CN103128514B - 大模数大直径小宽度齿轮的加工方法及加工工具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，该方法很好的解决了大模数大直径小宽度齿轮加工时存在的加工困难和加工中容易严重变形的问题，其加工过程合理，大大提高了齿轮的刚度，有效防止了齿轮的变形。
Description
技术领域
本发明涉及一种齿轮的加工方法，尤其涉及一种大模数大直径小宽度齿轮的加工方法。
背景技术
大模数大直径小宽度齿轮参数为：模数M=50mm，齿数Z=113，齿顶圆直径da=5750mm，分度圆直径d=5650mm，齿宽b=200mm，变位系数x=0，齿全高h=112.5mm，齿槽宽e=78.5mm，精度等级8HK(GB/T10095)。材质35CrMo。
在齿轮宽度方向一端面上，有均匀圆周排列的72个φ32mm直径孔，其上有直径φ50mm的凹形圆槽，孔与孔之间间距要求较高，加工中需要采取措施保证72个孔的间距要求。图1为齿轮局部示意图。
齿轮模数M=50mm是国家标准规定的最大模数。大模数齿轮其特点是结构尺寸大。承载能力大。但模数越大，齿轮的加工难度越大。表现为加工精度低，表面粗糙度差。影响齿轮的正常使用。
该齿轮不仅模数大，直径大，宽度还较小，加工中存在严重的变形，给加工和使用都带来不利影响。
发明内容
发明目的：本发明提供一种大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其目的是解决大模数大直径小宽度齿轮加工困难和加工中容易严重变形的问题。
技术方案：
大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：该齿轮毛坯为铸造成型，剖分式结构，铸造时分两半铸造，然后再用螺栓连接成整圆；具体方法如下：
毛坯铸造成型后，进行退火处理，消除铸造应力，控制变形；
粗加工：
在落地镗床上对每个半齿轮毛坯进行粗加工，将每个半齿轮毛坯对口平面进行粗加工，至每个半齿轮对口平面留加工余量10mm，然后组成整圆；
在φ6.3m的立车上粗加工组装在一起的齿轮的外圆及宽度方向两端面，直径方向留余量36mm，两端面每面留余量16mm。
在φ10m的滚齿机上对齿轮的轮齿进行粗铣齿操作，采用M=36mm铣刀，分两刀进行铣齿，深度达81mm；先铣对口处对称的两个齿，齿槽中心与对口缝重合，然后按顺序铣其它齿；粗铣齿后，再将组合在一起的两个半齿轮，拆开两半，转半精加工步骤；
半精加工：
在落地镗床上对每个半齿轮进行半精加工，将两个半齿轮在宽度方向落在一起，半精加工它们的对口平面，至每半对口平面留余量1mm；然后将两个半齿轮组装成整圆；
半精加工整个齿轮的外圆及宽度方向两端面，至直径方向留10mm余量，两端面每面留余量5mm。
采用M36mm铣刀，分两刀对整个齿轮进行铣齿，深度达到81mm，铣齿顺序同粗铣齿相同，半精铣齿后，再将组装在一起的两个半齿轮拆开两半，转精加工步骤；
精加工：
在落地镗床上，将两半齿轮在宽度方向落在一起，精加工对口平面，达到设计尺寸，然后将两个半齿轮组成整个齿轮；
在φ6.3m立车上，精加工齿轮外圆及宽度方向两端面，达到设计尺寸。
在φ10m滚齿机上，利用M=50mm的铣刀分两刀对整个齿轮进行精铣齿；第一刀加工深度为110mm，留2.5mm余量，第一刀铣齿，先铣对口处对称的两个齿，然后按“米”字形跳跃式铣齿，以释放应力，控制变形；第二刀从对口处开始铣齿，按顺时针逐个完成全部齿形加工，第二刀铣齿达到尺寸要求；
加工齿轮孔：
加工齿轮端面上72个φ32mm孔，采用钻模板，用钻模板加工72-φ32mm孔，钻模板在圆周上分30°制作一件，一共12件正好拼成一个圆，每个模板上有6个钻套孔，保证各部尺寸的精确，钻孔时，将12个钻模板围成整圆摆放在齿轮端面上，找正后，压紧即可钻孔；
加工72-φ32mm孔上的φ50mm凹形孔，利用专用扩孔刀具，该刀具钻头直径为φ50mm，钻头头部加工成φ12mm的圆柱体，在该圆柱体上安装滚动轴承，轴承尺寸是d=12mm，D=32mm，加工中钻头头部轴承伸进已加工完成的φ32mm直径孔中，轴承在φ32mm直径的孔中转动。
在每一步的加工齿轮外圆及两端面的时候都采用支撑夹具对齿轮进行支撑，具体步骤如下：在每个齿轮里止口安装支撑圈，支撑圈用T形螺栓固定在齿轮里止口处，调整支承圈圆周上的T形螺栓，将支承圈与齿轮毛坯连接为一体。
