高效高精自动化加工滚齿、磨齿、珩齿，说起来容易！

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编者按

随着机械加工行业的发展，精密化和自动化是重要的发展趋势。其中应用十分广泛的齿轮行业也面临着这一发展趋势，高精高效地自动化加工是齿轮企业转型升级的目标。而实现这一目标的关键在于夹具，需要夹具具有夹持灵活、稳定性好、成本效益高等特点，并且能够在现有的机床上实现自动化生产。

在这一背景下，国内涌现了一批具备较高综合实力的企业，他们致力于为齿轮加工行业提供整套夹具解决方案而努力，如森泰英格。森泰英格公司近年来在液胀夹具的开发上取得了优异成绩，与此同时，在粘接夹头等机械式夹具的国产化道路上也有了质的飞跃。森泰英格液胀及机械式齿轮加工夹具广泛应用于滚齿、磨齿、珩齿以及车齿等加工领域，为以上领域的加工提供了相应的解决方案，备受客户青睐。

那么，我们一起来看看什么是夹具，高端夹具有什么优势以及如何实现滚齿、磨齿、珩齿高效高精和自动化加工。

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01

夹具的定义和高端夹具的优势

夹具的定义

夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说夹具是机械加工中与刀具、量具、模具等工艺辅具一样不可缺少的部件。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。

高端夹具的优势

1. 能稳定地保证产品加工精度；

2. 减少辅助工时，提高生产效率 ；

3. 减少劳动者强度；

4. 扩大加工设备的工艺范围；

5. 降低零件加工成本。

02

滚齿夹持技术

什么是滚齿加工

滚齿是一种常用的齿轮加工方法，其切削过程为断续切削，并伴随着强迫及自激冲击力。因此，滚齿加工对夹具的自身刚性及夹紧力有着极大的要求。在普通滚齿机上能加工出7/8级精度齿轮，在精度很高的滚齿机上，采用精密滚刀，可以加工出4/5级精度的齿轮。在保证机床自身及滚刀精度的同时，还应提高齿轮工件与工装夹具之间的装夹精度。

齿轮精度主要有运动精度、平稳性精度和接触精度。滚齿加工中用控制公法线长度变动和齿圈径跳来保证运动精度，用控制齿形误差和基节偏差来保证工作平稳性精度，用控制齿向误差来保证接触精度。

滚齿加工中容易出现误差的原因

（1）齿圈径向跳动误差（即几何偏心）：在安装零件时，零件的回转中心与工作台的回转中心安装不重合或偏差太大而引起齿圈径向跳动误差，或因滚齿机顶尖和滚齿心轴顶尖孔制造不良，使定位面接触不好造成偏心。

（2）公法线长度误差（即运动偏心）：公法线长度误差主要是滚齿机工作台蜗杆副回转精度不均匀造成的以及滚齿机工作台圆形导轨磨损、分度蜗轮与圆形导轨不同轴造成的。另外，分齿挂轮齿面有严重磕碰或挂轮时咬合太松或太紧也会影响公法线变动超差。

（3）齿形误差分析：齿形误差主要是滚刀齿形决定的，滚刀刃磨质量不好容易出现齿形误差。同时滚刀在安装中产生的径向跳动、轴向窜动（即安装误差）也对齿形误差有影响。

（4）齿向误差分析：引起齿向误差的主要原因是机床、刀架、夹具的垂直进给方向与零件轴线有偏移，或滚齿机上尾座顶尖中心与工作台回转中心不一致。另外，滚齿夹具和齿坯制造、安装、调整精度低也会引起齿向误差。齿轮的齿向误差来自于机床、齿坯、夹具的误差。

（5）齿面粗糙度分析：引起齿面粗糙度差的主要原因有以下几方面：机床、刀具、工件系统整体刚性不足、间隙大；滚刀和工件相对位置发生变化；滚刀刃磨不当、零件材质不均匀；切削参数选择不合适等。

案例分析

■盘类齿轮滚齿心轴的设计，通常以工件内孔、端面定位，为了提高系统刚性，一般机床主轴提供拉力，再以机床上顶尖、上压盖辅助支撑。

■ 对轴齿轮零件而言，滚齿夹具的结构一般是上下顶尖定位同时夹紧工件外圆。因此，顶尖制造精度的好坏对轮齿齿圈径跳影响很大，锥面不允许有磕碰和过度磨损。

■ 在提高夹具制造精度的同时，滚刀刀杆、刀垫、螺母的制造精度也应保证刀杆直径精度最低必须按6级制造，采用液胀滚刀杆可保证滚刀夹持精度≤0.005mm。

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03

磨齿夹持技术

什么是磨齿加工

磨齿工艺是齿轮齿面淬硬后消除热处理变形，并进一步提高齿轮精度和改善齿面粗糙度的主要方法。因其磨削精度可达6级以上，且具有较高的加工效率，在汽车变速器行业得到了广泛应用。

目前，应用最广泛的两种磨齿加工方式为蜗杆砂轮磨齿和成形砂轮磨齿。蜗杆砂轮磨齿依据展成加工原理，使用蜗杆砂轮磨削齿轮；成形砂轮磨齿依据成形加工原理，使用具有特定廓形的砂轮磨削齿轮。蜗杆砂轮磨齿法多用于模数较小、批量较大的生产场合，而模数6mm以上的大直径、大模数齿轮多采用成形砂轮磨削。

