滚齿精度分析

滚齿加工精度和效率的研究分析作者：周运岐来源：《中国新技术新产品》2012年第02期摘要:滚齿是一种常用的齿轮加工工艺，在高精度滚齿机上，采用精密滚刀，可以加工出5到6级精度的齿轮。

本文结合多年对齿轮制造理论的研究，对保证滚齿精度的前提下，对提高齿轮滚齿加工效率的方法及途径进行了研究分析。

关键词：齿轮加工；精度；滚齿效率中图分类号：TG61 文献标识码：A随着齿轮加工工艺技术的发展，滚齿机的刚性、精度及功率有了很大的提高，数控滚齿机的应用，齿轮滚刀材料性能的提高及刀具制造、刃磨工艺的改进，使齿轮加工精度和效率有了很大的提高。

1滚齿加工精度分析齿轮精度主要有运动精度、平稳性精度、接触精度。

滚齿加工中用控制公法线长度和齿圈径跳来保证运动精度，用控制齿形误差和基节偏差来保证工作平稳性精度，用控制齿向误差来保证接触精度。

1.1齿圈径向跳动误差齿圈径向跳动是指在齿轮一转范围内，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。

也是轮齿齿圈相对于轴中心线的偏心，这种偏心是由于在安装零件时，零件的两中心孔与工作台的回转中心安装不重合或偏差太大而引起。

1.2公法线长度误差滚齿是用展成法原理加工齿轮的，从刀具到齿坯间的分齿传动链要按一定的传动比关系保持运动的精确性。

但是这些传动链是由一系列传动元件组成的。

它们的制造和装配误差在传递运动过程中必然要集中反映到传动链的末端零件上，产生相对运动的不均匀性，影响轮齿的加工精度。

公法线长度变动是反映齿轮牙齿分布不均匀的最大误差，这个误差主要是滚齿机工作台蜗轮副回转精度不均匀造成的，还有滚齿机工作台圆形导轨磨损、分度蜗轮与工作台圆形导轨不同轴造成，再者分齿挂轮齿面有严重磕碰或挂轮时咬合太松或太紧也会影响公法线变动超差。

1.3齿形误差齿形误差是指在齿形工作部分内，包容实际齿形廓线的两理想齿形(渐开线)廓线间的法向距离。

在实际加工过程中不可能获得完全正确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。

航空发动机齿轮材料及加工精度分析研究航空齿轮是航空发动机的关键零部件，发动机和飞机的起动、燃油、滑油、液压等系统的主要附件都是由发动机转子通过齿轮传动装置带动的，在整个飞行过程中，齿轮传动都必须可靠地工作。

随着航空发动机性能和可靠性要求的不断提高，齿轮承受的交变载荷和剧烈冲击载荷在不断增加，所受应力复杂，工况恶劣，这对齿轮在材料、精度、强度、耐久性和可靠性等方面提出了更高的要求。

基于此，本文主要对航空发动机齿轮材料及加工精度进行分析探讨。

标签：航空发动机；齿轮材料；加工精度；分析研究1 前言目前，各类现役发动机齿轮时有故障发生，如内齿圈断裂、齿轮断齿、齿面剥落等，导致了发动机损伤和飞机坠毁事故，因此，需要从发动机的材料、设计及加工方法上分析原因。

考虑到齿轮的设计方法多种多样，本文仅针对齿轮的材料及如何提高其加工精度方面进行分析，提出一些建议和方法。

2 新型航空齿轮材料的应用随着航空发动机步入第四代的研制，发动机齿轮要求工作在更加高温、高速、重荷、快速起动的环境下，齿轮必须具有更高的强度，更好的高温抗疲劳、抗弯曲、抗胶合能力和更高的综合性能，这对航空齿轮的内在质量提出更高的要求。

新型航空材料除含有上述传统航空材料的合金元素外，还含有铌和铈等稀有元素，合金成分加入后，材料综合性能显著提高。

新型航空材料应用研究从毛坯锻件开始，然后进行渗碳、淬火、回火工艺试验，再进行氮化工艺试验等。

通过一系列技术攻关，已总结出了锻造工艺及工艺规范，渗碳淬火、回火工艺及工艺规范，氮化工艺及工艺规范，制订了金相标准和编制相关技术标准等。

新型航空材料经渗碳、淬火后，在350℃回火，硬度可达HRC59以上；新材料的耐热性能高，能够在高达350℃的环境温度下工作；在材料的热加工工艺性能和淬透性试验中，当直径为150mm时，其淬透性曲线接近一水平直线，即使在950℃～1000℃温度上长时间加热，晶粒都不至于长大；齿轮的内部金相组织稳定，心部硬度在HRC35～43.5范围内。

