仿形法和展成法

图1 窄退刀槽齿轮传动轴

一 、前言齿形切削加工按其加工原理可分为:仿形法和展成法。仿形法有模数铣刀铣齿，成形砂轮铣齿，齿轮拉刀拉齿；展成法包括滚齿、插齿、研齿、磨齿、挤齿等。 用上述方法加工双联齿轮或有大轴肩的齿轮轴，都要求有 5～10mm的退刀槽。但在一些小型的精密仪器上有时要用到有大轴肩但退刀槽又小于5mm的齿轮轴。如图1所示，图中的传动轴的齿圈左侧有一个大直径的轴肩，而退刀槽只有3.2mm，如直接用上述各种齿形切削方法加工，则可能无法在整个齿宽上切出完整齿形，或者是刀具撞到左侧的轴肩。故需使用特殊的加工方法或对加工方法进行一定的改进。 本传动轴右侧齿轮的参数如表所示。
表 齿轮参数
齿轮的冷挤过程是在一定压力下，挤轮与工件之间无侧隙啮合的自由对滚过程，属于按展成原理的无切屑加工，挤轮是一个精度高的圆柱齿轮，可以在齿高、齿长方向修形，有的还有一定的变位量。挤轮与工件成平行线相对移动，只有径向移动，在冷挤过程中，逐渐减小挤轮与工件之间的中心距离，直至要求尺寸为止，其特点是挤轮在加工过程中产生热量很小，且没有切削刃口，故磨损极慢，寿命长，生产效率高，其加工的具体工艺路线是：毛坯→车端面及钻中心孔→车各圆柱面、倒角→切槽→在挤齿机上挤齿。齿轮的修形、去毛刺、 上述 各种加工齿轮的方法中，只有插齿所需的退刀槽最小，所以可以对插齿刀进行适当的改进，以满足该零件的尺寸要求。 插齿刀的选择 由于该零件的齿轮左侧有一个大轴肩，所以选用碗形插齿刀，因为碗形插齿刀有较深的空刀槽，以容纳紧固螺钉，可以用来加工下面有障碍物的齿轮。 由于齿轮的精度要求为9级，故选用B级插齿刀。 由于齿轮的模数为0.9，齿数为12，齿数较少，为避免根切现象，故选择刀齿数z刀=12，变位系数c刀=0.04的插齿刀。最好选用带机械夹固硬质合金刀齿的装配式插齿刀。 插齿刀的改进 采用两次切削的方法 为满足窄退刀槽的要求，必须对所选的插齿刀进行改进。最简单方法就是减小插齿刀的厚度。具体方法是刃磨前角g，使其减小到2°～3°左右。 但刃磨前角，会使切削力增大，从而增大切削变形，并使振幅急剧增大，刀具使用寿命缩短，有时可能会出现刀具崩坏的现象。 因此可以考虑将齿轮的加工分成两次完成。即首先用普通的插齿刀(一号插齿刀)，在大部分的齿宽上加工出所需的齿形。然后，换上刃磨过前角的插齿刀(二号插齿刀)加工剩余未完成的齿形。 换刀后的对刀问题 为保证换刀前后，两插齿刀的定位精度，避免换刀后，由于对刀不准确而破坏齿形。因此必须保证插齿刀的对刀精度 。

图2 对刀示意图

具体方法为:在加工轮齿之前，在齿轮轴的右端面上划一条过轴心的直线。(如图2所示)让1号刀的任一刀齿的刀尖对准直线与外圆面的交点A，然后手动试切一刀。换上二号刀后，让其任一刀齿的刀尖对准直线与轮齿齿根圆的交点A'。然后试切一刀。插齿刀的行程长度的选择 行程长度L的计算公式如下: L=b+y+D式中：b——齿圈的宽度，单位为mm; y——切入量，单位为mm; D——切出量，单位为mm。 一号插齿刀的行程长度为减少二号插齿刀的磨损，要尽可能多的用一号插齿刀加工出齿宽上的齿形，但又必须确保插齿刀不会碰到轴肩。因此选取一号插齿刀的切出量D=1 mm，切入量y=7mm，又已知齿长b=25 mm。所以一号插齿刀的行程长度L=33mm。 二号插齿刀的行程长度由于二号插齿刀的前角较小，故其切出量可以比一号插齿刀取的大些，这里取切出量D=2.5mm，切入量y=7mm。故二号刀的行程长度L=34.5mm。零件的工艺路线 毛坯→车端面、钻中心孔→车各圆柱面、倒角→切槽→用一号插齿刀插齿→换上二号插齿刀插齿→齿轮修形、去毛刺。四、组合式将齿轮轴的齿圈或左侧的轴肩制成可拆卸的，然后用焊接的方法加工出所需的传动轴。

图4 齿轮轴零件

分别制出齿轮和阶梯轴(如图3所示)，然后将齿轮焊接在阶梯轴的外圆柱面上。 先加工出图4所示的齿轮轴，再把另外加工好的轴肩焊接在齿轮轴的相应位置上。本文分析了窄退刀槽齿轮轴的制造难点，通过使用特殊的加工方法或改进加工方法，有效地解决了此类齿轮轴的加工问题。同时仁述方法还对多联齿轮及带凸肩的齿轮的制造有一定参考意义。
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