現(xiàn)階段精密傳動(dòng)小模數(shù)齒輪、蝸輪、蝸桿、錐齒輪

　　設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)及質(zhì)量控制方法介紹

　　李煒斌

　　（中船重工重慶清平機(jī)械廠）

　　摘要：介紹了現(xiàn)階段精密傳動(dòng)小模數(shù)齒輪設(shè)計(jì)工藝技術(shù)和質(zhì)量控制的重要性，結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況對(duì)小模數(shù)齒輪最新設(shè)計(jì)制造技術(shù)基本情況和實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行介紹，論述了小模數(shù)齒輪在齒輪行業(yè)中的重要意義。

　　關(guān)鍵詞：小模數(shù)齒輪；小模數(shù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)；工藝流程；特種工藝；標(biāo)準(zhǔn)化；工藝創(chuàng)新

　　Introductionofdesignorprocesstechnologyandqualitycontrolabouttheprecisiontransmissionsmallmodulegear、wormgear、worm、bevelgearatthepresentstage

　　LiWeiBin

　　（ChinaShipbuildingChongqingQingpingmachineryfactory）

　　Abstract：introductionoftheimportanceaboutprecisiontransmissionsmallmodulegeardesignorprocesstechnologyandthequalitycontrolatthepresentstage，combinedwiththeactualsituationofthefactory，introducedtosmallmodulegearlatestdesignandmanufacturingtechnologybasicsituationandtheapplicationeffects,discussestheimportantsignificanceaboutthesmallmodulegearingearindustry.

　　Keywords：smallmodulegear；standardofsmallmodulegear；methodofdesign；manufacturingprocess；specialprocess；standardization；technologyinnovation

　　近三年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)裝備制造業(yè)水平的快速發(fā)展和提高，各行業(yè)尤其是國(guó)防科研及裝備制造行業(yè)對(duì)小型精密傳動(dòng)裝置產(chǎn)品有了很大程度需求，特別是精密傳動(dòng)技術(shù)中小模數(shù)齒輪這一傳統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)品的運(yùn)用仍舊保持了較大比例增長(zhǎng)幅度。2008年后針對(duì)國(guó)外制造水平而言，國(guó)內(nèi)業(yè)界同行不論是產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、機(jī)床設(shè)備保障能力、制造工藝先進(jìn)性方面、質(zhì)量控制水平都在趕超和縮短與國(guó)外的差距，特別是通過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)或者特殊工藝技術(shù)制造的小模數(shù)齒輪產(chǎn)品已經(jīng)在技術(shù)難度上有所突破和提高，個(gè)別高端小模數(shù)齒輪精度指標(biāo)也達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同等要求。2008年前齒輪行業(yè)內(nèi)小模數(shù)齒輪制造方法和保障措施在現(xiàn)階段也有了一定程度的變化、改進(jìn)和提高，尤其是本企業(yè)在2008年后針對(duì)各種小模數(shù)齒輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的探索和研究工作有了一定程度的收獲，根據(jù)小模數(shù)齒輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)和使用特點(diǎn)，結(jié)合本企業(yè)現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用技術(shù)和工藝保障手段下，針對(duì)小模數(shù)齒輪材料、小模數(shù)齒輪計(jì)量檢測(cè)、小模數(shù)齒輪設(shè)計(jì)工藝特點(diǎn)、熱處理控制技術(shù)的發(fā)展，在此進(jìn)行簡(jiǎn)要描述和介紹。

