由国一汔先进耥造Ｉ ２ ５勃料叵甩技市专辑 端面齿轮加工技术研究 袁照丹 高洪彪赵国锐王林国 曲奇 丁琳 （中国第一汽车股份有限公司技术中心，长春１３００１ １） 摘要：介绍了采用螺旋锥齿轮加工机床加Ｔ端面齿轮的方法，阐述了端面齿轮）Ｊ１］Ｙ－原理， 研究分析了加工刀具的设计原理及校核方法、机床调整以及接触区调整计算等方面技术。采 用螺旋锥齿轮加工机床加＿Ｔ端面齿轮，具有加Ｔ效率高，接触区调整方便、刀具成本低等优点， 可以广泛应用在汽车驱动桥端面齿轮的加工中。 关键词：端面齿轮中图分类号：ＴＧ６１ 接触区调整刀具设计 文献标识码：Ｂ ｌ背景介绍 载货汽车驱动桥较多零件采用端面齿设计， 如差速器差速锁、中桥圆柱齿轮端面齿、输入法兰 端面齿等，均需要高精度高承载的应用，其中大部 分应用需要进行动力切换，属于离合式端面齿。 目前，国内大部分驱动桥厂家采用加工中心，数控 但是如果存在加＿Ｔ或装配误差，或者使用过程中 有振动等，可能会｝ｎ现脱开啮合的情况，为防止在 使用中出现脱开啮合的情况，通常采用负压力角 设计，见图２。 铣床等机床加工离合式端面齿（图１）。端面齿采 用螺旋锥齿轮加工机床进行加工，这种加工方法 的优点为加ｌＴ效率高，加工出的轮齿可形成便于 进入啮合的齿顶圆弧，采用防脱开的负压力角设 计，并能根据需要调整接触区等。 （ａ）；ＮＩｌ中心 （ｂ）锥 轮铣街机 图１端面齿ＪＪｎｍ机床 ２离合式端面齿简介 离合式端面齿即在使用中需要进行分离和进 入啮合的端面齿轮副。压力角通常采用０。或负压 力角设计。在使用过程中压力角为０。的端面齿不 ３／Ｊｎ Ｔ过程简介 在螺旋锥齿轮加＿丁机床加工端面齿轮，采用 成形法加工，用刀盘在齿轮端面加Ｔ出轮齿，同时 加工两个齿的不同侧面，通过分齿运动，完成整个 轮齿的加工，见图３。 一产生轴向推力，正常情况下需要由外力脱开啮合， 般情况下，一对端面齿轮副由一个凸面齿 作者简介：袁照丹（１９６９年一），女，高级工程师，工学学士．研究方 向为齿轮加工 轮及一个凹面齿轮组成，凸面齿轮由内刀加工完 成，凹面齿轮南外刀加Ｔ完成，见图４。 汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ ２０１７年第５期 ４．１通过计算获得数据的调整项目 ａ．偏心角及摇台角。通过摇台角及偏心角的 调整，确定刀具位置。在加工端面齿时，刀具中心 （ａ）０ｏ压力角端面齿 和工件中心在同样高度上，当加工凸面齿时，刀具 在工件左侧，当加工凹面齿时，刀具在工件右侧， 参见图４。 ｂ．根锥角。由于刀具压力角和端面齿压力角 不同，因此需要通过调整根锥角，形成端面齿正确 （ｂ）负压力角端面齿 ｎ．的压力角。 ｃ．齿顶高６．齿根高觚全齿高Ｃ．齿顶间隙 水平轮位。机床水平轮位主要由夹具高度， 齿顶倒角高 ．全啮合状态下外端齿侧检测 图２端面齿示意 水平轮位修正量和安装距３部分组成。其中夹具 高度可以通过测量获得，水平轮位修正量可以通 过资料ｌ计算获得。通过模拟，确认安装距为端面 齿安装面到外径轮冠处的轴向距离。 ４．２机床其他调整项 除上述计算调整项目，其他项目需要进行调 整，具体如下。 ａ．进给凸轮位置。端面齿加工是渐进式加 工，需要将ｌ１８机床的凸轮槽调整到粗切槽，在加 图３加工过程 工过程中刀具是逐渐切入齿深，而不是直接进入 一卜ｊ ｌ一一 ．