技術(shù)

   齒輪是汽車行業(yè)主要的基礎(chǔ)傳動元件，通常每輛汽車中有18~30個齒部，齒輪的

質(zhì)量直接影響汽車的噪聲、平穩(wěn)性及使用壽命。齒輪加工機床是一種復(fù)雜的機

床系統(tǒng)，是汽車行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，世界上各汽車制造強國如美國、德國和日本

等也是齒輪加工機床制造強國。
　　據(jù)統(tǒng)計，我國80%以上的汽車齒輪由國產(chǎn)制齒裝備加工完成。同時，汽車工

業(yè)消費了60%以上的齒輪加工機床，汽車工業(yè)將一直是機床消費的主體。
　　齒輪加工工藝
　　1.鍛造制坯
　　熱模鍛仍然是汽車齒輪件廣泛使用的毛坯鍛造工藝。近年來，楔橫軋技術(shù)

在軸類加工上得到了大范圍推廣。這項技術(shù)特別適合為比較復(fù)雜的階梯軸類制

坯，它不僅精度較高、后序加工余量小，而且生產(chǎn)效率高。
　　2.正火
　　這一工藝的目的是獲得適合后序齒輪切削加工的硬度和為最終熱處理做組

織準(zhǔn)備，以有效減少熱處理變形。所用齒輪鋼的材料通常為20CrMnTi,一般的正

火由于受人員、設(shè)備和環(huán)境的影響比較大，使得工件冷卻速度和冷卻的均勻性

難以控制，造成硬度散差大，金相組織不均勻，直接影響金屬切削加工和最終

熱處理，使得熱變形大而無規(guī)律，零件質(zhì)量無法控制。為此，采用等溫正火工

藝。實踐證明，采用等溫正火有效改變了一般正火的弊端，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠

。
　　3.車削加工
　　為了滿足高精度齒輪加工的定位要求，齒坯的加工全部采用數(shù)控車床，使

用機械夾緊不重磨車刀，實現(xiàn)了在一次裝夾下孔徑、端面及外徑加工同步完成

，既保證了內(nèi)孔與端面的垂直度要求，又保證了大批量齒坯生產(chǎn)的尺寸離散小

。從而提高了齒坯精度，確保了后序齒輪的加工質(zhì)量。另外，數(shù)控車床加工的

高效率還大大減少了設(shè)備數(shù)量，經(jīng)濟性好。
　　4.滾、插齒
　　加工齒部所用設(shè)備仍大量采用普通滾齒機和插齒機，雖然調(diào)整維護方便，

但生產(chǎn)效率較低，若完成較大產(chǎn)能需要多機同時生產(chǎn)。隨著涂層技術(shù)的發(fā)展，

滾刀、插刀刃磨后的再次涂鍍非常方便地進行，經(jīng)過涂鍍的刀具能夠明顯地提

高使用壽命，一般能提高90%以上，有效地減少了換刀次數(shù)和刃磨時間，效益顯

著。
　　5.剃齒
　　徑向剃齒技術(shù)以其效率高，設(shè)計齒形、齒向的修形要求易于實現(xiàn)等優(yōu)勢被

廣泛應(yīng)用于大批量汽車齒輪生產(chǎn)中。公司自1995年技術(shù)改造購進意大利公司專

用徑向剃齒機以來，在這項技術(shù)上已經(jīng)應(yīng)用成熟，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
　　6.熱處理
　　汽車齒輪要求滲碳淬火，以保證其良好的力學(xué)性能。對于熱后不再進行磨

齒加工的產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠的熱處理設(shè)備是必不可少的。公司引進的是德國勞易

公司的連續(xù)滲碳淬火生產(chǎn)線，獲得了滿意的熱處理效果。
　　7.磨削加工
　　主要是對經(jīng)過熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分進行精加工，以