　　1、現(xiàn)有小模數(shù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)介紹

　　小模數(shù)齒輪是齒輪分類中的一個(gè)定向性專業(yè)化的分支學(xué)科，到2011年為止是否對(duì)該專業(yè)分支作為一個(gè)特殊而單獨(dú)存在的齒輪專業(yè)類別進(jìn)行設(shè)定區(qū)分，在我國(guó)齒輪工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域內(nèi)目前還沒(méi)有明確界定和定論。小模數(shù)齒輪通常意義下是指法向模數(shù)m小于1以內(nèi)的漸開(kāi)線齒輪，目前現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《小模數(shù)漸開(kāi)線圓柱齒輪基本齒廓和精度GB/T2362/63-1990》、《小模數(shù)錐齒輪、圓柱蝸桿蝸輪GB/T10224-10227-1988》等幾個(gè)專業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)小模數(shù)漸開(kāi)線圓柱齒輪、錐齒輪、蝸桿、蝸輪結(jié)構(gòu)形式和精度都進(jìn)行了詳細(xì)定義，截止2011年尚未有發(fā)布更新和作廢標(biāo)準(zhǔn)要求。最新齒輪標(biāo)準(zhǔn)《漸開(kāi)線圓柱齒輪精度GB/T10095-2008》也針對(duì)性介紹了模數(shù)m》0.5齒輪范圍的定義，但是沒(méi)有描述m〈0.5齒輪范圍，這就造成了兩種標(biāo)準(zhǔn)的并行和交叉使用，針對(duì)這種情況結(jié)合本企業(yè)多年對(duì)齒輪標(biāo)準(zhǔn)的理解和應(yīng)用效果，參考相關(guān)國(guó)外DIN和JIS齒輪標(biāo)準(zhǔn)，采用GB/T2362/63-1990標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)階段可行和有效的方法。目前該類標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了各行業(yè)精密傳動(dòng)領(lǐng)域所需求的小模數(shù)齒輪：如直齒、斜齒、等高齒、端面齒、齒環(huán)、錐齒輪、蝸輪、蝸桿、齒條、齒弧、凸輪齒、異型結(jié)構(gòu)齒輪等，該標(biāo)準(zhǔn)具體應(yīng)用中也體現(xiàn)了小模數(shù)齒輪專業(yè)化的特點(diǎn)。

　　2、小模數(shù)齒輪設(shè)計(jì)指標(biāo)

　　小模數(shù)齒輪設(shè)計(jì)要求中，齒輪精度為首要條件，以往對(duì)小模數(shù)齒輪產(chǎn)品認(rèn)為只滿足齒部尺寸，強(qiáng)度和剛度可以不作為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)考慮，而目前產(chǎn)品在使用要求中對(duì)齒輪的扭轉(zhuǎn)剛度和材料熱處理指標(biāo)都比以往有了很大程度的變化，不單純只看齒輪設(shè)計(jì)尺寸也要考慮齒輪裝配工藝性、使用強(qiáng)度、可靠性、維修性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性、噪音、溫升、壽命、傳動(dòng)精度、回差精度等綜合要求，這些綜合指標(biāo)就體現(xiàn)在零件材料設(shè)計(jì)選擇、結(jié)構(gòu)的考慮、熱處理穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)工藝成本、制造合理性等多方面措施上。例如本企業(yè)制造的某微型小模數(shù)行星齒輪、平行軸齒輪和諧波柔輪剛輪產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)回差就提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇、工藝保障和裝配保障條件下，柔輪（m0.25、Z200）設(shè)計(jì)回差要求〈4弧分，最好狀態(tài)達(dá)到了1弧分，滿足了該產(chǎn)品高精度使用要求。

　　3、小模數(shù)齒輪工藝流程設(shè)定

　　在小模數(shù)傳動(dòng)齒輪常規(guī)工藝技術(shù)中，小模數(shù)齒輪由于其結(jié)構(gòu)微小、設(shè)計(jì)參數(shù)精細(xì)、材料選用復(fù)雜、質(zhì)量控制指標(biāo)精密，設(shè)備制造難度大使許多中模數(shù)齒輪工藝不適應(yīng)此種零件的制造技術(shù)。制造方法通常分為切削（干切、濕切）、少切削和無(wú)切削加工，結(jié)合企業(yè)多年的制造經(jīng)驗(yàn)，按照小模數(shù)產(chǎn)品制造特點(diǎn)，目前通用的切削制造技術(shù)有小模數(shù)滾齒、插齒、剃齒、磨齒、刨齒、研齒等保障手段。總結(jié)出通用的適合的工藝性流程為：材料準(zhǔn)備→坯件工序（有色金屬需要多次成形）→預(yù)熱處理（根據(jù)材料及金屬切削特點(diǎn)進(jìn)行）→精密坯制造工序→內(nèi)外圓磨成形磨削工序（針對(duì)軸齒輪）→小模數(shù)滾齒加工/小模數(shù)插齒加工→除齒部毛刺（采取專用方法）→鉗銑工序鉆微形銷孔或M2-M5小螺紋孔攻絲→后熱處理氣體滲碳或氮化→表面處理（氧化、鍍鋅、銅、鉻等）→精密外圓磨削（針對(duì)軸齒輪）→質(zhì)量控制檢測(cè)程序→交付。每個(gè)工序所需要的設(shè)備保障、材料選擇、前后熱處理方式、切削刀具夾具和質(zhì)量檢測(cè)的控制方法應(yīng)滿足零件的設(shè)計(jì)性要求。

