發布日期：2022-04-27 點擊率：52
齒輪在現代汽車工業中發揮著重要作用，制造齒輪的新工藝不但可保證齒輪符合加工規格和品質標準、具有高精密度，亦能從容應對流水線加工以及批量生產。本文作者來自知名的齒輪加工機床制造商桑普坦斯利（Samputensili）公司，筆者結合該公司在齒輪技術領域所提供的技術支援，詳盡介紹了齒輪制造的不同環節。
加工制造齒輪的方法有手工制造也有機器加工，汽車工業的發展讓機加工的優勢充分發揮出來，汽車的大批量生產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間進一步縮短，精度也得以提高。
歸根結底，這類齒輪的高效生產歸功于裝備了先進技術、自動控制程式的現代機床。意大利桑普坦斯利公司，一直以來將面向汽車工業提供齒輪解決方案作馬鉽滬n目標，向齒輪制造商提供專門技能以及先進的機床與刀具。
齒輪參數
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）則是在兩個齒輪嚙合在一起的理論切點上測得的，D與齒數（z）的關系如下式：
M = D/z（式中M為模數）
兩個齒輪相嚙合，并產生了一種軸向推力，推力像向量一樣沿著一條直線移動。兩個齒輪分園直徑的公切線與推力移動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3.0毫米的徑向進給量進行的。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間即0.35分鐘左右之內完成的。而這一系列操作的迅捷歸功于滾齒機裝備有自動上下料機械臂。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有效漸開線的齒頂倒角。這樣一來，倒角就能保護齒形不被碰壞。
滾齒機的倒棱裝置則由帶有雙鑷子的快速自動上下料系統整合而成。工件一旦滾齒完成，上下料機械臂就夾過來并將下一工件插入滾齒機的工作臺中。這幾項動作并不是按先后順序來完成的，而是同時進行，這樣能節省大量的加工時間。進行了齒輪輪齒加工之后，齒輪工件隨即被放入滾齒機床的倒棱工作區域。在兩個倒棱切削刀具與兩個去毛刺刀具的聯合行動下齒輪牙齒上的多余金屬被去除。
倒棱的同時滾齒機也進行滾齒，只是這兩個工序的時長不同。滾齒回圈時間為1.43分鐘，去毛刺、去棱角回圈時間為10秒，即每5秒順一個方向轉動加上每5秒順與之相反的方向轉動。時間差正好使上下料系統夾好工件以便更方便地伸前縮后。在機床滾齒時，它自動退出工作區，這就保護了機械臂在滾齒時不會受到切屑和油污的影響。這不僅不會影響到滾齒機床的效率及功能，還有助于優化操作的全回圈周期。
進行去棱角、去毛刺的時候，使用的也是桑普坦斯利公司工程師設計制造的刀具。這類刀具把兩種全然不同的工序集成為一項統一的整體工序。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，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的鋼鐵材質，令刀具刃磨之后仍然保持其原有性能。同時，桑普坦斯利公司還提供成套工具和預調整套倒棱刀對中裝置，對中裝置放在工作區外的另一個工作臺，工件經由這個外部工作臺對中之后才轉到工作區域。由此，將滾齒機床的非生產性時間減至最小。
為了讓金屬切屑更方便地排除，進行去棱角、去毛刺時，工件被平放在機床工作區域里。滾齒機的立式工作臺與倒棱機的臥式工作臺的不同斜度，則由集成式快速自動上下料系統來確定。此外，機械臂將工件放在皮帶運輸機上與工件相匹配的地方，便于其被直接輸送到生產線中的下一臺機器加工。此時，工件已經滾削完成。
齒輪生產過程中的下一個階段是精加工。總體講，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。當然，客戶可按各自公司所擁有的技術設備及齒輪的要求進行相應選擇。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有重大影響。
齒輪機床
齒胚完成后，即可上桑普坦斯利公司生產的S 300 CDM數控滾齒機滾削齒輪。該機床是集成了倒棱、滾齒加工的高端設備，由該公司意大利分公司和德國分公司聯手打造。它能將去棱角和去毛刺兩項不同的回圈加工集成為混合回圈加工，其床身結構由灰口鐵鑄造而成。而且，在確保精度不變的條件下，該系列機床配備有再回圈冷卻潤滑系統，這就保證了加工齒輪的機械、物理化學性能尤其是熱穩定性不會受到任何損傷。為實現干式滾齒加工，工作臺還備有不銹鋼硬質表面，以方便熱切屑和液體的流動。
除了上述主要特點，該機床還擁有存放、更換砂輪和工件的自動裝置，該裝置的發動機最大功率高達22千瓦。
對于去棱角、去毛刺，應用最廣泛的是CDM系列，若有必要磨削，則需選擇S 250 G磨齒機。S 250 G立式展成齒輪磨床基于該公司滾齒機的原有設計范本，其磨削加工則由CBN電鍍蝸桿磨輪和陶瓷蝸桿砂輪實現，修整可通過電鍍金剛石修整標準輪或傳統的修整滾輪來完成。值得一提的是，在磨削工件的同時自動上下料系統可進行另一工件的預對中。
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量。經過電鍍金剛石修整標準輪的修整，能獲益匪淺。首先，非生產性磨輪修形次數的減少便全是歸功于按展成原理運轉的標準輪。所謂“展成”，是指標準輪的齒寬與蝸桿磨輪完全接觸。而且，砂輪的頭數越多修整所需時間越短。第二，由于電鍍標準輪的表面為傳統修整滾輪的10倍之大，標準輪有更好的生產性能和更大的防磨損特性。為進一步降低成本，單面鍍層修整標準輪可以重鍍多達3次。同時，因為齒輪所有齒形的幾何特性可以被復制到標準輪上，修形可令其在砂輪上保持穩定。修形動作就像磨削動作一樣，是由X軸（磨頭立柱徑向移動）和Y軸（磨頭切向移動）聯動完成的。第三，能提高生產效率。如前所述，在外部工作臺的對中裝置，可將工件的非生產性時間減到最少。
此外，機床的數控系統采用西門子840 D，該系統含有桑普坦斯利公司的人機對話軟體，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
在批量生產中，不僅要關注產品品質，也要重視如何縮短加工時間。進行輪齒加工尤其是干切加工時，為同時確保優質的齒輪和最大的生產效率，滾刀的作用不可或缺。
（致謝：本文原稿由Tommaso Previato從意大利語譯為中文）
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