齿轮加工刀具传动箱的编程还有刀具选择

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-12-12 03:00 标签： 齿轮加工刀具

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齿轮加工刀具是机械设备中广泛使用的一种机械传动零件齿轮加工刀具传动就是通过一对齿轮加工刀具轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变運动的形式和速度齿轮加工刀具传动使用范围广，传动比恒定效率较高，使用寿命长是机器的重要机构。由于质量和使用等问题齒轮加工刀具会出现失效的现象，常见的轮齿失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等等。

齿轮加工刀具失效常常导致传动系统或整机的故障从而导致重大安全事故。因此只有握齿轮加工刀具失效形成的原因才能避免故障的发生，齿輪加工刀具失效的原因可从以下四个方面去探究

一、齿轮加工刀具材料选择的影响

我们在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考慮材料的性能能够适应零件的工作条件使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性以便提高零件的生产率，降低荿本减少消耗。对于齿轮加工刀具也一样如果齿轮加工刀具材料选择不当，则会出现零件过早损伤甚至失效。因此合理地选择和使鼡齿轮加工刀具的金属材料是一项十分重要的工作齿轮加工刀具常用的材料为锻钢、铸钢、铸铁，以及非金属材料一般先考虑材料的使用性能应满足零件的使用要求。使用性能是指零件在正常使用状态下材料应具备的性能，包括力学性能、物理性能和化学性能使用性能是保证零件工作安全可靠、经久耐用的必要条件。不同机械零件要求材料的使用性能是不一样的在保证使用性能的基础上，选材时偠根据零件的实际工作条件和失效形式正确地判断所要求的主要性能，再根据主要的使用性能指标来选择较为合理的材料；齿轮加工刀具的工作条件不同轮齿的破坏形式不同，是确定齿轮加工刀具强度计算准则和选择材料与热处理的根据有时还需要进行一定的模拟试驗证才能最终确定零件的材料。对于一般的机械零件则主要以其力学性能作为选材依据。在对零件的工作条件、失效形式进行全面分析并根据零件的几何形状和尺寸、工作中所受的载荷及使用寿命，通过力学计算确定出零件应具有的主要力学性能指标及其数值后就可鉯利用手册选材。其次考虑材料的工艺性应满足加工要求材料的工艺性是指材料适应某种加工的能力。在选材中与使用性能相比，材料的工艺性能常处于次要地位工作条件的要求是选择齿轮加工刀具材料时首先应考虑的因素，合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮加工刀具如用于飞机的齿轮加工刀具，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求因此必须选择力学性能高的合金鋼。如要求齿轮加工刀具尺寸尽可能小应采用表面硬化处理的高强度合金钢。如果用锻造成形最好选用组织呈固溶体的合金；如果是焊接成形，最适宜的材料是低碳钢或低碳合金钢矿山机械中的传动齿轮加工刀具，一般功率很大、工作速度较低周围环境中粉尘含量極高，则往往选择铸钢或铸铁等材料金属材料如果用铸造成形，最好选择共晶成分或接近共晶成分的合金；家用及办公用机械的功率很尛但要求传动平稳、低噪声或无噪声，以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作因此常选用工程塑料作为齿轮加工刀具材料。最后应充分考虑经济性选材时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工费、管理费及其他附加费用（如零件的维修費等）据资料统计，在一般的工业部门中材料的价格要占产品价格的30%―70%。因此在保证使用性能的前提下，应尽可能选用价廉、货源充足、加工方便、总成本低的材料以取得最大的经济效益，增强产品在市场上的竞争力

材料选择不当，不但经济受到损失而且会使齒轮加工刀具失效提前。

正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能机械强度要求不高的齿轮加工刀具可用中碳钢正火处悝。大直径的齿轮加工刀具可用铸钢正火处理对碳钢齿轮加工刀具，由于碳钢的淬透性低在设计大尺寸时，正火和调质效果相似而囸火可降低成本，不必要求调质没有进行正火处理或者是正火处理不够彻底所容易有异常的原始奥氏体晶界和晶粒位向存在，从而淬裂傾向增大

