博一建材讯：1.齿轮加工原理用齿轮滚刀加工齿轮，其传动原理与一对螺旋齿轮的啮合原理相同，而滚刀可以看成是一个齿数无穷多（头数可以为1）的螺旋齿轮。切削运动是滚刀的转动；分齿运动是随着滚刀的转动，齿坯也要相应的转动，要求滚刀转速n刀与齿坯转速n之间严格保持着相当于齿条与这个被加工齿轮啮合的关系。也就是滚刀转动中刀齿在轴向移动一个齿距，齿坯也相应地转过相应的齿距，这个运动是滚齿加工最重要的运动。垂直进给运动即滚刀沿齿坯齿宽方向的垂直进给（走刀）S.加工过程如1所示。2.齿轮主要误差项目分析在机械产品中，齿轮的误差与精度对机器或仪器的工作性能、承载能力、使用寿命以及工作精度等等都有着巨大的影响。因此，各种机械对齿轮传动都做出了一定的要求。按用途的不同，归纳起来，有以下四个方面：（1）传动的准确性；（2）传动的平稳性；（3）载荷分布的均匀性；（4）传动侧隙。根据齿轮误差对齿轮传动使用性能的主要影响，我们将齿轮误差分为三组：（1）主要影响传递运动准确性的误差项目：（2）主要影响传动平稳性的误差项目；（3）主要影响载荷分布均匀性的误差项目。2.1主要影响传递运动准确性的误差项目1）切向综合误差△Fi‘切向综合误差△Fi’是被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合传动时，在被测齿轮一转内的实际转角与公称转角之差的总幅度值，以分度圆弧长计值。，（http://www.jiansuji.org/news/html/Tech/5016.html）△Fi‘反映齿轮一转的转角误差，它说明齿轮运动的不均匀性。它是几何偏心、运动偏心及各项短周期误差综合影响的结果。2）齿距累积误差△FP齿距累积误差△FP是分度圆上任意两个同侧齿面间的实际弧长与公称弧长之差的最大绝对值。它主要是切齿过程中几何偏心和运动偏心所致。3）齿圈径向跳动△Fr齿圈径向跳动△Fr是在齿轮一转范围内，测量仪的测头在齿槽中与齿高中部双面接触，测头相对于齿轮轴线的最大变动量。4）径向综合误差△Fi‘’径向综合误差△Fi‘’是被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮一转内的双啮中心距的最大变动量。它是评价齿轮传递运动准确性的一项较好的指标。5）公法线长度变动△Fw公法线长度变动△Fw是齿轮一周范围内，实际公法线长度的最大值与最小值之差。它主要是因为分齿不均匀所致，属于切向误差。2.2主要影响传动平稳性的误差项目1）齿切向综合误差△fi‘齿切向综合误差△fi’是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮单面啮合时，在被测齿轮一齿距角内的实际转角与公称转角之差的最大幅度值，以分度圆弧长计值。2）齿径向综合误差△fi‘’齿径向综合误差△fi‘’是指被测齿轮与理想精确的测量齿轮双面啮合时，在被测齿轮―――齿距角内的双啮中心距的最大变动量。3）齿形误差△ff齿形误差△ff是在齿轮的端截面上，齿形工作部分内包容齿形且距离为最小的两条设计齿形间的法向距离。齿形误差主要是由于刀具的制造误差、安装误差及机床的传动链误差引起的。4）基节偏差△fpb基节偏差△fpb定义为实际基节与公称基节之差。产生基节偏差的主要原因是切齿刀具的制造误差。在啮合过程中，无论是主动轮基节大于从动轮基节，还是从动轮基节大于主动轮基节，都会导致瞬间传动比变化，从而影响传动平稳性。