支承圈的外圆由钢板卷制而成，内侧焊有24个外形为圆形的螺母，螺扣是T形，螺扣的尺寸是T50×8mm，支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体，支承圈的轴向宽度为100mm。
在滚齿机上铣时，所用的粗加工和半精加工的铣刀为四刃铣刀，精加工的铣刀选择六刃铣刀。
粗加工时，选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，半精加工时选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，精加工时选择M=50mm的六刃铣刀，降刀量为0.11~0.15mm/转，刀具转速为80~85r/min。
粗加工后对齿轮进行正火处理，消除切削应力，提高表面硬度达到HB217—255；半精加工后，让齿轮自然时效10天，以释放应力。
一种如上所述的加工齿轮外圆及两端面的支撑圈，其特征在于：该支撑圈为卷制的圆圈形结构，该圆圈的外圆形状与大小与齿轮里止口相适应，在圆圈形结构的内侧焊有多个圆形的螺母，螺母与设置在T形螺扣上，T形螺扣穿过支撑圈，该支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体。
螺母为24个；螺扣的尺寸是T50×8mm；支承圈的轴向宽度为100mm。
如上所述的齿轮扩孔刀具，其特征在于：该刀具包括刀身和钻头，钻头设置在刀身前端，该钻头头部为圆柱体，在该圆柱体上与圆柱同轴安装有滚动轴承。
该刀具钻头直径为φ50mm，钻头头部的圆柱体直径为φ12mm，滚动轴承的尺寸是内径d=12mm，外径D=32mm。
优点及效果：本发明涉及一种大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，该方法很好的解决了大模数大直径小宽度齿轮加工时存在的加工困难和加工中容易严重变形的问题，其加工过程合理，大大提高了齿轮的刚度，有效防止了齿轮的变形。
附图说明：
图1为本发明的齿轮局部示意图。
图2为本发明的六刃铣刀，即六刃指型铣刀的结构示意图；
图3为本发明的四刃铣刀，即四刃指型铣刀的结构示意图；
图4为本发明的齿轮安装支撑圈局部结构示意图；
图5为本发明支撑圈整体结构示意图；
图6为本发明的钻模板示意图；
图7为本发明的扩孔刀具示意图。
具体实施方式：下面对本发明做进一步的说明：
大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：该齿轮毛坯为铸造成型，剖分式结构，铸造时分两半铸造，然后再用螺栓连接成整圆；具体方法如下：
毛坯铸造成型后，进行退火处理，消除铸造应力，控制变形；
粗加工：
在落地镗床上对每个半齿轮进行粗加工，将每个半齿轮毛坯对口平面进行粗加工，至每个半齿轮对口平面留加工余量10mm，然后组成整圆；
在φ6.3m的立车上粗加工组装在一起的齿轮的外圆及宽度方向两端面，直径方向留余量36mm，两端面每面留余量16mm。
在φ10m的滚齿机上对齿轮的轮齿进行粗铣齿操作，采用M=36mm铣刀，分两刀进行铣齿，深度达81mm；先铣对口处对称的两个齿，齿槽中心与对口缝重合，然后按顺序铣其它齿；粗铣齿后，再将组合在一起的两个半齿轮，拆开两半，转半精加工步骤；
半精加工：
在落地镗床上对每个半齿轮进行半精加工，将两半齿轮在宽度方向落在一起半精加工它们的对口平面，至每半对口平面留余量1mm；然后将两个半齿轮组装成整圆；
半精加工整个齿轮的外圆及宽度方向两端面，至直径方向留10mm余量，两端面每面留余量5mm。
采用M36mm铣刀，分两刀对整个齿轮进行铣齿，深度达到81mm，铣齿顺序同粗铣齿相同，半精铣齿后，再将组装在一起的两个半齿轮拆开两半，转精加工步骤；
精加工：
在落地镗床上，将两半齿轮在宽度方向落在一起，精加工对口平面，达到设计尺寸，然后将两个半齿轮组成整个齿轮；
在φ6.3m立车上，精加工齿轮外圆及宽度方向两端面，达到设计尺寸。
在φ10m滚齿机上，利用M=50mm的铣刀分两刀对整个齿轮进行精铣齿；第一刀加工深度为110mm，留2.5mm余量，第一刀铣齿，先铣对口处对称的两个齿，然后按“米”字形跳跃式铣齿，以释放应力，控制变形；第二刀从对口处开始铣齿，按顺时针逐个完成全部齿形加工，第二刀铣齿达到尺寸要求。