滚齿机精度检验标准一、齿形精度齿形精度是滚齿机加工质量的关键指标。

为确保齿形精度，需要检查以下几个因素：1. 齿形的对称性：通过观察齿形的左右两侧是否完全对称来判断。

可以使用测量工具进行精确测量。

2. 齿形的完整性：需要检查齿形是否有缺失或不规则部分。

可以通过对比加工出的齿形与理论齿形进行判断。

3. 齿顶圆的圆度：需要保证齿顶圆的圆度公差在允许范围内，以避免齿顶磨损和噪音的产生。

可以使用测量工具进行精确测量。

二、齿向精度齿向精度是指齿轮的螺旋线方向与理论方向之间的偏差。

为确保齿向精度，需要检查以下几个因素：1. 螺旋线的直线度：需要使用测量工具检查齿轮的螺旋线是否平直，无弯曲或扭曲现象。

2. 螺旋线的方向：需要确保齿轮的螺旋线方向与理论方向一致，以避免齿轮运转时的振动和噪音。

3. 齿距的一致性：需要检查同一齿轮上各齿距是否一致，以避免齿轮运转时的冲击和振动。

可以使用测量工具进行精确测量。

三、齿厚精度齿厚精度是指加工出的齿轮厚度与理论厚度之间的偏差。

为确保齿厚精度，需要检查以下几个因素：1. 齿厚的均匀性：需要使用测量工具检查齿轮的各齿厚是否均匀一致，以避免齿轮运转时的冲击和振动。

2. 齿厚的偏差：需要将实际齿厚与理论齿厚进行比较，以判断是否存在偏差。

可以使用测量工具进行精确测量。

3. 齿厚的稳定性：需要检查同一批次的齿轮之间是否存在较大的厚度差异，以确保齿轮运转时的稳定性。

可以使用测量工具进行精确测量。

四、表面粗糙度表面粗糙度是指加工后的齿轮表面微观不平整程度。

为确保表面粗糙度符合要求，需要检查以下几个因素：1. 表面粗糙度的值：需要使用表面粗糙度测量仪检查齿轮表面的粗糙度值是否符合要求。

一般而言，表面粗糙度越小，齿轮的耐磨性和使用寿命越好。

2. 表面缺陷：需要检查齿轮表面是否存在划痕、烧伤、裂纹等缺陷，这些缺陷会影响齿轮的运转性能和使用寿命。

可以使用目视观察或借助放大镜进行检查。

3. 热处理质量：热处理质量对齿轮的表面粗糙度有很大影响。

插齿与滚齿生产质量和精度基本相当，生产率和应用范围等方面又各自有其特点。

现分析比较如下：
一、插齿的加工质量：
1、插齿的齿形精度比滚齿高。

这是因为插齿刀在制造时，可通过精度磨齿机获得精确的渐开线齿形。

2、插齿后的齿面粗糙度值比滚齿小。

其原因是插齿的周进给量通常较小，插齿过程中包络齿面的切削刃数较滚齿多，因而插齿后的齿面粗糙度小。

3、循齿的运动精度比滚齿差。

因为在滚齿时，一般只是滚刀某几圈的刀齿参加切削，件上所有齿槽都是这些刀齿切出的；而插齿时，插齿刀上的各刀齿顺次切削工件各齿槽，而，插齿刀上的齿距累积误差将直接传给被切齿轮；另外，机床传动链的误差使插齿刀麓产生的转角误差，也使得插齿后齿轮有较大的运动误差。

4、插齿的齿向误差比滚齿大。

捆的齿向误差主要决定于插齿机主轴往复运动轨迹与工作台回转轴线的平行度误差。

插齿Z复运动频率高，主轴与套筒的磨损大，因此插齿的齿向误差常比滚齿大。

二、插齿的生产率：
切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受插齿刀主轴往复运动惯性币床刚性的制约，切削过程又有空程时间损失，故生产率比滚齿加工要低。