苷 一… 齿根底部，调整时应将进给凸轮放在图５所示粗 切槽位置。调整该项目前，首先将摇台凸轮位置 点动到图６所示的位置Ａ。 图５进给凸轮位置 ｂ．加工方式选择（图７）。切人过程保持匀速 （ｂ）凹面齿加工示意 进给一直切削到齿深位置，也可以调整最后一刀 图４端面齿Ｊ］ｎ－ｒ示意 的进给量，在齿根部停留。 ｃ．滚比挂轮。加工过程中，刀具和工件间的相 ４机床调整说明 采用格里森１ １８锥齿轮加工机床加工端面齿 的关键调整项目。 对位置固定，不需进行相对滚动，因此需要将滚比 挂轮用锁架锁起来，防止发生相对运动。 ｄ．刀具速度进给速度（图８）。１１８机床的刀具 汽车－Ｉ＂艺－ｑ材料ＡＴ＆Ｍ ｌ ２９ ２０１７年第５期 ５端面齿加工刀具 ５．１刀具结构介绍 图１０齿轮刀具半径 在齿轮的齿槽宽和齿厚相等的情况下，Ｆ｝｛图ｌ０ 可得出以下计算公式。 ＝采用格里森Ｈａｒｄａｃ刀盘进行端面齿切削。为 提高加工效率，可以分粗、精刀齿分别进行加工。 粗切刀齿的作用是去除齿槽内的金属，精切刀齿 的作用是完成最终轮齿表面、齿顶轮廓及齿根形 吉（ ×Ｍ）＝丁９０ｘＮｉ 茜 （１） （２） 状等，精切刀齿根据产品设计需求可以采用成形 刀设计，见图９。 式中， 为半角；Ｎ为端面齿齿数；Ｎｉ为端面齿数减 去切齿时刀具圆弧内所包含的半周节数；ｒｏ为原始 刀具半径。 为了避免负压力角的离合式端面齿在工作中 发生干涉，同时也为了便于轮齿脱开和进入啮合， 通常采用较大的齿侧间隙。为保证齿轮啮合间隙 以及平衡齿槽和齿厚的强度，需要进行齿厚分配， 即修正齿厚。Ａａ为由于强度平衡及齿侧间隙而形 成的齿厚修正角度，因为该角度的存在，齿槽宽和 齿厚不再相等，因此刀具半径也不再是 以负压 力角情况下凸面齿刀具为例，进行刀具尺寸核算。 凸面齿刀具加工示意见图ｌ１。 根据参考资料２，结合图ｌｌ，可推导凸面齿外 圆及内圆处的槽底宽计算如下。 Ｗｏ＝ａｂ＋６ｃ＋ｃｄ＋２ＸｂＸｔｇ —ｂｃ＝Ｄ×（３） 。（ ＋ ）＋２× ｇ （４） ３０ Ｉ汽车－Ｉ－艺与材料ＡＴ＆Ｍ ２０１７年第５期 切削刃不能切入或干涉右面齿面，因此刀具的刀 顶距由极限值，即刀具宽度不能超过此值。 刀具 ＝Ｗｉ一（ 一ｃｆ）×（ｔｇ（ｑ￣ｂ一 ＋ ｃ）＋ｔｇ ）（１０） 在设计刀具时，刀具的实际刀顶距一定要超 过外圆处齿槽宽的一半，这样两次切削后整个槽 底均可切削，否则将在槽底留下未切削的痕迹。 采用粗精切两种刀头同时加工时，还要考虑两种 刀头的刀顶宽既要能够重合又不能出现副刃突 出，否则也会在槽底留下未切削痕迹或干涉非加 工齿面。 （ａ）刀具加工小端 ｗｏ ５．３加工模拟 为验证刀具设计的有效性，在刀具加工前进 ｃｄ 厂 ｌ ｎ ６ —一 行齿轮加工模拟。由于采用的是成形法加工，加 工过程中刀具和工件的相对位置不变，可以采用 三维软件，模拟两者在机床上的位置，进而通过刀 具截面扫描的方式，在工件表面形成齿形。还可 以通过模拟进行刀具尺寸校核及优化，获得最佳 一ｌ— Ｈ ｌ一 （ｂ）齿槽剖视 刀具尺寸。由图１２所示的加工模拟可知，粗加工 刀具进行加工后，齿厚并没有达到最终的尺寸要 求，在精加工刀具进行加工后，不仅齿厚达到图纸 要求，而且齿根齿顶的圆角同时形成。 工件压力角 ６．刀具切削刃压力角 ｃ．刀具副刃压力角 Ｗｉ．工件小端槽底宽Ｗｅ．７１具极限刀顶距Ｗｏ．外圆处槽宽 ｅ．端角 ．图１１ 凸面齿刀具加工示意 。