在每一步的加工齿轮外圆及两端面的时候都采用支撑夹具对齿轮进行支撑，具体步骤如下：在每个齿轮里止口安装支撑圈，支撑圈用T形螺栓固定在齿轮里止口处，调整支承圈圆周上的T形螺栓，将支承圈与齿轮毛坯连接为一体。
支承圈的外圆由钢板卷制而成，内侧焊有24个外形为圆形的螺母，螺扣是T形，螺扣的尺寸是T50×8mm，支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体，支承圈的轴向宽度为100mm。
在滚齿机上铣时，所用的粗加工和半精加工的铣刀为四刃铣刀，精加工的铣刀选择六刃铣刀。
粗加工时，选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，半精加工时选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，精加工时选择M=50mm的六刃铣刀，降刀量为0.11~0.15mm/转，刀具转速为80~85r/min。
粗加工后对齿轮进行正火处理，消除切削应力，提高表面硬度达到HB217—255；半精加工后，让齿轮自然时效10天，以释放应力。
加工齿轮外圆时，将两个齿轮在宽度方向落在一起加工，这样可以视为齿轮的总宽度为400mm.可以提高齿轮的刚度，防止变形。
设计钻模板和扩孔刀具
齿轮全部加工完成后，最后一道工序是加工齿轮宽度方向一端面轮缘上72个φ32mm孔，采用钻模板，用钻模板加工72-φ32mm孔，见图5。钻模板分30°制作一件，每个模板上有6个钻套孔，钻模板精心制作，保证各部尺寸的精确。钻孔时，将12个钻模板围成整圆摆放在齿轮端面上，找正后，压紧。由于用钻套做引导，保证了72个孔间距的均布精确。
加工72-φ32mm孔上的φ50mm凹形孔，制作专用扩孔刀具，见图6。钻头直径为φ50mm，钻头头部加工成φ12mm圆柱体，其上安装滚动轴承，（GB/T276-1994球轴承，代号6201）尺寸是d=12mm，D=32mm，加工中钻头头部轴承伸进已加工完成的φ32mm直径孔中，轴承在φ32mm直径的孔中转动，这种设计既起定位作用，又减小了摩擦，保证了φ50mm凹孔和φ32mm孔的同心，同时提高了加工速度。
检查方法：
按设计要求，轮齿的检测应该检测公法线长度，按公法线长度进行检测可以避免齿轮外圆误差对轮齿尺寸的影响，经计算该齿轮按公法线测量跨齿数是15，公法线长度达到2005.6mm，测量存在困难，测量误差较大。所以采用固定弦齿厚进行检测。经计算固定弦齿厚为69.35mm，偏差按齿厚偏差进行选择，其偏差值是-0.704mm和-1.056mm。
加工结果:
该齿轮采用合理的工艺方案，科学的加工手段，加工效果非常好。检测数据见表1。
表1齿轮检测数据
| 名称 | 测量值 mm |
| 轮齿固定弦齿厚 | 61.40~61.69 |
| 齿轮径向变形 | 1~1.5 |
| 轮齿分度误差 | 0.1 |
| 齿面粗糙度 | Ra 3.2~6.3(μm) |
另外，本发明还提供一种加工齿轮外圆及两端面的支撑圈，该支撑圈为卷制的圆圈形结构，该圆圈的外圆形状与大小与齿轮里止口相适应，在圆圈形结构的内侧焊有多个圆形的螺母，螺母与设置在T形螺扣上，T形螺扣穿过支撑圈，该支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体。螺扣的尺寸是T50×8mm；支承圈的轴向宽度为100mm。
齿轮的扩孔刀具的结构如下：该刀具包括刀身1和钻头2，钻头设置在刀身前端，该钻头头部为圆柱体，在该圆柱体上与圆柱同轴安装有滚动轴承3。
该刀具钻头直径为φ50mm，钻头头部的圆柱体直径为φ12mm，滚动轴承3的尺寸是内径d=12mm，外径D=32mm。
Claims (8)
1.大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：该齿轮毛坯为铸造成型，剖分式结构，铸造时分两半铸造，然后再用螺栓连接成整圆；具体方法如下：
毛坯铸造成型后，进行退火处理，消除铸造应力，控制变形；
粗加工：
在落地镗床上对每个半齿轮毛坯进行粗加工，将每个半齿轮毛坯对口平面进行粗加工，至每个半齿轮对口平面留加工余量10mm，然后组成整圆；
在φ6.3m的立车上粗加工组装在一起的齿轮的外圆及宽度方向两端面，直径方向留余量36mm，两端面每面留余量16mm；
