硬齿面齿轮加工技术现状分析

作者简介：燕芸(1977-)，女，山西河曲人，讲师，本科，在读硕士研究生。

收稿日期：2008-12-25；修回日期：2009-02-06

0引言齿轮作为传递运动和动力的基础元件，具有十分重要的功用。当前齿轮的发展趋势是以硬齿面代替软齿面，硬齿面齿轮是指齿面硬度大于HRC40的齿轮，它承载能力大、体积小、重量轻、寿命长、相对使用成本低、传动质量好；然而齿轮经过淬硬处理，不可避免地产生变形，使齿轮精度普遍降低1~2级甚至更多，造成齿轮副传动时噪声大、效率低。因此，硬齿面齿轮的精加工工艺成为齿轮加工技术发展的主导方向。近年来，国内外都对硬齿面齿轮加工进行了大量研究，致力于如何以高效率和低成本来实现硬齿面齿轮的精加工。

1硬齿面齿轮加工技术

目前，硬齿面齿轮的加工技术有：切削类有硬质

合金滚刀滚齿，硬质合金插齿刀插齿、硬质合金剃齿刀剃齿；磨齿类有磨齿和珩齿等[1]。

1.1滚齿加工

滚齿是一种高效的、应用广泛的齿廓加工方法，

是依照交错轴斜齿轮啮合原理进行加工的，过去主要用于软齿面加工。目前，通过提高滚齿机刚性，采用高性能高速钢、硬质合金和先进的刀具涂层技术，硬齿面滚齿工艺已广泛用于模数为2~40、齿面硬度为

HRC40~64的硬齿面圆柱齿轮的半精滚和精滚加工，

可作为磨前预加工，可以去掉淬火变形量，缩短磨齿工时，降低磨齿加工成本，且无磨削烧伤或裂纹，还可硬化齿面，提高齿轮的疲劳强度。国外硬齿面滚齿精度可达6级，国内可达7~8级，硬齿面滚齿表面粗糙度可达Ra0.63~1.25μm ，甚至更低。滚齿的缺点是不能切制内齿轮及多联齿轮。硬齿面滚齿齿形修正靠修正刀具来完成，齿向修形靠滚齿机数控系统控制工件或刀具两坐标联动实现圆弧插补。

1.2插齿加工

插齿也是广为采用的切齿方法，它用形状为齿轮

或齿条的插齿刀具，它与被加工齿轮按一定的速度作啮合运动的同时，刀具沿齿长方向作往复运动形成切削加工，特别适合于加工内齿轮和多联齿轮。硬齿面齿轮的精插削是指采用硬质合金插齿刀精加工热处理后、硬度为HRC45~64的硬齿面齿轮。硬齿面插齿刀的研制，国外起步较早，现已进入应用阶段。国内开始于20世纪80年代中期，例如我国内蒙古第一机械制造厂采用758刀片制造的压配式插齿刀（采用平前刀面）加工硬度HRC60的齿轮达到8级精度；成都工具研究所采用AA 级硬质合金插齿刀加工HRC45~62的硬齿面齿轮，加工精度可达6~7级，Ra 达0.4~0.8μm 。硬齿面插齿加工具有下列优点：1)对于硬齿面的直齿外齿轮、内齿轮、双联(三联)或带台肩齿轮都能方便地进行加工。2)工艺过程简单、操作方便、效率高、成本低。

1.3剃齿加工

剃齿是一种齿轮精加工方法，可以加工直齿或斜

齿轮，采用剃齿刀加工出的齿轮质量较好，一般可达到5~7级精度，而且剃齿刀的耐用度和生产效率都比较高。普通剃齿法加工时接触压力大，一般只适用于软齿面的精加工，不能用于硬齿面加工。近几年推出了一种硬齿面剃齿法，是德国Hurth 公司20世纪80年代初研究开发的齿轮精加工方法，是利用精密齿轮状基体涂镀金刚石的刀具与热处理后的齿轮作高速啮合运动。它不同于普通剃齿是，此时刀具与工件不是自由啮合，而是高速同步运动。此技术是复杂基体精密涂镀金刚石技术、数控高速同步技术、剃磨机床技术的综合运用。加工中所产生的齿形中凹问题靠刀具修形来解决。这种方法主要用于硬度为HRC50左右的中硬齿面精加工，剃齿刀材料选用高性能高速钢进行表面化学处理。

1.4珩齿加工

珩齿加工是应用齿轮形或蜗杆形珩轮与被加工

齿轮作自由啮合运动，利用其齿面间的相对滑动速度

硬齿面齿轮加工技术现状分析

燕

芸1,2，张满栋1

（1.太原理工大学机械工程学院，山西

太原

030024；2.山西水利职业技术学院，山西

太原

030027）

【摘要】随着硬齿面齿轮市场需求量越来越大，硬齿面齿轮加工技术得到了相应发展。主要针对国内外滚齿、插

齿、剃齿、珩齿、磨齿等硬齿面齿轮加工技术现状进行了分析。科学技术在不断进步，硬齿面齿轮加工技术将会进一步地完善和发展。【关键词】

硬齿面齿轮；齿轮加工；发展现状

【中图分类号】

TH132.41【文献标识码】A 【文章编号】1003-773X （2009）04-0095-02

第24卷第4期(总第109期)机械管理开发

2009年8月Vol.24No．4(SUM No．109)MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT

Aug ．2009

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第24卷第4期(总第109期)机械管理开发2009年8月

简讯2008年全国省级“学会之星”揭晓山西省机械工程学会名列其中

《学会》杂志2009年第2期刊登了2008年全国省级“学会之星”名单，山西省机械工程学会列于工科类第12名。此外，山西省机械工程学会还入选2008年举办学术交流五十佳省级学会名单。（转摘自《山西省机械工程学会动态》2009年第3期第3页）

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Analysis on Machining Technologies of Hardened Gear

YAN Yun 1,2ZHANG Man-dong 1

(1.College of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;

2.ShanXi Water Technics Professional College,Taiyuan 030027,China)

〔Abstract 〕With the increasingly demands of the hardened gear,the hardened gear machining technologies have the further development.In this paper the machining technologies of hardened gear are analyzed.And the developing trends of these technologies are provided.

〔Key words 〕

Hardened gear;The hardened gear machining technology;Development

和压力来进行珩削的齿面加工方法。1）外齿珩轮珩齿法：普通软面珩轮耐用度低、仅

能少许改善齿面质量，仅用于清除淬火黑皮。硬面珩轮不仅能光整，而且还有纠正齿轮齿形误差、基节误差、齿向误差，并将齿轮精度提高1级以上。近年来德国

Harth 公司发展出一种CNC 同步外啮合珩齿机，这种

机床原理实质上为采用齿轮状CBN 涂层刀具，类似于剃齿时交叉轴空间啮合进行切削。

2）内齿珩轮珩齿法：1979年瑞士Fassler 公司开

发推出了内齿珩轮珩齿机床，由于内齿珩轮和工件有更大重叠系数，修正能力比外齿珩轮要强，但这种随动啮合在修正工件齿形和齿距误差上并不理想。近年来，美国Gleason-Hurth 公司又开发出强力内齿珩，最大特点是利用CNC 数控轴控制实现内齿珩轮和被珩齿轮间的强制传动，不仅能提高齿形、齿向精度，而且能大大提高工件的齿距精度，对降低齿轮的噪声非常有效，珩后齿轮精度可达6级，而加工成本却只有磨齿的一半。

1.5磨齿加工

磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，磨

齿能加工淬硬齿轮，纠正齿轮预加工产生的各项误差，消除热处理变形，提高齿轮加工精度。当今磨齿工艺的状况是：对中小规格齿轮一般采用蜗杆砂轮磨齿，部分采用成形砂轮磨齿。对大规格齿轮一般采用成形磨齿方法。提高磨齿效率主要从两方面着手，一是采用

CNC ，二是采用新型磨削材料CBN [2]。

1）圆柱蜗杆砂轮磨齿法：是由瑞士REISHAUER

公司研制和首先采用的，加工原理和滚齿相似，一个具有蜗杆或滚刀形状的砂轮连续与齿轮啮合，从而展成齿轮齿部的渐开线形状，它是磨齿工艺中生产效率较高的方法之一[3]。其氧化铝砂轮可用金刚石修整滚轮修整，修整效率和精度都很高，加工后的齿轮可达4级精度。圆柱蜗杆砂轮磨齿法是一种比较成熟的硬齿面

精加工方法，国内上海机床厂、秦川机床厂都生产这种磨齿机。

2）球面蜗杆成形磨齿法：它是将球面蜗杆啮合原

理用于磨齿加工，对齿轮进行连续成形磨削。工件不需轴向进给运动就可横过整个宽度对齿部进行磨削，并可同时磨削5~8齿，加工效率是目前磨齿加工方法中最高的，其效率是普通磨齿法的5倍。对于有修形要求的齿轮，只需对金刚石滚轮进行相应的修形即可磨出所要求的修形齿轮。

2硬齿面齿轮加工技术的发展方向

硬齿面齿轮的精加工技术，近期发展的目标仍是

高效率、高精度、高齿面硬度。发展方向：1）完善金刚石滚轮修整技术及其它砂轮修整技术，提高修整效率和修整精度。2）优质超硬高速钢和硬质合金将获得更广泛的应用，还将有新的刀具材料被采用。3）CBN 具有高硬度和高热稳定性，且铁族元素呈惰性，最适合加工淬硬钢、冷硬铸铁。可以用电镀法、钎焊法将CBN 涂镀在刀具基体上，但在工艺质量指标上还存在磨粒分布不够均匀、等高性差、CBN 颗粒与基体结合不够牢固等亟待解决的问题。4）超声珩磨不但加工效率高、工件表面质量好，而且还利用其高频振动提高了珩磨速度，具有珩磨力小、温度低、寿命长等特点，这种高效硬齿面精加工新方法必将在齿轮精加工领域发挥越来越重要的作用。5）利用CNC 实现强制珩、强制磨，能提高工件的几何精度。6）绿色化。为实现清洁加工，降低排放和对环境的污染，而且有利于提高刀具寿命，干式切削得到推广应用。

参考文献

[1]徐璞，穆临平，蒋新柏，等.硬齿面齿轮珩齿技术的进展[J].太原工业大学学报,1993(9):45-50.[2]王

静，刘静波，曹

荣.国内外齿轮加工技术及设备[J].成

都纺织高等专科学校学报,2001(7):27-30.

[3]

安立宝.齿轮加工技术新进展[J].航空工艺技术,1994,1:33-35.

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