６－ｃ 彘 （５） Ｗｏ＝Ｄｏ（￣＋ ） ｇ ＋ （６） ）＋２×６×ｔｇ ＋ Ｆ２（７） ＝ ＋ 一一 （ａ）粗切刀具模拟结果 （ｂ）粗精切刀具同时模拟结果 图１２ ｍＴ刀具模拟结果 式中， 为凸面齿外圆处的槽底宽度； 为凸面齿 内圆处的槽底宽度；Ｄｏ为外圆直；Ｄ 为内圆直径；Ｆ 为齿面宽。 ６接触区检验及调整 驱动桥的端面离合器齿轮，通常采用凸凹齿 设计，在加工过程中，还要考虑齿面的接触区问 同理可推导凹面齿外圆及内圆处的槽底宽度 计算如下。 题，接触区的长度应符合图纸技术要求，一般来 讲，接触应该位于齿面中间，接触区的最小长度为 Ｗｏ＝Ｄ，ｘ ＋ ）＋２ｘ ｂｘｔｇ 一 Ｆ２（８） ）＋２ｘ ｂｘｔｇ 一 Ｆ２（９） ＝ ＋ 齿宽的７５％，宽度应等于轮齿接触区高度。 ６．１接触区检验 由图１１可知，刀具在内圆处切削左齿面时，副 无法采用锥齿轮接触区检验机床进行接触区 ２０１７年第５期 汽车３－艺与材料ＡＴ＆Ｍ Ｉ ３１ 检验，需要自行设计检验装置，可以参考图１３进行 检验。 在改变刀具半径的同时改变刀具和机床间的相 对位置。对于ｌｌ８机床即在改变刀具半径的同时 改变机床的偏心角及摇台角。 对于凸面齿来讲，如果要增加接触区长度，需 要加大刀盘半径，将刀盘半径从ｒ增加到ｒ ，同时 需将刀位由原来的５ 增加到Ｓ 以保证齿宽中点处 的齿轮厚度。 支座 对于凹面齿来件，要增加接触区长度，需要减 小刀盘半径。 图１３接触区检验装置示意图 ６．３齿高方向接触区调整 ６．２齿长方向接触区调整 计算加＿Ｔ参数时，齿长方向接触区可以通过 调整纵向适配系数，进行调整，加工后如果要调 可以通过调整根锥角来调整压力角 、 ７结束语 采用弧齿锥齿轮加工机床加工端面齿的方 法，加工效率高，成本低，便于接触区调整以及便 于轮廓设计的优势，可以应用在各种离合式端面 齿加工上，尤其是有接触区要求及特殊齿面轮廓 要求的端面齿上。 参考文献： ［Ｉ］ＪＬ京齿轮厂．格里森锥齿轮设计及计算［Ｍ】．北京：机械 工业出版社．１９８３． 整接触区长度，需要通过调整刀盘半径来解决， 如图１０所示，刀盘半径的调整会带来齿厚的变 化，为保持轮齿中点处齿厚不变，应如图１４所示， ［２】吴序堂，王小椿．格里森弧齿离合器的设计及加＿Ｔ原理 ［Ｊ］＿机械传动，１ ９８７，（５）：３５－３９． 圃 ｒ．原始刀盘半径ｒ ．修改后刀盘半径Ａ．齿宽中点半径 Ｄ 齿轮外径 ．齿轮小径 ．原始刀位ｓ ．修改后刀位 图１４齿长方向接触区调整 翻圈团圆 《汽车工艺与材料》杂志创刊于１９８６年，是由中国汽车工程学会和长春汽车材料研究所共同主办的国内、外公开发行的汽 车制造类月刊，依托中国最大的汽车技术研究中心雄厚的技术资源，全面报道汽车先进制造工艺与材料应用的专业性杂志 《汽车工艺与材料》杂志始终致力于汽车制造新技术的开发（如汽车制造领域中的四大工艺）、新材料的研究应用、加工 技术、生产装备、检测技术、数字化模拟技术及生产管理等方面的报道。努力为汽车及零部件生产中各门类的决策者及研 究开发人员提供更好、更快、更节约成本的汽车行业发展动态信息，为其适应国内与国际激烈的汽车生产市场竞争提供有 效的帮助。 主要栏目：ＡＴ＆Ｍ视界、生产现场、材料应用、生产装备、检测技术、数字化园地、行业动态等。 投稿信箱：ｑｃ￣ｃｌ＠１６３．ｃｏｎ。ｒ ３２ １汽车工艺与材料ＡＴ＆Ｍ ２０１７年第５期
