齿轮加工技术与发展

摘 要：齿轮在工业生产中应用广泛，是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构，在需要精确传动比的场合，工作可靠的场合中经常使用，并具有使用寿命长、传动效率高、传动功率范围大的特点。为了满足工业上的各种使用需求，齿轮的种类很多，有圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等，根据轮齿的齿向有直齿轮和斜齿轮，根据轮齿的齿廓曲线有渐开线齿轮和圆弧齿轮等。对于需求量如此大，种类也是如此多种多样的机构，有许多人员专门从事齿轮的研究，国家也是成立了许多研究中心，专门研究各种齿轮的参数，齿轮的结构形状和加工方法，进一步优化齿轮的性能。

关键词：齿轮加工；机床；微小型齿轮加工；面齿轮；弧齿锥齿轮；数控机床

一、齿轮加工方法

现有的齿轮加工方法有很多，如铸造、锻造、热轧、冲压以及切削加工等。目前，前四种方法的加工精度不够高，精密齿轮主要采用切削法。加工齿轮的切削法有相切法、成形法和展成法，其中展成法因其加工精度高，加工效率高，应用最为普遍，但此法必须在专门的齿轮机床上加工 ，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产。

齿轮可以用一些专用的齿轮加工机床加工，也可以采用一些通用机床进行加工，选用不同的齿轮加工机床加工精度不同，根据加工精度的不同，分为粗加工、半精加工和精加工，使用同种类型的加工机床加工方法也不相同。

二、加工机床的简要概述

（一）粗加工。工业生产中应用最广泛的是滚齿机进行齿轮的加工，滚齿机是采用开槽的螺旋滚齿刀和工件啮合的过程进行切削的，即工件的旋转运动和滚刀的旋转运动合成展成运动，其中滚刀的旋转是主运动，滚刀的轴向运动形成进给传动，另外还有滚刀的径向进给运动和退刀运动。滚齿机能加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮，进行粗加工。进行粗加工的加工机床还有铣床和插床。插床也是采用展成法，它可以加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮，还可以加工滚齿机不能加工的内齿轮和多联齿轮，但不能加工蜗轮。插齿刀是齿轮形的刀具，主运动是刀具的上下往复运动，和滚齿机的主运动不同，另外还有进给运动等。铣床一般采用成形法进行加工，也可以采用展成法，一般用于锥齿轮加工，如弧齿锥齿轮铣齿机、准渐开线齿锥齿轮铣齿机、延长外摆线齿锥齿轮铣齿机。当使用单齿廓成形刀具加工齿轮时，精度低、效率低、可利用通用机床加工，成本低，因此用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮，也可用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。但当采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率高，但成本也很高。

（二）半精加工。半精加工的机床有刨床和拉床。刨床开始时是采用单刨刀进行加工齿轮，但由于汽车工业的需要，美国发明了利用两个刀具来回交替运动进行切削，其加工精度较高，通常用于直齿锥齿轮的精加工，采用展成法加工齿轮。

（三）精加工。磨齿机、研齿机、剃齿机、珩齿机是精加工齿轮的机床。磨齿机多用于对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工，其齿轮加工的工作原理既可以采用连续磨齿展成法、分度磨齿展成法，又可以采用成形法进行加工，但因成形法需要专用的样板，成本较高，所以应用最广泛的是展成法。磨齿机是采用砂轮进行磨削加工，当是成形法时采用成形砂轮，当是连续磨齿展成法时采用蜗杆砂轮，否则采用碟形砂轮、大平面砂轮和锥形砂轮进行分度磨齿展成法加工齿轮。研齿机用来加工一对锥齿弧齿齿轮，在加工过程中需要加入专用的磨料进行研磨，可以对热处理后的齿轮进行精加工。剃齿机不能对经过热处理的齿轮进行加工，采用展成法进行齿轮加工。剃齿刀采用斜齿轮，并开有槽，与普通齿轮很相像，在啮合过程中采用和加工工件的相对滑动来进行磨削加工，可以加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮。珩齿机是采用开槽的齿轮刀具进行加工的，刀具和一般的齿轮也有相像之处，但采用磨料压制成的。珩齿机采用展成法进行齿轮加工，在加工时很难看到切削的产生，其加工的结果主要是改善工件的表面质量，降低粗糙度，和前几种齿轮精加工机床不同，对齿形不会有太大的矫正。

三、齿轮加工技术的发展趋势

微小型化 随着产品微小型化的趋势，齿轮传动也逐渐从宏观到微观，从常规尺寸发展到微小型尺寸，微小型齿轮在微机电系统（MEMS）中的应用也越来越广泛。采用光刻、掩膜技术为主的LIGA工艺较早应用于微型齿轮加工，准LIGA技术是采用低成本光刻光源如紫外光源代替昂贵的X射线源，或者采用低成本掩膜制造工艺而降低了设备要求和加工成本，近年来得到迅速发展。WEDM工艺利用电极丝和工件之间的微量放电，将工件局部烧融，通过工作液冲屑实现，无法对绝缘材料进行电加工。另外还有微塑性成形工艺、微刻蚀加工工艺和微细切削加工工艺等。随着各种技术的发展，将会有更多更好的制造技术用于微型齿轮加工。

面齿轮传动技术 根据有关文献报道，在直升机的主减速器中，用一对面齿轮传动代替之前采用的两对螺旋锥齿轮，动力分流效果更好，传动装置总质量减轻了一半，振动和产生的噪音均降低，完全满足航空传动中对齿轮机构质量、传动平稳性以及传递功率等方面的要求。在国际上，面齿轮传动技术被称为是“21世纪旋翼机传动希望之所在”，具有重要的意义与发展前景。

弧齿锥齿轮专用数控机床先进加工工艺 弧齿锥齿轮具有承载能力强、传动平稳等优点，在机械传动领域应用极其广泛。目前国产弧齿锥齿轮主要采用传统弧齿锥齿轮专用机床加工，产品精度难以满足更高的传动场合。为此，迫切需要深入研究弧齿锥齿轮的加工误差以及加工误差测量方法和弧齿锥齿轮数控加工的编程和仿真技术，运用通用数控机床实现弧齿锥齿轮高精、高效、低成本加工，提升我国弧齿锥齿轮先进制造水平。

四、结语

齿轮广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中，因此需要我们继续研究其工作特点，创造更多结构形状和更高精度的齿轮以满足工业上的各种要求，也要充分发挥创新意识，创造出更多好的齿轮加工方法和加工工具来提高齿轮的性能。

参考文献：

[1]石文天，刘玉德，方泽平，李银宾.微小型齿轮加工技术[J] .机械传动，2011，35（05）：72-75.

[2]吴亚男.面齿轮滚齿加工方法的研究[J].哈尔滨工业大学，2013.

[3]张文娟.弧齿锥齿轮多轴数控加工编程与仿真技术的研究[J].湘潭大学，2012.

[4]屈辉.弧齿锥齿轮数控加工误差分析与虚拟测量技术的研究[J].湘潭大学，2013.

[5]戴曙.金属切削机床.机械工业出版社，1993.

[6]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理.高等教育出版社，2006.

作者简介：杨晴（1995—），女，汉族，河南省驻马店市人，单位：郑州大学机械工程与自动化专业。

徐爱杰（1993—），女，汉族，河南省开封市人，单位：郑州大学机械工程与自动化专业。

王鹏（1993—），男，汉族，吉林省敦化市人，单位：郑州大学机械工程与自动化专业。