加工制造齒輪的方法有手工制造也有機(jī)器加工，汽車工業(yè)的發(fā)展讓機(jī)加工的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，汽車的大批量生產(chǎn)催生了變速箱齒輪切削及精磨方面的新工藝，從而使得齒輪切削與精磨的時(shí)間進(jìn)一步縮短，精度也得以提高。
齒輪在現(xiàn)代汽車工業(yè)中發(fā)揮著重要作用，制造齒輪的新工藝不但可保證齒輪符合加工規(guī)格和品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、具有高精密度，亦能從容應(yīng)對流水線加工以及批量生產(chǎn)。本文作者來自知名的齒輪加工機(jī)床制造商桑普坦斯利（Samputensili）公司，筆者結(jié)合該公司在齒輪技術(shù)領(lǐng)域所提供的技術(shù)支援，詳盡介紹了齒輪制造的不同環(huán)節(jié)。
歸根結(jié)底，這類齒輪的高效生產(chǎn)歸功于裝備了先進(jìn)技術(shù)、自動(dòng)控制程式的現(xiàn)代機(jī)床。意大利桑普坦斯利公司，一直以來將面向汽車工業(yè)提供齒輪解決方案作馬鉽滬n目標(biāo)，向齒輪制造商提供專門技能以及先進(jìn)的機(jī)床與刀具。
齒輪參數(shù)
齒輪的“頂圓直徑”是指齒頂上的直徑，“根圓直徑”指齒根上的直徑。分度園直徑（D）則是在兩個(gè)齒輪嚙合在一起的理論切點(diǎn)上測得的，D與齒數(shù)（z）的關(guān)系如下式：
M = D/z（式中M為模數(shù)）
兩個(gè)齒輪相嚙合，并產(chǎn)生了一種軸向推力，推力像向量一樣沿著一條直線移動(dòng)。兩個(gè)齒輪分園直徑的公切線與推力移動(dòng)的那條直線的夾角被稱為壓力角（A.P）。最后，我們可以把齒輪分為兩類：直齒齒輪和斜齒齒輪。后者是指帶有螺旋齒形的齒輪。確定齒形范圍的是螺旋角（A.E）。牙齒的寬度稱為齒寬（F）。
齒輪加工過程
按滾齒后情況，將齒輪分為剃前、磨前齒輪。這些齒輪的加工制造是以每分鐘170米的切削速度、每一轉(zhuǎn)3.0毫米的徑向進(jìn)給量進(jìn)行的。在這種切削條件下，齒輪工件能在最多1.43分鐘加上它上下料所需要的時(shí)間即0.35分鐘左右之內(nèi)完成的。而這一系列操作的迅捷歸功于滾齒機(jī)裝備有自動(dòng)上下料機(jī)械臂。去毛刺是輪齒加工之后的一步工序，其首要目的是除去牙齒上的毛刺和碎屑并形成利于保護(hù)有效漸開線的齒頂?shù)菇?。這樣一來，倒角就能保護(hù)齒形不被碰壞。
滾齒機(jī)的倒棱裝置則由帶有雙鑷子的快速自動(dòng)上下料系統(tǒng)整合而成。工件一旦滾齒完成，上下料機(jī)械臂就夾過來并將下一工件插入滾齒機(jī)的工作臺(tái)中。這幾項(xiàng)動(dòng)作并不是按先后順序來完成的，而是同時(shí)進(jìn)行，這樣能節(jié)省大量的加工時(shí)間。進(jìn)行了齒輪輪齒加工之后，齒輪工件隨即被放入滾齒機(jī)床的倒棱工作區(qū)域。在兩個(gè)倒棱切削刀具與兩個(gè)去毛刺刀具的聯(lián)合行動(dòng)下齒輪牙齒上的多余金屬被去除。
倒棱的同時(shí)滾齒機(jī)也進(jìn)行滾齒，只是這兩個(gè)工序的時(shí)長不同。滾齒回圈時(shí)間為1.43分鐘，去毛刺、去棱角回圈時(shí)間為10秒，即每5秒順一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)加上每5秒順與之相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。時(shí)間差正好使上下料系統(tǒng)夾好工件以便更方便地伸前縮后。在機(jī)床滾齒時(shí)，它自動(dòng)退出工作區(qū)，這就保護(hù)了機(jī)械臂在滾齒時(shí)不會(huì)受到切屑和油污的影響。這不僅不會(huì)影響到滾齒機(jī)床的效率及功能，還有助于優(yōu)化操作的全回圈周期。
進(jìn)行去棱角、去毛刺的時(shí)候，使用的也是桑普坦斯利公司工程師設(shè)計(jì)制造的刀具。這類刀具把兩種全然不同的工序集成為一項(xiàng)統(tǒng)一的整體工序。而且，去毛刺刀具都涂有高性能TiN涂層以減少刀刃磨損。倒棱刀具依據(jù)塑性變形的原理而不是切削原理去加工齒輪，這樣能夠大幅延長刀具壽命。
同時(shí)，為了使刀具的重磨更容易，去毛刺及倒棱刀具均采用了最先進(jìn)的鋼鐵材質(zhì)，令刀具刃磨之后仍然保持其原有性能。同時(shí)，桑普坦斯利公司還提供成套工具和預(yù)調(diào)整套倒棱刀對中裝置，對中裝置放在工作區(qū)外的另一個(gè)工作臺(tái)，工件經(jīng)由這個(gè)外部工作臺(tái)對中之后才轉(zhuǎn)到工作區(qū)域。由此，將滾齒機(jī)床的非生產(chǎn)性時(shí)間減至最小。