　　4、小模數(shù)齒輪設(shè)備保障

　　小模數(shù)齒輪制造設(shè)備體現(xiàn)了精密微小型零件基本參數(shù)的設(shè)備保障能力要求,本企業(yè)制作m0.15-m0.8規(guī)格齒輪在小模數(shù)齒輪生產(chǎn)線上進(jìn)行，體現(xiàn)了由于該類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)微小和制造精密產(chǎn)生的高質(zhì)量要求，齒坯加工選用數(shù)控儀表車床或德國(guó)DMG或美國(guó)哈挺數(shù)控儀表車床，選用標(biāo)準(zhǔn)的切削參數(shù)，用專用機(jī)夾車削刀具加工精密坯件成型，保證齒坯外圓和端面基準(zhǔn)精度，內(nèi)孔按照工藝精度要求加工工藝基準(zhǔn)孔成型，由于內(nèi)孔大多在Φ1.5-Φ6mm左右，屬于微小型孔制造技術(shù)采用專用刀具加工。外圓磨床選用精度較高的高精度外圓磨床保證齒坯（特別是軸齒輪）外圓同軸度≤0.005和徑向跳動(dòng)誤差≤0.005以內(nèi)，有利于齒部加工的精度基準(zhǔn)值保證。滾齒和插齒采用本企業(yè)高精度瑞士MICRON小模數(shù)滾齒、插齒機(jī)床生產(chǎn)線加工，保證滾齒和插齒后齒部精度。熱處理設(shè)備目前采用多用滲碳淬火爐、真空淬火爐、井式氮化爐等熱處理加工設(shè)備，可以進(jìn)行調(diào)質(zhì)、回火、時(shí)效、滲碳淬火、碳氮共滲、真空淬火、高中頻淬火、表面氣體氮化處理等多種工序，可以滿足小模數(shù)齒輪的熱處理品質(zhì)要求。

　　5、小模數(shù)齒輪刀具設(shè)計(jì)和選用

　　鑒于小模數(shù)齒輪刀具在齒輪刀具制造行業(yè)中屬特種技術(shù)，“工欲善其事、必先利其器”，小模數(shù)齒輪刀具制造難度高的現(xiàn)狀也需要進(jìn)一步研究和技術(shù)設(shè)備保障，目前小模數(shù)齒輪刀具進(jìn)口依賴比重較大，國(guó)產(chǎn)品牌在刀具材料、熱處理技術(shù)、制造精度、耐用度上還有一定的差距，特別是刀具材料、熱處理、涂層技術(shù)需要根據(jù)近年來(lái)小模數(shù)零件設(shè)計(jì)材料和精度要求相匹配。目前本企業(yè)小模數(shù)零件從m0.2至m1均有定型的滾齒、插齒刀具，m0.2-m1加工精度可以達(dá)到GB/T2363中5-7級(jí)（DIN4-6級(jí)），通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證通過(guò)對(duì)刀具前角的有效選用采取一刀或兩刀法加工可以保證滾插精度的解決，在m0.5至m1范圍可以代替采用磨齒技術(shù)同等效果。例如小模數(shù)齒輪使用的切頂滾刀和蝸輪滾刀在使用中就產(chǎn)生了一定的效果。

　　6、小模數(shù)齒輪質(zhì)量控制手段

　　小模數(shù)齒輪質(zhì)量檢測(cè)條件按照進(jìn)口及國(guó)產(chǎn)儀器有齒輪檢測(cè)儀、萬(wàn)能工具顯微鏡、齒形輪廓投影儀、測(cè)長(zhǎng)儀、導(dǎo)程儀、齒輪綜合檢查儀、雙面及單面嚙合綜合檢查儀等，可以檢查各種幾何及齒部精度。基于小模數(shù)齒輪m≤0.8以內(nèi)檢測(cè)手段有別于正常m》1齒輪檢測(cè)條件的齒輪精度檢測(cè)項(xiàng)目，采用常規(guī)投影測(cè)量技術(shù)無(wú)法對(duì)誤差進(jìn)行綜合系統(tǒng)性分析，依賴齒輪測(cè)量?jī)x檢測(cè)精度滿足0.2≤m≤0.8范圍對(duì)檢測(cè)設(shè)備而言又增加了計(jì)量設(shè)備成本投入和檢測(cè)技術(shù)難度。按照企業(yè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)小模數(shù)齒輪檢測(cè)指標(biāo)以重點(diǎn)控制雙面嚙和徑向綜合誤差Fi”和單面嚙和一齒徑向綜合誤差fi”指標(biāo)可以客觀的反映齒輪綜合誤差指標(biāo)，該指標(biāo)對(duì)小模數(shù)零件滿足使用平穩(wěn)性和調(diào)節(jié)嚙合間隙有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)結(jié)合萬(wàn)能工具顯微鏡、測(cè)長(zhǎng)儀、導(dǎo)程儀和齒部跨棒等檢測(cè)手段，可以有效檢測(cè)和控制小模數(shù)齒輪的齒部精度，對(duì)參數(shù)控制、誤差分析、質(zhì)量改善提供有力的檢測(cè)依據(jù)。