5）齿距偏差△fpt齿距偏差△fpt是指分度圆上，实际齿距与公称齿距之差。公称齿距是指所有实际齿距的平均值。齿距偏差一定程度上反映基节偏差与齿形误差，故可用齿距偏差来评定齿轮工作平稳性。2.3主要影响载荷分布均匀性的误差项目1）齿向误差△Fβ齿向误差△Fβ是在分度圆柱面上，齿宽有效部分范围内（端部倒角部分除外），包容实际齿线且距离为最小的两条设计齿线之间的端面距离。齿向误差主要是由齿坯端面跳动和刀架导轨倾斜引起的。2）齿厚偏差△Es齿厚偏差△Es是指分度圆柱面齿厚实际值与公称值之差。对斜齿轮则是指法向齿厚。它主要影响齿轮侧隙。3）公法线平均长度偏差△Ewm公法线平均长度偏差△Ewm是在齿轮一周内，公法线长度平均值与公称值之差。它也是影响齿轮侧隙的一个误差项目。在GB10095－88的标准中，除了以上的这13项齿轮误差以外，还有接触线误差△Fb，轴向齿距偏差△Fpx和螺旋线波动误差△ffβ。但这三项误差对齿轮传动使用性能的影响不一而且不易测量。像螺旋线波动误差材，只有斜齿轮才会存在该项目。所以，这里不在赘述。3.齿轮误差的主要来源及问题分析由公差与互换性的理论，我们知道任何一个零件的几何尺寸，不可能做到与公称尺寸绝对一致，亦即必然存在制造误差。而对齿轮来说，其参数越多，产生误差的原因也就越多，所以必须根据不同的使用要求，以不同的精度等级来限制各参数的允许误差。（http://www.jiansuji.org/news/html/Tech/5016.html）但由于不同精度的齿轮，需要用各种不同的加工方法，对产生加工误差的原因也需作具体的分析。可是，造成的误差的原因主要是机床―――刀具―――齿坯―――安装的各种周期性的误差（电解加工、热轧、冷轧齿轮除外）。此外，还有一些其他误差的影响，不过这些周期性的偶然误差所占齿轮误差的比重比较少，故一般可以不作考虑。按照误差的表现形式，我们主要将它们分为两大类：一类是以齿轮转动一周为周期（即工作台和轮坯的一转）所反映的周期误差，一般称为大周期或低频误差部分；另一类是以机床分度蜗杆及刀具等高速旋转为周期传递给被加工齿轮上所反映的周期误差，一般称为短周期或高频误差部分。具体分类如引起大周期误差的工艺因素可以包括：1）工件孔与夹具心轴的间隙误差；2）夹具心轴的径向跳动；3）工件端面与孔轴线的垂直度误差；4）工作台下顶尖径向跳动；5）工作台分度蜗轮的制造与安装误差；6）工作台上顶尖偏移等。上述因素中，1），2），3），4）的共同特点是加工中工件孔轴相对于刀具轴线的距离作周期性变化，形成了切齿时工件回转轴线相对于工件孔轴线的偏心。切齿后，工件左右齿廓基圆相对工件孔轴线产生偏心，即几何偏心。因素5），6）的特点是工作台回转轴线与工件孔轴线同轴，但切齿时工件回转角速度不均匀，使得切齿后左右齿廓基圆轴线与孔轴线产生偏心，即运动偏心。引起被加工齿轮产生小周期误差的因素很多，其中包括：1）主轴回转误差，其中包括刀具主轴回转误差和工作台主轴回转误差的高次分量。2）传动链误差，即传动链中间齿轮误差及分度蜗轮误差的高次分量。3）刀具误差，其中包括刀具齿形角误差、蜗旋线误差、齿距误差等。由上可知，在齿轮加工误差中偏心误差占有很大比重，最主要的是几何偏心和运动偏心这两类偏心误差。为此，我们对这些误差的来源主要按几何偏心和运动偏心两类进行解决策略上的分析。4.一种可用的误差补偿策略4.1几何偏心造成的误差分析齿轮齿圈相对于齿轮孔中心的偏心称为几何偏心。