怛在加工小模数、联齿、齿宽窄的齿轮时，插齿生产率会比滚齿高。

三、插齿的应用范围：
从上面分析可知，插齿适合于加工模数小、齿宽较小、工作平蓍要求较高而运动精度要求不太高的齿轮。

尤其适用于加工内齿轮、多联齿轮中的小齿轮、条及扇形齿轮等。

但加工斜齿轮需用螺旋导轨，不如滚齿方便。

滚齿机在齿轮制造中的精度要求齿轮是现代机械中常见的传动装置，广泛应用于各行各业。

而为了确保齿轮能够正常运转并具备良好的传动效果，其制造过程中的精度要求显得尤为重要。

在齿轮制造中，滚齿机是一种常用的加工设备，而滚齿机的性能和精度直接关系着齿轮的质量和传动效率。

首先，滚齿机在齿轮制造中的精度要求包括齿轮的几何精度和位置精度。

几何精度指的是齿轮的齿形、齿距、齿厚等几何参数的精确度。

而位置精度则是指齿轮齿槽与滚齿机滚子的相对位置的精确度。

这两者的精度要求直接影响着齿轮的传动性能以及工作时的噪声和寿命等重要指标。

对于齿轮的几何精度要求，滚齿机需要满足以下几个方面：1. 齿距精度：齿轮的齿距是指相邻两齿槽之间的距离，这个参数直接影响着齿轮的传动准确性。

滚齿机应确保齿距的相对误差小于规定的允许范围。

2. 齿厚精度：齿轮的齿厚是指齿轮齿槽的厚度，在传动中起到承载载荷的作用。

滚齿机需要确保齿厚的绝对误差在规定的范围内，并且各齿槽之间的齿厚误差需控制在一定的范围之内。

3. 齿高精度：齿轮的齿高是指齿槽顶和齿槽底之间的高度差，直接影响着齿轮的传动稳定性和噪声。

滚齿机应确保齿高的绝对误差和相对误差在规定的范围内。

对于齿轮的位置精度要求，滚齿机需要满足以下几个方面：1. 齿顶位置误差：齿顶位置误差是指齿轮齿顶相对于理想位置的偏离程度。

滚齿机应确保齿顶位置误差在一定的范围之内，以确保齿轮在传动中的定位精度。

2. 齿轮中心距误差：齿轮中心距误差是指齿轮齿槽中心与滚齿机滚子中心之间的距离偏差。

滚齿机应确保齿轮中心距误差在规定范围内，以确保齿轮的传动精度。

3. 齿轮螺纹高度误差：对于带内齿的齿轮而言，螺纹高度误差是指齿轮螺纹的高度与理想高度之间的差值。

滚齿机需要确保齿轮螺纹高度误差在规定的范围内，以保证齿轮和齿圈的连接性能。

总的来说，在齿轮制造中，滚齿机的精度要求是非常高的。

只有通过精确的加工，才能确保齿轮的传动效率、传动平稳性以及使用寿命。

齿轮精度出现偏差的5大原因来源：机械论坛（）1.齿圈径向跳动误差(即几何偏心)齿圈径向跳动是指在齿轮一转范围内，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。

也是轮齿齿圈相对于轴中心线的偏心，这种偏心是由于在安装零件时，零件的两中心孔与工作台的回转中心安装不重合或偏差太大而引起。

或因顶尖和顶尖孔制造不良，使定位面接触不好造成偏心，所以齿圈径跳主要应从以上原因分析解决。

2.公法线长度误差(即运动偏心)滚齿是用展成法原理加工齿轮的，从刀具到齿坯间的分齿传动链要按一定的传动比关系保持运动的精确性。

但是这些传动链是由一系列传动元件组成的。

它们的制造和装配误差在传递运动过程中必然要集中反映到传动链的末端零件上，产生相对运动的不均匀性，影响轮齿的加工精度。

公法线长度变动是反映齿轮牙齿分布不均匀的最大误差，这个误差主要是滚齿机工作台蜗轮副回转精度不均匀造成的，还有滚齿机工作台圆形导轨磨损、分度蜗轮与工作台圆形导轨不同轴造成，再者分齿挂轮齿面有严重磕碰或挂轮时咬合太松或太紧也会影响公法线变动超差。

3.齿形误差分析齿形误差是指在齿形工作部分内，包容实际齿形廓线的两理想齿形(渐开线)廓线间的法向距离。

在实际加工过程中不可能获得完全正确的渐开线齿形，总是存在各种误差，从而影响传动的平稳性。

齿轮的基圆是决定渐开线齿形的惟一参数，如果在滚齿加工时基圆产生误差，齿形势必也会有误差。

基圆半径R=滚刀移动速度／工作台回转角速度x cos ao (ao为滚刀原始齿形角)，在滚齿加工过程中渐开线齿形主要靠滚刀与齿坯之间保持一定速比的分齿来保证，由此可见，齿形误差主要是滚刀齿形误差决定的，滚刀刃磨质量不好很容易出现齿形误差。

