克林贝格螺旋锥齿轮精确化加工与检测

克林贝格螺旋锥齿轮精确化加⼯与检测
克林贝格螺旋锥齿轮精确化加⼯与检测
王奎
南京星能传动机械有限责任公司
摘要：阐述了等⾼齿螺旋锥齿轮的基本特点及主要加⼯机床，详细介绍⼤型克林贝格等⾼齿的加⼯⽅法、检测⽅法及铣齿⼑具。

关键字：螺旋锥齿轮；预粗切锥形⼑盘；粗切及硬刮⼑盘
Abstract:Expounds the basic characteristics of the equal-height spiral bevel gear and main processing machine tools, detailed the large Klingelnberg spiral bevel gear machining methods, detection methods and gear milling cutter. Keyword: spiral bevel gear; pre-rough conical cutter head; rough and finishing cutter head
1 螺旋锥齿轮的概念及特点
螺旋锥齿轮是对于齿⾯节线为曲线的锥齿轮的习惯叫法。

其齿形⼀般都是呈锥状，像伞形。

克林贝格制螺旋锥齿轮是沿分度锥母线齿⾼不变的螺旋伞齿轮中的⼀种齿制，即沿齿长的⽅向看从齿的⼤端到⼩端齿⾼是⼀样的，齿长曲线为长幅外摆线的⼀部分，齿阔⽅向上是渐开线，⽽齿槽宽和齿顶宽是收缩的，⼤端齿槽宽和齿顶宽⽐⼩端的略宽。

⼀般情况下⾯锥、根锥与节锥平⾏，这种齿轮的⾯⾓、根⾓和节锥⾓均相等，俗称等⾼齿。

克林贝格制螺旋锥齿轮拥有稳定传动⽐、低噪⾳、传动平稳、较⾼的强度，其抗齿折断和抗齿⾯磨损能⼒较强，使⽤寿命⼀般不⼩于10年。

⼴泛被应⽤于冶⾦设备、船舶机械、⽔泥设备、煤矿机械、⽯油机械、矿⼭机械等⾏业。

2 克林贝格等⾼齿加⼯发展现状
当前国内能够制造出⾼精度克林贝格制⼤型螺旋锥齿轮的企业极少，⽽且国内需求量较⼤，⽬前⼤型螺旋锥齿轮主要从欧洲KLINGELNBERG、ATA等公司采购，不仅价格⽐较昂贵，并且交货期长达12个⽉以上，针对交货期长、价格昂贵、国内需求量逐年递增等现状，南京星能传动机械有限责任公司在2012年从德国KLINGELNBERG公司引进世界最先进的螺旋锥齿轮加⼯机床Universal Spiral
Bevel Gear Cutting Machine Oerlikon C100U和Gear Machining Center Klingelnberg GMC 160，⽤于解决国内螺旋锥齿轮的需求⽇益增长问题，⽬前已成功为国内外许多机械传动企业（太原重⼯、西门⼦机械传动等）制造出优质的克林贝格制螺旋锥齿轮，其中为江苏溧阳某⼤型⽔泥制造企业在GMC160机床上制造出的直径1640mm的螺旋锥齿轮，被⽤于更换进⼝的⽴磨减速机中损坏的锥齿轮，实现将此型号的螺旋锥齿轮完全国产化，不仅为客户缩短了采购周期，⽽且⼤⼤降低了维修成本。

⽬前正在开发⾼端⽤户，实现机床加⼯范围最⼤化，引领国内设计和制造克林贝格制⼤型螺旋锥齿轮的⾏业发展，为国内机械传动提供强⼤的动⼒⽀持。

3 C100U和GMC160机床简介
C100U和GMC 160数控螺旋锥齿轮铣齿机是由KLINGELNBERG公司最新研发的⽤于加⼯⼤型螺旋锥齿轮的数控机床，采⽤五轴联动，根据齿轮齿形的形成原理将各轴的运动轨迹实现参数化，⾃动化。

采⽤螺旋锥齿轮展成加⼯⽅法使加⼯出来的螺旋锥齿轮齿形与理论完全吻合，精度可达到德国标准DIN3965 （3～5级）。

C100U加⼯范围：中点法向模数3.5-17；最⼤齿宽：160mm；直径1200mm GMC160加⼯范围：中点法向模数10-25；最⼤齿宽：350mm；直径2000mm 在C100U和GMC160上加⼯克林贝格制螺旋锥齿轮均采⽤⼲切削技术，摒弃使⽤切削液加⼯，在节能环保⽅⾯有显著提⾼。

