解析影响圆柱齿轮滚齿加工精度的因素

质量优秀的齿轮产品能在市场竞争中占据优势，尤其是新能源电动汽车和机器人行业对齿轮的要求更高。一般情况下，滚齿的精度很大程度影响着齿轮的精度。齿圈径跳、基节偏差、公法线变动量、齿形齿向误差等是导致滚齿精度降低的因素，因此，必须严格控制误差，才能保证滚齿的精度。

一、影响滚齿加工精度的因素分析

1. 齿圈径跳误差：齿圈径跳又叫几何偏心，是指“齿轮一转范围内，测头在齿槽内或轮齿上，与齿高中部双面接触，测头相对于轮齿轴线的最大变动量。”简言之，齿圈径跳就是轮齿齿圈出现轴中心线偏心的情况，导致这种现象的原因，多发生在零件安装时期，由于零件与工作台出现回转中心不重合或者存在较大偏差的情况，引发偏心。同样的，滚齿芯轴顶尖孔或者齿轮机顶尖制造不良，由于定位面接触不良，导致偏心的情况。
2. 公法线长度误差：滚齿使用展成法原理进行齿轮加工，从刀具到齿坯之间的分齿传动链需要有着一定的传动比，保证齿轮运动的精确性。由于传动链通过一系列的元件组成，在制造或者装配期间存在误差，必然会影响到传动链的零件上，导致相对运动出现偏差，齿轮的精度下降。公法线长度主要用于表示齿轮牙齿分布的最大误差，由于滚齿机工作台蜗杆副出现不均匀回转导致。除此之外，圆形导轨与分度涡轮不同轴或者圆形导轨磨损，分齿挂轮太紧或者太松，分齿挂轮齿面出现磕碰等，都会导致公法线误差偏大。
3. 齿形误差：在实际滚齿加工中，渐开线齿形非常容易出现各种误差，误差的出现会影响齿轮传动的平稳性。一般情况下，进行滚齿加工时，渐开线齿形是通过齿坯和滚刀之间保持的分齿来确定。因此，齿形误差的出现主 要是受到滚刀齿形的影响，滚刀刃磨质量不好从而引发齿形误差。安装滚刀时出现的轴向窜动、径向跳动等，也会影响到齿形误差，出现齿顶变尖或变肥。
4. 齿向误差：齿向误差主要分布在分度圆柱之上，全齿宽范围之内，两条齿向线之间的端面距离。出现齿向误差的原因有，刀架、机床的垂直进给方向同零件轴线出现偏移导致；滚齿机尾座顶尖中心和工作台回转中心存在偏差；计算差动挂轮时，误差偏大，导致传动链齿轮调整和制造有着较大误差。此外，齿坯、滚齿夹具在制造、安装等环节，也会由于精度不高，导致齿向误差的出现。齿坯、机床、夹具等误差也会引发齿向误差。
5. 齿面粗糙度：一般而言，齿面粗糙度较差主要表现为啃齿、发纹、撕裂、鱼鳞等。导致齿面粗糙度差的原因有：机床、刀具或者工件系统存在较大间隙，整体刚性差；切削参数存在问题；工件和滚刀出现位置变化；零件本身材质不均匀、滚刀刃磨不当等。

二、提高滚齿加工精度的方法

通过上面的叙述，我们对影响滚齿精度的因素有了一定的了解，尤其是知道存在的各种误差原因等，结合上面的问题，笔者认为，提升滚齿加工精度，可以从工艺系统精度、加工零件本身、加工刀具、加工机床、加工过程等方面加以控制，从而提升滚齿的加工精度，具体的途径有： 

1. 提升齿坯加工质量：对于齿轮加工而言，齿坯的质量直接影响着齿轮的精度，提升齿坯质量是提升齿轮精度的基础和关键。齿轮内孔和齿轮端面是齿轮加工的定位基准，以往普通卡盘加工的齿坯端面跳动≥0.05mm，而东龙精车夹具采用粘接涨套技术，夹具精度可以达到0.005mm，加工齿坯精度≤0.015mm，提升定位基准的精度，可以大幅度提升齿轮加工精度，尤其是齿向精度。
2. 提升滚齿夹具的精度：滚齿夹具的制造和安装精度会影响到齿坯的精度。一般而言，滚齿夹具都是采取上下顶尖定位的方式，以此加固零件外圆。东龙制造的滚齿夹具成套精度0.005mm，安装精度高，能够实现快速换产，有效降低齿向误差和齿圈径向跳动，顶尖根据客户需求定制，减少对于齿圈径跳的影响，模块化设计能够实现更换部分快换件即可实现换产，避免反复校准的同时保证加工精度
3. 提升刀具刃磨精度：刀具刃磨精度也会影响到齿形精度。为了确保刀具有着良好的加工精度，选择刀具时，需要选择精度等级较高的，而且注意刃磨精度的提升，按照加工齿轮的精度选择刀具精度。最为简单的办法就是选择国外生产的滚刀，可以保证刃磨精度。
4. 提升机床的精度和调整精度：在上面的误差分析中，我们得到机床传动链存在传动误差的情况，导致齿轮出现运动偏心，影响到分度蜗杆副。为了提升齿轮精度需要我们保证机床本身有着良好的精度。齿轮加工都是在机床上完成加工制作，只有保证机床的精度才能确保齿轮加工的精度。我们在生产作业中，一旦发现滚齿后出现公法线表动超差的情况，就需要进行检查，检查机床工作台的啮合情况，啮合间隙>=0.03mm就需要进行调整，需要将其控制到0.03mm以内，不然就需要进行蜗杆副的检修。我们在进行滚切斜齿时，需要注意，计算差动挂轮比必须准确无误，一般要精确到小数点的后六位。机床刀架滑板也会影响到滚齿的齿向误差，比如，刀架滑板和回转轴线之间的平行度。因此，提升刀架导轨精度也是提升滚齿精度的一种方法。
5. 控制齿面的粗糙度值：控制齿面的粗糙度也是提升滚齿加工精度的途径之一。可以采取适当的预备热处理的方式，让齿坯材料的内部组织做到硬度一致、组织均匀， 可以通过控制滚齿的切削参数，采取冷却润滑的方式，也可以通过对滚刀采取定期刃磨的方式，降低齿面的粗糙度值。

综上所述，滚齿加工精度是提升滚齿质量的重要方式。影响滚齿加工精度的因素有：齿圈径跳误差、公法线长度误差、齿形误差、齿向误差、齿面粗糙度。通过对存在的误差进行分析，可以从以下几点提升滚齿加工精度：提升齿坯加工质量、提升滚齿夹具的精度、提升刀具刃磨精度、 提升机床的精度和调整精度、控制齿面的粗糙度值。

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