小模數齒輪剃齒工藝分析

航空發動機的小模數齒輪精度高、剛性差，結構復雜。目前，我國仍延用傳統的精插齒工藝。加工中，受插齒刀的精度、刃磨前角誤差以及刀刃鋒利程度的影響，致使調整、加工難度較大，生產效率低。而剃齒工藝恰好克服和彌補了精插齒工藝的不足。

剃齒工藝是由美國耐森納爾·波洛奇公司發展起來的。它是齒輪精加工方法之一，通常只能剃削硬度值HRC35以下的齒輪。目前日本超高速鋼材料剃刀可剃削硬度值HRC50以上的齒輪；我國試驗用高速鋼5F6和M42材料剃刀可剃削硬度值為HRC40～50的齒輪。剃齒機床與磨齒機床相比結構簡單，調整方便，能修正滾齒或插齒形成的部分誤差，加工精度可達6～7級，甚至可達到5級，表面粗糙度Ra可達0.2µm。因此，剃齒工藝在齒輪精加工中被廣泛應用。
1 剃齒工藝原理
一個直齒圓柱齒輪和一個螺旋齒圓柱齒輪相嚙合，它們的回轉軸線自然地構成夾角ψ。如果將螺旋齒輪看成加工刀具(剃齒刀)，直齒圓柱齒輪就是被加工的齒輪。在剃齒刀主動旋轉，工件被動旋轉的情況下，剃齒刀的圓周運動速度可以分解為兩個分速度向量(見圖1)，分速度vz垂直于齒輪工件的軸線，分速度v滑則與工件的齒向方向平行。前者帶動工件旋轉，后者使兩齒面產生滑移。剃削的切削作用主要是由齒向方向的滑動運動產生的。當剃齒刀與齒輪作無間隙嚙合時，剃齒刀刀刃在v滑的作用下，將工件齒面切下一層厚度約為0.01～0.05mm的極薄切屑。這完全是應用了螺旋齒輪副嚙合的傳動原理。

2 小模數齒輪剃齒工藝
輪坯是影響剃齒加工質量的關鍵，小模數齒輪更是如此。因此，編制小模數齒輪剃齒工藝時應嚴格控制輪坯精度，加工基準更應有足夠的精度。盤類或軸類工件用軸或孔定位時應盡量減小配合間隙，提高同軸度要求。一般配合間隙應為0.005mm左右，同軸度應控制在0.002～0.003 mm內。這樣既可減少重復裝夾對加工誤差的影響，也可防止計量時因基準誤差的影造成對工件的誤判。

剃齒刀的齒頂強度低，而切削速度高。在剃齒過程中，剃齒刀齒項始終處于大工作負荷的不利狀態，因此，剃前齒坯的齒形應盡量使剃齒刀刀頂少參與工作。當用標準漸開線剃刀剃齒時應考慮剃齒中產生的中凹現象。航空發動機的小模數齒輪一般都采用專用剃前插刀使剃前余量分布較為合理；在沒有專用剃前刀具時亦可將標準或專用精插刀或滾刀前角適當加大，使刀具齒形角變小，加工出的齒形頂寬根細，這樣可降低剃齒刀齒頂的工作負荷。

根據螺旋齒輪副嚙合傳動原理，只要法向基節相等，剃齒刀即可任意選用。但在實際剃削過程中，經常會遇到因剃齒刀選擇不當而影響加工質量的問題。因此，對初選的剃齒刀必須進行校驗，其法向嚙合角誤差應控制在±(2°～3°)內；徑向間隙應控制在0.2mm左右；剃齒刀超越量，即漸開線起始點應低于工作起始點，一般超越量DP=(0.15～0.20)mm/2sinas為宜，式中as代表端面壓力角。

剃齒一般采用縱向剃齒法，剃齒余量不宜過大。若工件齒厚公差較大，剃前可加工至齒厚上偏差；否則剃前余量過大，會導致剃削時間過長，使某些原有精度下降。

剃齒要獲得較高精度，齒坯在剃前應有較好的加工基礎，僅靠剃齒提高齒輪的所有精度是不可能的。一般剃前齒坯齒形精度略低于或接近要求精度的一級左右，否則因剃齒對切向誤差修正能力差，導致徑向誤差向切向誤差轉嫁而造成切向誤差增大。實際上，由于機床和工具的誤差以及工藝方面等因素的影響，若剃前齒坯精度不高則很難剃出高精度齒輪。
3 結束語
剃齒工藝具有操作難度低、加工精度高、生產效率高等優點，但齒輪的剃齒加工實際上是刀具與工件間的自由對滾，在剃削過程中，自由旋轉的工件因很難保證瞬時速比的恒定而產生轉速波動，從而導致工件齒形誤差的增大。因此在制定剃齒工藝時要設法(如美國弗洛斯公司采用強制嚙合剃齒刀和工件的傳動法)減小這種轉速波動的影響。