经过硬刮削出的齿⾯光洁度可达到Ra0.8- Ra0.4，极⼤程度上降低传动噪⾳，延长齿轮使⽤寿命。

4 克林贝格等⾼齿的加⼯、齿⾯接触区分析及检测⽅法
通过kimos5软件进⾏设计计算，将螺旋锥齿轮的加⼯数据形成程序⽂件传输⾄C100U、GMC160机床，由机床COP软件进⾏读取后在机床显⽰屏上可实现⼈、机“对话”将螺旋锥齿轮进⾏参数化加⼯。

在GMC160机床进⾏切齿加⼯时使⽤kompass topography测量系统可以对齿的形貌图进⾏在线检测，将实际数据与理论数据进⾏对⽐、修正，可达到⾮常⾼的精度等级，从⽽获得⽐较稳定的接触区和⽐较低的运动误差。

在GMC160机床上进⾏加⼯时主要分三个步骤：1.采⽤预粗切锥型⼑盘对轮坯进⾏粗开槽，单齿分度加⼯。

2.采⽤粗切⼑盘对齿轮进⾏热处理前软切齿，对齿进⾏连续分度加⼯。

3.采⽤精切⼑盘对热处理后的齿轮进⾏硬刮齿，对齿进⾏连续分度加⼯。

对加⼯完成的⼀对螺旋锥齿轮在锥齿轮滚动检查仪上进⾏齿⾯实际接触区检查，可观察到在空载或负载下的齿⾯接触区的实际形状。

在KLINGELNBERG公司⽣产的P系列齿轮检测仪上可对克林贝格制螺旋锥齿轮进⾏形貌图、齿距误差等齿轮精度等级检测。

5 GMC160机床铣齿⼑具。

5.1 预粗切锥型⼑盘
加⼯⼤模数螺旋锥齿轮时需使⽤预粗切锥型⼑盘对齿轮进⾏预粗切开槽，⽬的是为粗切加⼯去除多余的量，留有少许余量供粗切齿形⽤。

预粗切锥型⼑盘共三种型号：R270R/L、R350R/L、R450R/L；每个⼑盘要安装⼑座和⼑⽚，其⼑座共有三种型号：08号、10号、12号。

08号⼑座的每组⼑座由外中⼑座（代号：RD08A1）、外⼑座（代号：RD08A2）、内中⼑座（代号：RD08\1）、内⼑座（代号：RD08\2）组成；10号⼑座代号为：RD10A1 、RD10A2、RD10\1 、RD10\2；12号⼑座代号为：RD12A1 、RD12A2、RD12\1 、RD12\2；每个⼑座上需安装切齿⼑⽚，其⼑⽚共有四种型号：D8、D10、D12三种齿根⼑⽚及L12⼀种菱形通⽤⼑⽚；D8、D10、D12齿根⼑⽚分别对应08、10、12号⼑座，在R270⼑盘上要安装6组⼑座、在R350⼑盘上要安装8组⼑座、在R450⼑盘上要安
装9组⼑座。

如图⼀所⽰：
图⼀预粗切锥型⼑盘、⼑座及⼑⽚
使⽤预粗切锥型⼑盘对⼤模数螺旋锥齿轮进⾏切齿时，⼑⽚磨损时，只需更换标准⼑⽚，⽅便快捷，可有效提⾼切削效率，从⽽降低后续粗切加⼯⼑具的磨损，提⾼粗切⼑的使⽤寿命。

