀，等加工2~5mm長度時退刀測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（在此可用千分表來測量）再繼續(xù)進刀加工，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進行走刀完成人字齒輪的加工。

10、補充說明

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

經(jīng)筆者實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。對于其它人字齒輪的加工可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和實際尺寸進行分析來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》 機械工業(yè)出版社 2008.6第三版

2、唐金松 《簡明機械設(shè)計手冊》上海科學(xué)技術(shù)出版社 2009.1第三版

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

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