在φ10m的滚齿机上对齿轮的轮齿进行粗铣齿操作，采用M=36mm铣刀，分两刀进行铣齿，深度达81mm；先铣对口处对称的两个齿，齿槽中心与对口缝重合，然后按顺序铣其它齿；粗铣齿后，再将组合在一起的两个半齿轮，拆开两半，转半精加工步骤；
半精加工：
在落地镗床上对每个半齿轮进行半精加工，将两个半齿轮在宽度方向摞在一起，半精加工它们的对口平面，至每半对口平面留余量1mm；然后将两个半齿轮组装成整圆；
半精加工整个齿轮的外圆及宽度方向两端面，至直径方向留10mm余量，两端面每面留余量5mm；
采用M36mm铣刀，分两刀对整个齿轮进行铣齿，深度达到81mm，铣齿顺序同粗铣齿相同，半精铣齿后，再将组装在一起的两个半齿轮拆开两半，转精加工步骤；
精加工：
在落地镗床上，将两半齿轮在宽度方向摞在一起，精加工对口平面，达到设计尺寸，然后将两个半齿轮组成整个齿轮；
在φ6.3m立车上，精加工齿轮外圆及宽度方向两端面，达到设计尺寸；
在φ10m滚齿机上，利用M=50mm的铣刀分两刀对整个齿轮进行精铣齿；第一刀加工深度为110mm，留2.5mm余量，第一刀铣齿，先铣对口处对称的两个齿，然后按“米”字形跳跃式铣齿，以释放应力，控制变形；第二刀从对口处开始铣齿，按顺时针逐个完成全部齿形加工，第二刀铣齿达到尺寸要求；
加工齿轮孔：
加工齿轮端面上72个φ32mm孔，采用钻模板，用钻模板加工72-φ32mm孔，钻模板在圆周上分30°制作一件，一共12件正好拼成一个圆，每个模板上有6个钻套孔，保证各部尺寸的精确，钻孔时，将12个钻模板围成整圆摆放在齿轮端面上，找正后，压紧即可钻孔；
加工72-φ32mm孔上的φ50mm凹形孔，利用专用扩孔刀具，该刀具钻头直径为φ50mm，钻头头部加工成φ12mm的圆柱体，在该圆柱体上安装滚动轴承，轴承尺寸是d=12mm，D=32mm，加工中钻头头部轴承伸进已加工完成的φ32mm直径孔中，轴承在φ32mm直径的孔中转动。
2.根据权利要求1所述的大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：在每一步的加工齿轮外圆及两端面的时候都采用支撑夹具对齿轮进行支撑，具体步骤如下：在每个齿轮里止口安装支撑圈，支撑圈用T形螺栓固定在齿轮里止口处，调整支承圈圆周上的T形螺栓，将支承圈与齿轮毛坯连接为一体。
3.根据权利要求2所述的大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：支承圈的外圆由钢板卷制而成，内侧焊有24个外形为圆形的螺母，螺扣是T形，螺扣的尺寸是T50×8mm，支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体，支承圈的轴向宽度为100mm。
4.根据权利要求1所述的大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：在滚齿机上铣时，所用的粗加工和半精加工的铣刀为四刃铣刀，精加工的铣刀选择六刃铣刀。
5.根据权利要求4所述的大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：粗加工时，选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，半精加工时选择M=36mm四刃铣刀，降刀量为0.07~0.08mm/转，刀具转速为80~85r/min，精加工时选择M=50mm的六刃铣刀，降刀量为0.11~0.15mm/转，刀具转速为80~85r/min。
6.根据权利要求1所述的大模数大直径小宽度齿轮的加工方法，其特征在于：粗加工后对齿轮进行正火处理，消除切削应力，提高表面硬度达到HB217—255；半精加工后，让齿轮自然时效10天，以释放应力。
7.一种如权利要求2中所述的加工齿轮外圆及两端面的支撑圈，其特征在于：该支撑圈为卷制的圆圈形结构，该圆圈的外圆形状与大小与齿轮里止口相适应，在圆圈形结构的内侧焊有多个圆形的螺母，螺母与设置在T形螺扣上，T形螺扣穿过支撑圈，该支承圈由中心呈放射线状有12个径向支承，与外圆焊接为一体，12个支承的里端焊在同心圆的钢板上，组成一个整体。
8.根据权利要求7所述的加工齿轮外圆及两端面的支撑圈，其特征在于：螺母为24个；螺扣的尺寸是T50×8mm；支承圈的轴向宽度为100mm。
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