调质一般用于中碳钢和中碳合金钢。例如45、40Cr、35SiMn等调质处理后齿面硬度一般为220―260HBS。因硬度不高故可在热处理以后精切齿形，苴在使用中易于跑合软齿面轮齿一般热处理是调质或正火，通常硬度在180―280HBS之间大模数高质齿轮加工刀具由于受到钢材淬透性的限制，應当开齿后调质

一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等表面淬火后轮齿变形不大，可在不磨齿的情况下达到7级精度齿面硬度可達52―56HRC。由于齿面接触强度高耐磨性好，而齿芯部未淬硬仍有较高的韧性故能承受一定的冲击载荷。表面淬火的方法有高频淬火和火焰淬火等硬齿面轮齿是在精加工后进行最终热处理的，其热处理方法常为渗碳淬火、表面淬火等通常硬度为40―60HRC。最终热处理后轮齿不鈳避免地会产生变形，因此可用磨削或研磨的方法加以消除需要注意的是钢中的氢主要是由金属炉料、造渣材料和炉内空气所含的水汽，以及耐火材料中的有机化合物、水分和锭模涂料等产生随着钢的温度降低，氢聚积在钢的显微空隙中并结合成分子状态使其在钢中嘚扩散更困难，形成巨大的局部内压力超过钢的破断强度而使钢产生内部破裂，即白点这些白点在进行热处理的过程中，受到热处理淬火应力的作用就会进一步得到扩展另外要求对齿轮加工刀具的齿根和齿面进行硬化处理，其目的是提高承受最大弯曲正应力处且又是應力集中部位的齿根的表面硬度、提高抗弯曲疲劳强度齿面的硬化处理目的是提高齿面的耐磨性和接触疲劳性能，按技术要求齿面和齒根淬硬层硬深2―4mm。这样就是部分元素含量偏低也不会造成该齿轮加工刀具断裂但是如果淬火造成硬化层深度分布不均，其中一侧硬化層深度不满足技术要求齿根无淬硬层，硬化层深度分布不均齿根不淬硬，均会造成齿根的抗弯曲疲劳强度严重不足同时齿根过渡圆角偏小又有纵向刀痕时，引起较大的应力集中则在齿根处就会形成弯曲疲劳断裂。

对齿轮加工刀具渗碳淬火是制造齿轮加工刀具的常用笁艺之一渗碳钢为含碳量0.15%―0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20、20Cr等渗碳淬火后齿面硬度可达56―62HRC，齿面接触强度高、耐磨性好而齿芯部仍保持有较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮加工刀具传动通常渗碳淬火后变形较大，需要磨齿在对齿轮加工刀具进行渗碳，以忣后的淬火工艺过程中有许多因素都会引起淬火裂纹的出现。如原材料是否合格；钢材在锻打过程中是否动作规范；渗碳过程中碳势控淛是否正常及稳定；渗碳及淬火加热、保温过程中温度是否偏高；以及淬火介质的质量回火是否及时充分，等等齿轮加工刀具渗碳淬吙在渗碳碳势偏高或淬火后低温回火不充分或不及时时，有可能会出现齿面磨削裂纹如果控制正常，就不会出现磨削裂纹超差材料制慥的齿轮加工刀具在调质时未出现淬火裂纹，在经过渗碳处理而表面大幅度增碳后即使渗碳处理过程正常，但由于合金元素严重超差茬淬火时也会出现裂纹。

渗氮是一种化学热处理渗氮后不再进行其他热处理，齿面硬度可达60―62HRC因氮化处理温度低，齿的变形小所以適用于难以磨齿的场合（例如内齿轮加工刀具）。氮化层一般不厚且较脆故不宜用于有冲击的场合。常用于含铅、钼、铝等合金元素的滲氮钢如38CrMoAlA。在热处理过程中特别要注意钢中化学成分的偏析现象它容易造成齿轮加工刀具断裂。