為了讓金屬切屑更方便地排除，進(jìn)行去棱角、去毛刺時(shí)，工件被平放在機(jī)床工作區(qū)域里。滾齒機(jī)的立式工作臺(tái)與倒棱機(jī)的臥式工作臺(tái)的不同斜度，則由集成式快速自動(dòng)上下料系統(tǒng)來確定。此外，機(jī)械臂將工件放在皮帶運(yùn)輸機(jī)上與工件相匹配的地方，便于其被直接輸送到生產(chǎn)線中的下一臺(tái)機(jī)器加工。此時(shí)，工件已經(jīng)滾削完成。
齒輪生產(chǎn)過程中的下一個(gè)階段是精加工?？傮w講，齒輪精加工包括兩種不同的方法：剃齒加工和磨削加工。前者是熱處理之前施行的，后者則在熱處理之后。當(dāng)然，客戶可按各自公司所擁有的技術(shù)設(shè)備及齒輪的要求進(jìn)行相應(yīng)選擇。一般而言，熱處理后的其他操作對于磨好工件的幾何特性不會(huì)有重大影響。
齒輪機(jī)床
齒胚完成后，即可上桑普坦斯利公司生產(chǎn)的S 300 CDM數(shù)控滾齒機(jī)滾削齒輪。該機(jī)床是集成了倒棱、滾齒加工的高端設(shè)備，由該公司意大利分公司和德國分公司聯(lián)手打造。它能將去棱角和去毛刺兩項(xiàng)不同的回圈加工集成為混合回圈加工，其床身結(jié)構(gòu)由灰口鐵鑄造而成。而且，在確保精度不變的條件下，該系列機(jī)床配備有再回圈冷卻潤滑系統(tǒng)，這就保證了加工齒輪的機(jī)械、物理化學(xué)性能尤其是熱穩(wěn)定性不會(huì)受到任何損傷。為實(shí)現(xiàn)干式滾齒加工，工作臺(tái)還備有不銹鋼硬質(zhì)表面，以方便熱切屑和液體的流動(dòng)。
除了上述主要特點(diǎn)，該機(jī)床還擁有存放、更換砂輪和工件的自動(dòng)裝置，該裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率高達(dá)22千瓦。
對于去棱角、去毛刺，應(yīng)用最廣泛的是CDM系列，若有必要磨削，則需選擇S 250 G磨齒機(jī)。S 250 G立式展成齒輪磨床基于該公司滾齒機(jī)的原有設(shè)計(jì)范本，其磨削加工則由CBN電鍍蝸桿磨輪和陶瓷蝸桿砂輪實(shí)現(xiàn)，修整可通過電鍍金剛石修整標(biāo)準(zhǔn)輪或傳統(tǒng)的修整滾輪來完成。值得一提的是，在磨削工件的同時(shí)自動(dòng)上下料系統(tǒng)可進(jìn)行另一工件的預(yù)對中。
CBN電鍍蝸桿磨輪和陶瓷蝸桿磨輪使加工過程中的不同程式適合要磨削的齒輪工件數(shù)量。經(jīng)過電鍍金剛石修整標(biāo)準(zhǔn)輪的修整，能獲益匪淺。首先，非生產(chǎn)性磨輪修形次數(shù)的減少便全是歸功于按展成原理運(yùn)轉(zhuǎn)的標(biāo)準(zhǔn)輪。所謂“展成”，是指標(biāo)準(zhǔn)輪的齒寬與蝸桿磨輪完全接觸。而且，砂輪的頭數(shù)越多修整所需時(shí)間越短。第二，由于電鍍標(biāo)準(zhǔn)輪的表面為傳統(tǒng)修整滾輪的10倍之大，標(biāo)準(zhǔn)輪有更好的生產(chǎn)性能和更大的防磨損特性。為進(jìn)一步降低成本，單面鍍層修整標(biāo)準(zhǔn)輪可以重鍍多達(dá)3次。同時(shí)，因?yàn)辇X輪所有齒形的幾何特性可以被復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輪上，修形可令其在砂輪上保持穩(wěn)定。修形動(dòng)作就像磨削動(dòng)作一樣，是由X軸（磨頭立柱徑向移動(dòng)）和Y軸（磨頭切向移動(dòng)）聯(lián)動(dòng)完成的。第三，能提高生產(chǎn)效率。如前所述，在外部工作臺(tái)的對中裝置，可將工件的非生產(chǎn)性時(shí)間減到最少。
此外，機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)采用西門子840 D，該系統(tǒng)含有桑普坦斯利公司的人機(jī)對話軟體，以方便操作人員完成資料、回圈程式管理及診斷故障處理等操作。
刀具
在批量生產(chǎn)中，不僅要關(guān)注產(chǎn)品品質(zhì)，也要重視如何縮短加工時(shí)間。進(jìn)行輪齒加工尤其是干切加工時(shí)，為同時(shí)確保優(yōu)質(zhì)的齒輪和最大的生產(chǎn)效率，滾刀的作用不可或缺。
（轉(zhuǎn)載）