提高尺寸精度和減小形位公差。
　　齒輪加工采用節(jié)圓夾具定位夾緊，能有效保證齒部與安裝基準(zhǔn)的加工精度

，獲得滿意的產(chǎn)品質(zhì)量。
　　8.修整
　　這是變速器、驅(qū)動橋齒輪裝配前對齒部進行磕碰毛刺的檢查清理，以消除

它們在裝配后引起噪聲異響。通過單對嚙合聽聲音或在綜合檢查儀上觀察嚙合

偏差來完成。制造公司生產(chǎn)的變速器中殼體零件有離合器殼、變速器殼和差速

器殼。離合器殼、變速器殼是承重零件，一般采用壓鑄鋁合金經(jīng)專用模具壓鑄

而成，外形不規(guī)則、較復(fù)雜，一般工藝流程是銑結(jié)合面→加工工藝孔和連接孔

→粗鏜軸承孔→精鏜軸承孔和定位銷孔→清洗→泄漏試驗檢測。

　　齒輪加工技術(shù)與裝備的發(fā)展趨勢
　　為適應(yīng)齒輪加工行業(yè)對制造精度、生產(chǎn)效率、清潔生產(chǎn)、提高質(zhì)量的要求

，制齒機床及制齒技術(shù)出現(xiàn)了以下發(fā)展趨勢。
　　1.數(shù)控化
　　由于通過將機床的各運動軸進行CNC控制及部分軸間進行聯(lián)動后，具有以下

優(yōu)點：
　?。?）增加了機床的功能，如滾削小錐度及鼓形齒輪等變得極為簡單。
?。?）縮短了傳動鏈，同時采用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制后，通過數(shù)控補償可以提

高各軸的定位精度和重復(fù)定位精度，從而提高了機床的加工精度及C p值，增加

了機床的可靠性。
　　（3）換品種時由于省去了計算及換分齒掛輪及差動掛輪、進給及主軸換擋

的時間，插齒機還省去了換斜導(dǎo)軌的時間，從而減少了輔助加工時間，增加了

機床的柔性。
　?。?）由于機械結(jié)構(gòu)變得簡單了，可以設(shè)計得更有利于提高機床的剛性及把

熱變形降到最底。
　?。?）各軸間沒有機械聯(lián)系，結(jié)構(gòu)設(shè)計變得典型化，更利于實施模塊化設(shè)計

及制造。
　　2.高速高效
　　齒輪加工機床如滾齒機、插齒機及磨齒機的高速化主要是指機床擁有高的

刀具主軸轉(zhuǎn)速和高的工作臺轉(zhuǎn)速，它們是提高切削效率的主要指標(biāo)。
　　傳統(tǒng)機械滾齒機的滾刀主軸速度通常最高為500r/min,工作臺轉(zhuǎn)速最高為

32r/min.隨著齒輪加工刀具性能的提高，齒輪加工機床的高速、高效切削得到

了飛速發(fā)展和成熟，齒輪滾齒切削速度由100m/min,發(fā)展到可達500~600m/min,

切削進給速度由3~4mm/r發(fā)展到20mm/r,這使?jié)L齒機主軸的最高轉(zhuǎn)速可達

5500r/min,工作臺最高轉(zhuǎn)速可達800r/min,機床部件移動速度也高達10m/min;

大功率主軸系統(tǒng)使機床可運用直徑和長度均較大的砂輪進行磨削，有利于增加

砂輪壽命，也有利于操作者選擇最優(yōu)的磨削參數(shù)來完成磨削加工。
　　高效加工是機床從各個方面采用了專用技術(shù)來得以保證：具有最佳吸振效

果的鑄造床身；使機床具有最佳熱穩(wěn)定性的集成冷卻介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)；切削區(qū)保