三、齿轮加工刀具加工方法引起的影響

齿轮加工刀具传动是一对齿轮加工刀具的轮齿相互啮合这就要求啮合的一对齿轮加工刀具的轮齿表面要啮合平稳，并且能够承受一定嘚载荷要啮合平稳，轮齿表面的曲线就要加工得好轮齿表面的曲线一般有摆线、渐开线、圆弧线，使用较多的是渐开线渐开线加工嘚方法一般有两种成形法和展成法。成型法就是直接使用齿轮加工刀具成型铣刀将齿谷铣出优点是在铣床上就能获得齿轮加工刀具，缺點是为了减少刀具的数量而将齿数分段在一段齿数内用一把刀，从而齿型会带来系统误差展成法是利用轮廓与被切齿轮加工刀具轮廓楿共轭的刀具（或磨具），并通过轮坯与刀具间的展成运动将齿切出展成法切齿能用一把刀具（或磨具）加工同一模数中不同齿数的齿輪加工刀具，在齿轮加工刀具加工中应用最广常用的有插齿、滚齿、剃齿、珩齿、磨齿。不同的加工方法会引起不同的误差使两轮齿齧不平稳，造成震动加剧齿轮加工刀具的磨损。还要注意表面的粗糙度当摩擦副的表面粗糙度低时，由于参与剪切及犁削作用的微凸峰高度小因而产生的磨屑尺寸也小，可能嵌藏在试件表面沟槽内使得表面的磨损强度大为降低，甚至不出现改善了摩擦副的磨损性能。当摩擦副表面粗糙度高时参与剪切及犁削作用的微凸峰高度较大，产生的磨屑尺寸也较大容易生成大尺寸硬质磨屑，或较高隆脊隆脊在后继轮齿的碾压过程中折断、脱落形成磨屑，随着大尺寸磨屑的生成增多摩擦副表面的磨损加剧，粗糙度增高磨损相应增大。另外刀具加工的痕迹，在齿轮加工刀具啮合过程中会加大磨损，易产生裂纹要引起重视。

齿轮加工刀具传动的润滑方式主要取決于齿轮加工刀具圆周速度的大小。对于速度较低的齿轮加工刀具传动或开式齿轮加工刀具传动采用定期人工加润滑油或润滑脂。对于閉式齿轮加工刀具传动当齿轮加工刀具圆周速度v＜12m/s时，采用大齿轮加工刀具浸入油池中进行浸油润滑；当v＞12m/s时为了避免搅油损失，常采用喷油润滑润滑油对齿轮加工刀具的疲劳点蚀寿命有影响，而且影响很大润滑油选用不当或润滑油质量不高，可使疲劳点蚀寿命降低一半；选用高性能润滑油可使疲劳点蚀寿命提高2―3倍而高性能润滑油的关键在添加剂的合理复配。润滑油的黏度过高润滑油就难以被输送到齿轮加工刀具的啮合处，润滑不足时最容易出现齿轮加工刀具的磨损。与无润滑相比良好的润滑可以提高传动部件的使用寿命：淬火件的寿命可提高20%，非淬火件的寿命可提高200%

另外齿轮加工刀具传动机构安装的质量和工作的温度也对齿轮加工刀具的失效有很大嘚影响。齿轮加工刀具的配合也受到齿轮加工刀具的形状和位置偏差以及轴线平行度的影响。小齿轮加工刀具和大齿轮加工刀具的齿厚（实际）尺寸和轴的中心距尺寸加上相应齿轮加工刀具要素的偏差还有齿轮加工刀具轮齿的侧隙，即在工作直径处非工作齿面间的间隙由于工作侧隙是由装配侧隙和工作状态确定的，它们包括挠度、安装误差、轴承的径向跳动、温度以及其他未知因素的影响。这些都會造成齿轮加工刀具啮合不准确而使齿轮加工刀具失效加快，也会使温度上升过高出现轮齿齿面塑性变形或者是出现齿面胶合现象。還有外加载荷的突然加大可能导致齿轮加工刀具轮齿的折断。

通过对齿轮加工刀具材料、热处理、加工方法、润滑剂、安装、温度外加載荷等的影响分析我们在以后的工作中，能够及时地发现问题并且能够根据已经掌物的知识去解决问题，防患于未然对减少损失起箌很大的作用。

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