5.2软齿⾯粗切⼑盘
在对齿轮进⾏预粗切后，使⽤粗切⼑盘对齿轮进⾏粗切齿，⼑盘只有⼀种型号，通过调整⼑垫的厚度来满⾜R270、R350、R450粗切齿需求，⼑盘⼑齿沿⽤C100U系列Z0=5，将⼑盘分成10等分，如图⼆所⽰：
R270 R350 R450
图⼆粗切⼑盘
⼑盘上装有加⼯软齿⾯的粗切⼑，粗切⼑由夹⼑器、粗切⼑座及⼑条组成，共5组，每组粗切⼑由外⼑座和内⼑座组成，通过调整夹⼑器的安装⽅向来实现左旋、右旋齿的加⼯，如图三所⽰：
图三①加⼯左旋齿安装⽅法②加⼯右旋齿安装⽅法
在进⾏粗切齿时，需根据不同的模数选⽤相应模数的⼑座及⼑条，其模数范围为：m 0 =10-12mm ，m 0 =14-17mm ，m 0
=20-24mm ，在⼑条磨损时只需更换相同
规格的⼑条，⽅便快捷，⽆需更换⼑座，不仅有效提⾼切削效率，⽽且降低了⼑具采购成本。

在粗切齿过程中，需要对齿进⾏在线检测，与理论数据进⾏对⽐，修正后再进⾏粗切齿精确化加⼯，以达到理想的齿形，来满⾜热处理及后续硬刮齿的需求。

5.3硬齿⾯刮削⼑盘
齿轮热处理后，使⽤硬刮⼑盘对齿进⾏硬刮削可消除热处理变形，提⾼齿轮精度等级和减⼩齿⾯粗糙度，⾼精度、⾼质量传动均需对齿进⾏硬刮削。

硬齿⾯刮削⼑盘与软齿⾯粗切⼑盘相同，但⼑体不同，主要区别在于：⼑座及⼑⽚不同。

硬切⼑座，代号为HPG-S ，如图四所⽰。

⼑座及⼑⽚共有6种规格：m 0=10、12、14、17、20、24，其⼑⽚均涂有约0.7mm 厚多晶体⽴⽅氮化硼，⼑⽚插⼊⼑座并粘接在⼑座上，⼑座插⼊夹⼑器中，夹⼑器则紧固在⼑盘上，共5组，每组硬刮⼑由外⼑座和内⼑座组成，通过调整夹⼑器的安装⽅向来实现左旋、右旋齿的加⼯。

图四硬刮外⼑和内⼑
在硬刮切齿过程中，同样需要对齿进⾏在线检测，与理论数据进⾏对⽐，修正后再进⾏硬刮齿精确化加⼯，以达到理想的齿形。

6 ⼑具国产化
由于引进了克林贝格制螺旋锥齿轮加⼯机床的整套切削⼑具和切削技术，给国内⼑具⾏业带来新的发展。

因其⼑具使⽤寿命有限并且⼑具数量规格较多，需从国外进⼝，为降低克林贝格螺旋锥齿轮的制造成本，已经和国内知名⼑具制造企业进⾏合作，通过对进⼝⼑具进⾏测绘与设计，将⼑具国产化。

⽬前使⽤国产⼑具制造出的螺旋锥齿轮其精度等级已达到德国标准
DIN3965（3～5级）。

7 结论
克林贝格等⾼齿制的螺旋锥齿轮的应⽤范围越来越⼴，其加⼯精度要求也越来越⾼，为了满⾜国内外⾼精尖端设备，⾼质量传动的需求，⼤型螺旋锥齿轮的精确化加⼯及在线检测功能将是国内机床⾏业的发展⽅向。

参考⽂献
[1] 邹旻.克林贝格锥齿轮的加⼯与特点[J].机械⼯程师，2008,(2)：
40-41
[2] 邹旻,张友良，张⽂祥.新型圆锥齿轮—克林贝格锥齿轮及其加⼯机床
[J]，江苏⽯油化⼯学院学报，2002，14(3):37-39
[3] 吴乃云.延伸外摆线等⾼齿的设计及应⽤[J].汽车⼯艺与材料，
2008,(2)：49-51
[4] 董学朱.摆线齿锥齿轮及准双曲⾯齿轮设计和制造[M].北京：机械⼯业
出版社,2003
[5] Weber Jürgen. Klingelnberg AG-kimos basic training[R]. NanJing
China.2012。