这种偏心是由切齿是齿坯本身的误差或齿轮基准孔（或基准轴颈）与滚齿机工作台的回转中心安装的不重合而引起的。在滚齿机上由于齿坯安装误差引起齿轮基准轴线O1O1与机床工作回转轴线OO不重合，此二轴线的偏移量e称几何偏心，如所示。由于几何偏心e的存在，使被加工齿轮产生齿圈径向周期跳动误差△Fr，△Fr＝2e，其产生的齿距误差最大正值的方向与几何偏心方向一致，最大负值的方向与几何偏心方向相反。4.2运动偏心造成的误差分析我们知道，滚齿和插齿是用展成法原理加工齿轮的，从刀具到齿坯间的分齿传动链要按一定的传动比关系保持运动的精确性。但是这些传动链是由一系列传动元件（齿轮、蜗杆蜗轮等）组成的。它们的制造和装配误差在传递运动过程中必然要集中反映到传动链的两末端件上，产生相对运动的不均匀性，影响齿轮的加工精度。根据传动链误差传递规律可知，切齿机床传动链误差为起主要作用的是工作台分度蜗轮本身是误差及偏心。因此切齿机床传动链的误差，可近似地以分度蜗轮副的传动误差来代表。由于机床分度蜗轮轴线与工作台旋转轴线的安装偏心ek（如3）所引起的运动偏心，使齿轮在加工时蜗轮蜗杆中心距呈周期性变化，相当于蜗轮的节圆半径在变化，而蜗杆的线速度大小是恒定不变的，这就导致蜗轮（齿坯）在转一圈内转速必然呈周期性变化，运动偏心使实际齿廓位置沿以齿坯旋转轴线的圆周齿距不均匀，由此亦引起齿距累积误差。因此各部分齿间的公法线长度是不均匀的。当角速度由ω增加到ω＋△ω时，切齿提前使周节和公法线都变长，当角速度由ω减少到ω－△ω时，切齿滞后使周节和公法线都变短。所以运动偏心引起的公法线长度最大值ωmax，是在蜗轮安装偏心的方向，而公法线长度最小值ωmin是在蜗轮安装偏心的相反方向。4.3用于控制几何偏心和运动偏心的补偿方法根据上述两个问题的分析结果，在加工齿轮时，可在齿坯安装时使其偏心方向与机床分度蜗轮的安装偏心方向相反，即将两者的几何中心线O1O1和O‘O’均置于工作台旋转轴线OO的两侧（如所示），这样加工出来的齿轮齿距误差可得到相互补偿，使齿距误差最小。从上述分析可知，分度蜗轮的安装偏心方向可根据公法线长度最大值来确定。如在加工一批齿轮前，先试切一个齿坯，然后测出公法线长度的最大值和最小值，在测公法线时，齿坯不要从机床心轴上卸下来。公法线长度最大值处就是分度蜗轮安装偏心方向，可在机床工作台的这个方向上打上标记，再重新安装齿坯时，可使齿坯径向跳动最大值的部位与标记方向相反。这样就能使加工出的齿轮的齿距误差最小，从而提高齿轮的加工精度和运动精度。另外还有几点齿轮加工过程中应注意的问题：（1）为防止滚齿夹具定心轴的弯斜，提高切齿工序质量，应改进圆柱定心问题。可将以往的沿内孔的全长上定位改为短圆柱定位提高了齿轮精度。（2）用标准齿坯找正，即在夹紧状态下，调小夹具偏心量，并用无间隙的定心心轴，这对提高夹具在夹紧状态下回转同轴度能起到重要作用。（3）提高滚刀精度与寿命，尤其是重新刃磨的滚刀；提高滚刀轴系统的刚性；选用短周期误差接近ISO标准、几何精度合格的滚齿机。（4）提高滚刀的安装精度，应严格控制滚刀轴台的经向跳动量。5.结论与展望齿轮误差领域所包含的知识非常广泛，而误差解决的方法也不一而足，本文对误差的种类和成因做了系统的归类和分析，并提出了一些可在加工中采用的建议，以期望对相关工作领域的同仁有些帮助。
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