一、引言
隨著智能制造的高速發(fā)展，在高端醫(yī)療保健、移動(dòng)解決方案、航天航空、工業(yè)自動(dòng)化4.0、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能領(lǐng)域都需要精密復(fù)雜的機(jī)電一體化驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，這對(duì)傳動(dòng)齒輪的要求也越來越精密小巧化，精密小部件傳動(dòng)的零件的需求也不斷增加。本文針對(duì)高精密傳動(dòng)超薄小模數(shù)齒輪的切削加工工藝進(jìn)行探討和研究。
二、齒輪運(yùn)行環(huán)境
高精密的薄小齒輪將需要焊接貼合在一個(gè)輸出輪上，如圖 1 所示。轉(zhuǎn)速5,000RPM，輸出的扭矩為6cNm，工作環(huán)境溫度 50℃~60℃，壽命1億次約 4,000h。齒輪材料的選型及熱處理就非常關(guān)鍵，通過比對(duì)不同不銹鋼材質(zhì)的特性最終選用2Cr13材料，熱處理制度為1,040℃/ 40min淬火+580℃~600℃/60min 回火，既能保證材料的硬度也能降低硬度的波動(dòng)幅度。
三、齒輪的參數(shù)
根據(jù)零件使用的技術(shù)指標(biāo)要求、環(huán)境要求、壽命要求等確定了齒輪參數(shù)如下：模數(shù)0.2mm，壓力角20°，齒數(shù) 80，齒厚 0.3mm，齒輪精度 GB/T 6 級(jí)以下，齒輪平面度 0.005mm的要求。
四、滾齒工具
高精密薄小模數(shù)齒輪加工需要滾齒機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)、滾刀主軸、產(chǎn)品安裝夾具同心度三合一才能保證齒輪的加工精度要求。為了滿足加工齒輪精度等級(jí)要求，機(jī)器的主軸傳動(dòng)需要采用“零傳動(dòng)”技術(shù)、產(chǎn)品拆裝方式、加工過程排屑、控制系統(tǒng)需要最大程度地保護(hù)人員，簡(jiǎn)化調(diào)試和驗(yàn)證以及降低生產(chǎn)中的非生產(chǎn)時(shí)間，選用瑞士 WAHLI W1000micro 進(jìn)口專用加工小模數(shù)齒輪設(shè)備。選用 W1000micro 設(shè)備自帶的上料系統(tǒng)配做定位夾具。
對(duì)于小模數(shù)滾刀切削38~42HRC硬度的刀具的設(shè)計(jì)需要將軸向截面內(nèi)做成齒條狀刀齒，這樣既可以保證切削精度，又可以提高刀具的壽命，刀具則選用 MIKRON 的0.2mm模數(shù)定制刀具。
針對(duì) 0.2mm 模數(shù)的齒輪，國際上通常選用日本大阪齒輪雙面嚙合測(cè)量?jī)x GTR-4PC。檢測(cè)中小模數(shù)齒輪的精度，能夠快速測(cè)量出齒輪的綜合偏差且測(cè)量出來的精度比較高，可以用來檢測(cè)齒輪的徑向綜合偏差和徑向跳動(dòng),還可以檢測(cè)齒輪的敲擊痕跡、不同形狀的齒輪和側(cè)隙等。該儀器設(shè)計(jì)的專用軟件能夠修正標(biāo)準(zhǔn)齒輪的徑向跳動(dòng)誤差，減小標(biāo)準(zhǔn)齒輪的徑向跳動(dòng)誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并能夠自動(dòng)地對(duì)中心距進(jìn)行歸零設(shè)置，使得測(cè)量的準(zhǔn)確性能夠進(jìn)一步得到提高。
五、工藝研究
常規(guī)普通的滾齒加工一般可以加工出8級(jí)精度的齒輪;選用上面的瑞士進(jìn)口精密滾齒機(jī)和德國進(jìn)口精密滾刀加工可以制造出 4~5 級(jí)精度，從而滿足薄小模數(shù)齒輪精度 GB/T 6 級(jí)要求。現(xiàn)就針對(duì)齒輪切削工藝進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。
工藝一：原材料-開粗-真空光亮熱處理-精車-切片-磨削-滾齒-檢查。
工藝二：原材料-開粗-真空光亮熱處理-精車-滾齒-切片-磨削-檢查。
切片后滾齒
(1)單片滾齒。
單片滾齒首先需要定制夾具將齒輪片完全壓住，由于材料硬度38~42HRC在滾齒過程中出現(xiàn)振刀現(xiàn)象導(dǎo)致齒輪損傷，夾具松開后齒輪片變形無法滿足GB/T 6級(jí)精度等級(jí)要求級(jí) 0.005mm 的平面度;不良圖片如圖 2、圖 3 所示。
齒輪精度的等級(jí)在 GB/T 8~9 級(jí)精度，測(cè)試齒輪齒形如圖4、圖5所示。
(2)多片滾齒。
多片滾齒是將單片疊加組合在一起整體滾齒，這個(gè)對(duì)單片零件平面度要求高，否則容易出現(xiàn)片與片之間有縫隙，在滾齒過程中齒輪的毛刺會(huì)卷邊到下一個(gè)齒片，且毛刺很難清潔處理。不良種類和圖片同單片滾齒一樣，齒輪的精度等級(jí)在 GB/T 7~8 級(jí)，如圖 6、圖 7 所示。
綜上所述，切片后滾齒工藝物料是單片滾齒還是多片滾齒都無法滿足齒輪參數(shù)要求。
滾齒后切片
整體滾齒就是先車一個(gè)薄小模數(shù)齒輪套筒，如圖 8 所示，這樣產(chǎn)品的剛性足夠，對(duì)夾具的裝夾定位也容易保證同心度 0.005mm 要求。采用整體滾齒的工藝就需要增加一個(gè)慢走絲及磨削工藝保證單片齒輪的厚度 0.3mm及平面度0.005mm要求，如圖9所示。
慢走絲切片過程中需要留意對(duì)零位時(shí)間過長(zhǎng)就會(huì)導(dǎo)致齒輪片電腐蝕，出現(xiàn)齒輪前端缺失，凹陷等缺陷，不良圖片如圖10所示。
齒輪的精度等級(jí)在 GB/T 5~6 級(jí)，完全滿足齒輪精度等級(jí)要求，如圖11、圖12所示。
六、小結(jié)
針對(duì)高精密薄小模數(shù)齒輪的切削加工，建議采用的加工工藝：原材料-開粗-真空光亮熱處理-精車-滾齒-切片-磨削-檢查。選用 WAHLI W1000micro 設(shè)備及 MIKRON 刀具切削加工薄小模數(shù)齒輪能非常高效、穩(wěn)定批量制造GB/T 6級(jí)齒輪精度的齒輪。
參考文獻(xiàn)略.