同时滚刀在安装中产生的径向跳动、轴向窜动(即安装误差)也对齿形误差有影响。

常见的齿形误差有不对称、齿形角误差(齿顶变肥或变厚)、产生周期误差等。

4.齿向误差分析齿向误差是在分度圆柱面上，全齿宽范围内，包容实际齿向线的两条设计齿向线的端面距离。

功能原理设计随着现代设计方法的发展及应用越来越广泛，人们对系统原理设计时常采用一种“抽象化”的方法---“黑箱法”。

之所以称为“黑箱法”是因为对于待设计产品来说，在求解之前，犹如一个看不见内部结构的“黑箱子”。

这种“黑箱”只能用来描述系统的功能目标，“黑箱”的内部结构需要设计人员进一步构思的设计。

由此可知，“黑箱法”是根据系统的输入、输出关系来研究实现系统功能目标的一种方法，即根据系统的某输入及要求获得某种输出要求，从中寻找某种原理来实现输入---输出之间的转化，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”变成“白箱”的一种方法。

1、黑箱法寻找总功能的转化关系物料流包括材料、毛坯半成品、成品，液体、气体等各物体；能量流包括电能、光能、机械能、热能、核能等；信号流包括数据、测量值、控制信号、波形等。

通过对Y38滚齿机的综合分析，可得以下“黑箱”示意图通过黑箱法分析，滚齿机是将轮坯通过一定的加工过程，最终得到所需产品—齿轮的机器。

该过程有各种能量的交换、损失，同时还与外界的环境密切相关。

2、滚齿加工原理齿轮是现代机械传动中的重要组成部分。

从国防机械到民用机械，从重工业机械到轻工业机械，无不广泛的采用齿轮传动。

随着汽车、机械、航天等工业领域的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高，滚齿机是齿轮加工加床中的一种，由于滚齿机既适合高效率的齿形粗加工，又适合中等精度齿轮的精加工，因此受到广泛的应用。

为此滚齿机的研究仍是大家努力的方向齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也不相同，齿形加工可按在加工中有无切屑而区分为无屑加工和切削加工两大类。

无屑加工包括热轧、冷轧、压铸和粉末冶金等，无屑加工生产率高，材料消耗少，故成本低，但加工精度不高。

（1）冷轧冷轧是能在圆柱形零件上生产出齿轮的齿、花键、细齿、油槽或螺纹的一种很简单的方法。

生产率很高，用此方法扎制一个齿轮仅需3～5秒钟，但它受轧制形状和材料的限制较大。

滚齿机：主要用滚刀按展成法加工圆柱齿轮，蜗轮，链轮等齿面的齿轮加工机床。

滚齿机校正机构常见种类：行星式，复式偏心式，凸轮摆杆式，附加回转工作台式等。

决于齿轮机床的精度、刚度、刀具和齿轮毛坯的质量及其安装精度。

所以针对滚齿机工作台误差的滚齿机主要用滚刀按展成法加工圆柱齿轮、蜗轮、链轮等齿面的齿轮加工技术，在机械加工中占有重要地位。

因为在齿轮加工中出现了分度蜗轮的周节累计误差和周期误差，而齿轮加工精度取来源这一问题，本文使用滚齿机行星摆杆机构对其进行校正，用以减少分度蜗轮的周节累计误差和周期误差，使加工出来的齿轮达到满足加工精度的要求。

国内采用的滚齿机校正构，在机床制造行业中, 一开始制造精密机床, 由于各厂的设备条件差, 在滚齿机上不能加工精度较高的蜗轮, 分度精度满足不了产品的要求。

因而, 各厂先后在各型滚齿机上采用了各种类型的校正机构, 大都取得了不同程度的效果, 制出了精密分度蜗轮。

当时, 着重引进国外现成为结构, 近几年来, 无论在结构型式上, 或在简化结构, 或校正效果等方面均有较快的发展。

我国共采用了行星式、复式偏心式、凸轮摆杆式、和附加回转工作台式等多种类型的校正机构。

RS2 型滚齿机校正机构，只能能校正分度蜗轮副的周期误差。

但结构不够紧凑，校正机构在机床的外边，需要另置地基，并将机床的罩壳也换掉。

5355M型滚齿机校正机构也属于行星式，但没有周期误差校正凸轮, 机构是封闭的。

其结构复杂, 构件将近85 种, 使用不方便, 需将机床的双蜗杆传动改成单蜗杆传动, 此时, 必需拆除一根蜗杆。

由于校正机构安装位置不够妥当，使得一部分齿轮外露。

这种结构不太适用于大型滚齿机。

FO-10滚齿机行星式校正机构，该机构有一定的简化, 它省去了四根摆杆和一根长套筒, 结构就比较紧凑一些。

它装在机床分度挂轮箱处, 不需另置地基, 但其构件的种数仍然较多, 达45种, 放大比为0.182毫米每秒。

这种机构的轮廓尺寸较大。