護隔板大傾角及光滑設(shè)計使干式切削產(chǎn)生的切屑迅速有效排出；具有用預(yù)載的

、無隙滾珠絲桿驅(qū)動的進給系統(tǒng)；具有耐磨損直線導(dǎo)軌或采用PLC控制的定量潤

滑鑄鐵導(dǎo)軌等。電主軸的應(yīng)用使刀具主軸得到提高，而工作臺轉(zhuǎn)速的提高則是

采用了高精度斜齒輪副或力矩電動機。電主軸及力矩電動機具有回轉(zhuǎn)精度高、

無反向間隙和不用維修等優(yōu)點。
　　3.高精度
　　由于采用了高精度、具有預(yù)加負(fù)荷的高剛性直線導(dǎo)軌、滾珠絲桿、滾動軸

承、電主軸、力矩電動機及數(shù)控技術(shù)，使高速加工條件下的齒輪加工機床精度

得到保證并有所提高。電主軸精度一般為徑向振擺0.002mm,軸向0.001mm;環(huán)形

轉(zhuǎn)矩伺服電動機定位精度達0.5″，重復(fù)定位精度達0.01″；直線運動軸的定位

精度小于0.008mm,重復(fù)定位精度小于0.005mm.滾齒及插齒盡管為粗加工，但在

高速切削的條件下仍能達到DIN6~7級精度，為其后的精加工工序獲得高精度提

供了保證。
　　隨著磨齒機生產(chǎn)效率的提高、單件齒輪磨齒成本的降低以及汽車齒輪不斷

追求提高精度的要求，市場對磨齒機的需求越來越大；同時，隨著數(shù)控技術(shù)的

發(fā)展，各種機床間的功能延伸較容易實現(xiàn)。因此，在激烈的市場競爭壓力下，

世界各主要制齒機床制造商企業(yè)紛紛加入生產(chǎn)以磨齒機為代表的齒輪精加工機

床行列。這種趨勢的發(fā)展將使今后的汽車齒輪加工越來越多地采用滾-磨工藝。
　　4.功能復(fù)合
　　功能復(fù)合型機床是指在一臺機床上或工件一次裝夾中，可以完成多道工序

加工，從而提高工件的加工效率甚至精度。目前齒輪加工機床主要有以下功能

復(fù)合組合形式：
　?。?）自動上料、車削、滾齒、倒棱、去毛刺、自動下料。
　　（2）自動上料、車削、滾齒、倒角、自動下料。
　　（3）自動上料、車削、滾齒、磨削、自動下料。
　?。?）自動上料、磨內(nèi)孔、車端面、磨齒輪、自動下料。
　?。?）磨齒面、磨外圓、磨端面。
　?。?）自動上料、倒棱去毛刺、剃齒、自動下料。
　?。?）自動上料、滾齒、倒角、去毛刺、自動下料。
　?。?）自動上料、銑弧齒錐齒輪、倒角、自動下料。
　?。?）自動上料、倒棱去毛刺、剃齒、甩干、自動下料。
　　5.綠色環(huán)保
　　切削過程中應(yīng)用切削液可提高刀具壽命，改善加工表面質(zhì)量和利于排出切

削熱而不致引起機床的熱變形。但是，在高速切削過程中切削液的飛濺和形成

的油霧對生態(tài)環(huán)境，特別是操作者的健康特別有害。為此，通常是將加工區(qū)用

護罩封閉起來，安裝上油霧分離器，使排出的只是不含油的霧，而切削油則重

新流回機床內(nèi)循環(huán)利用。但這并不能從根本上解決環(huán)保問題，因為變質(zhì)切削液

的更換排放會嚴(yán)重污染環(huán)境。
　　濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成本的20%左

右，采用高速干式切削能提高2~3倍以上的加工效率，刀具的使用壽命是濕式切

削的2~5倍，因此，干式切削降低了單件齒輪的加工成本。
　　高速干式切削既可減少切削液的消耗和冷卻處理裝備，又可避免對環(huán)境造

成污染，還能提高生產(chǎn)效率，降低單件齒輪的制造成本。因此，高速干式切削

成為齒加工機床制造商多年來追求的目標(biāo)和發(fā)展方向。隨著齒輪加工機床的高

速化，機床剛性的提高，良好的抗振性及排屑技術(shù)的完善，以及干式高速切削

刀具的進一步發(fā)展，高速干切已在切齒機床上全面實現(xiàn)。
　　6.智能化
　　數(shù)字化控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)結(jié)合在一起，使

數(shù)控齒輪加工機床的智能化水平更高。
　　齒輪加工機床要實現(xiàn)誤差補償、溫度補償、自動平衡、防撞功能、過載保

護、有無工件自動識別、裝夾工件是否正確、工件是否已加工過、對齒嚙合、

加工余量分配、刀具磨損、在線精密檢測、自動修整砂輪、零編程界面、多功

能加工軟件、切削工藝專家系統(tǒng)、機器人在機床間搬運工件時的自動識別、遠(yuǎn)

程控制、遠(yuǎn)程診斷等功能。
　　智能化是齒輪機床提高可靠性、安全性、穩(wěn)定性、復(fù)雜零件加工、精密加

工和實現(xiàn)無人化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，還必將不斷完善和提高。
　　結(jié)語
　　齒輪加工正朝著高效、高精度及綠色制造方向發(fā)展，齒輪加工機床正朝著

全數(shù)控、功能復(fù)合、智能化、自動化及信息化方向發(fā)展。中國齒輪加工機床制

造商要抓住這一發(fā)展趨勢，更好地為我國的汽車齒輪加工行業(yè)提供高效、復(fù)合

、智能的裝備。