磨齿主要是为了提高齿轮的质量和使用性能，因此磨齿工艺对齿轮工件的定位、夹紧提出了较高的要求，磨齿夹具的制造及安装精度直接影响齿轮工件成品齿形及齿向误差的控制。

磨齿夹具设计要点

1、磨齿夹具设计应考虑安装可靠性，并尽可能设计结构简单，连接零件尽可能少，以便减少连接件之间的累积误差，使被加工工件有良好的高精度夹紧定位；

2、装夹基准面应尽可能优选零件的最大定位基准，以确保用最小的夹紧力获得较大的传递转矩；

3、选用和设计夹具应考虑机床结构和砂轮的工作范围。

齿轮齿形误差及齿向误差定义

齿形误差指的是在齿轮的横截面上，齿形的作区间以内，但排除齿轮的顶部，包含实际齿形并且距离为最短的齿形间法向间距。由于存在一定齿形误差，所以实际的啮合点会与合线偏离，进而导致两条齿在啮合时产生传动比突变，对传动作用的稳定性造成严重影响。

齿向误差指的是在相应的分度圆柱平面上，齿宽的有效部分以内，但排除端部倒角，包含实际齿线间的端面间距。对于不同齿轮的接触精度而言，齿向误差是一个十分重要的评定标准，它会对接触点规格与具体位置造成严重影响，同时也决定了齿轮使用寿命及承载力。

案例分析

■ 盘齿类齿轮工件夹具的设计，通常以工件内孔定位，对于内孔尺寸12≤D≤22的工件，采用液胀夹具，工件内孔精度推荐7级及以上；内孔尺寸D≥22时，推荐采用粘接夹头或开槽夹头类机械夹具。

■ 轴齿类齿轮工件夹具的设计，则以工件外圆定位，通常采用双顶加一夹的方式，常用液胀式夹具、液压转机械式夹具及摩擦锥类夹具；对于液胀式夹具一般设计活动顶尖引导工件装夹；针对齿根圆与齿轮夹持部位直径较接近的情况，可采用液压转机械式或摩擦锥类夹具。

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04

珩齿夹持技术

齿轮的承载能力、运动平稳性以及使用寿命主要取决于实际工况下啮合齿面的接触状况，齿面的微观几何形貌对齿轮振动噪音、使用寿命影响巨大。珩齿因可以获得理想的齿面微观几何形貌，尤其是独特的齿面纹路，对传动装置的振动噪音有非常明显的抑制作用，因此珩齿工艺在汽车齿轮精密加工中一直得到应用发展。

珩齿原理

珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。

珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。

珩齿工艺的发展

珩齿加工工艺先后经历了软珩齿、CBN砂轮硬珩齿以及强力珩齿技术。

1.软珩齿：传统珩齿加工应用齿轮形或蜗杆形珩磨轮与被珩齿轮做自由啮合运动，相当于一对交错轴斜齿轮传动，利用啮合齿面间的相对滑动和压力来进行珩削，珩磨轮采用具有一定弹性的合成树脂或人造橡胶制成，在自由啮合状态下，珩磨轮主要起到光整作用，去除余量有限，对齿轮精度的修正能力有限，误差复映现象难以克制，齿轮的精度主要取决于前道切齿及热处理精度。

2.CBN砂轮硬珩齿：硬珩轮珩齿技术是用中碳钢做成齿轮状的珩轮基体，用电镀沉积法将超硬磨料涂在钢基体的齿面上，依靠珩磨齿轮面上的超硬磨料来珩磨工件，材料去除能力强，且珩磨轮刚性提高，除了能光整，还能纠正齿轮齿形、基节、齿向误差，并能将齿轮精度显著提高。

3.强力珩齿：随着齿轮精度及齿面质量要求不断提高，以及电子齿轮箱、自动上下料、在机检测、误差修正、直接驱动、CAM等先进技术的引入，开了各具特色的强力珩齿机，珩磨轮与工件强制啮合，对齿轮精度具有很强的纠正能力，可显著提高齿轮精度，强力珩齿精度可达到DIN5级，表面粗糙度Ra＜0.2μm。

珩齿技术不再仅仅是一项光整辅助工序，可以作为一种独立的精加工方式和磨齿工艺形成优势互补。

强力珩齿的优势

1.齿面纹路有利于降低齿轮的振动噪声；

2.形成较高残余压应力（1000~1600N/mm2），有效提高齿轮强度、耐磨性以及抗点蚀性能；

3.齿面无磨削烧伤、无热应力、无材料微观结构改变、无磨削烧伤，有效提高齿轮寿命；

4.可获得较高齿面粗糙度，表面粗糙度Ra＜0.2μm；

5.可加工带台肩的齿轮，无需沿工件轴向进刀，相比磨齿加工需要一定出头量，更适合加工带台肩的紧凑齿轮工件；

6.很经济的精加工工艺：尤其在大批量生产中，采用的陶瓷烧结的珩磨轮寿命很长，刀具成本低。

案例分析

液胀式夹具

机械式夹具

液压转机械式夹具

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