　　7、小模數(shù)齒輪特種工藝介紹

　　小模數(shù)齒輪制造技術(shù)中按分類來(lái)說(shuō)較為廣泛，目前由于裝備制造行業(yè)的多元化發(fā)展對(duì)零件設(shè)計(jì)提出了更高的要求，特別是近年來(lái)國(guó)防科學(xué)技術(shù)水平的提高在武器裝備領(lǐng)域中產(chǎn)生了大量的非常規(guī)特殊結(jié)構(gòu)的小模數(shù)齒輪零件。按設(shè)計(jì)材料分有色或黑色金屬類，按結(jié)構(gòu)分薄壁、薄片、臺(tái)階、環(huán)狀、弧狀、不對(duì)稱、細(xì)長(zhǎng)軸、雙聯(lián)等形狀，按熱處理方式分為中硬齒調(diào)質(zhì)、齒面淬火、局部淬火、局部防滲、局部滲碳、局部滲氮、高硬度滲氮等方式的改變，給制造技術(shù)增加了難度。例如通過(guò)冷加工和熱加工技術(shù)有機(jī)結(jié)合對(duì)小模數(shù)蝸輪蝸桿車磨技術(shù)探索、小模數(shù)錐齒輪工藝技術(shù)、諧波薄壁柔輪變形工藝試驗(yàn)、熱處理滲氮變形試驗(yàn)、環(huán)齒和弧齒工藝技術(shù)研究就取得了很好的效果。近年來(lái)本企業(yè)根據(jù)現(xiàn)階段小模數(shù)齒輪各種設(shè)計(jì)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性的特種工藝制造技術(shù)研究和驗(yàn)證，通過(guò)在材料、熱處理、刀具、夾具設(shè)計(jì)等綜合技術(shù)保障條件下取得了較好的效果，通過(guò)采用特種工藝模式滿足了了目前國(guó)內(nèi)制造裝備業(yè)對(duì)各種小模數(shù)齒輪多元化的需求，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)的提高。

　　8、小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

　　小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化屬企業(yè)技術(shù)管理類工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化范疇，但有別于通用齒輪工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)文件可以規(guī)范企業(yè)現(xiàn)有產(chǎn)品制造水平和工藝保障能力，體現(xiàn)在制作小模數(shù)齒輪工藝技術(shù)文件的標(biāo)準(zhǔn)模板上。在實(shí)施中考慮了材料定額、工藝流程、工藝操作方法、通用工裝夾具使用、通用檢測(cè)量具使用等，這體現(xiàn)了企業(yè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品過(guò)程中技術(shù)、周期和成本的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)加強(qiáng)小模數(shù)齒輪標(biāo)準(zhǔn)化管理工作對(duì)現(xiàn)有小模數(shù)制造技術(shù)進(jìn)行規(guī)范和固化也滿足了質(zhì)量和技術(shù)體系管理的“三化”要求，只有做好本企業(yè)制定、修訂、引進(jìn)各類小模數(shù)齒輪工藝標(biāo)準(zhǔn)，提高通用化、系列化、模塊化的管理工作才能更好的發(fā)揮小模數(shù)齒輪設(shè)計(jì)和工藝水平。

　　9、持續(xù)不斷進(jìn)行工藝創(chuàng)新

　　隨著小模數(shù)齒輪的種類多元化、設(shè)計(jì)理念的更新和改變、材料應(yīng)用的變化性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不確定性，在企業(yè)需要持續(xù)快速發(fā)展前提下，必須進(jìn)行該類產(chǎn)品工藝創(chuàng)新和制造方法的探索，為了滿足現(xiàn)有技術(shù)保障條件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，控制零件精度等級(jí)、減少?gòu)U品率、提高工序效率、進(jìn)行技術(shù)革新、增加利潤(rùn)值、申請(qǐng)工藝專利保護(hù)等，必須大膽進(jìn)行工藝思路和工藝方法的創(chuàng)新，尋找和發(fā)揚(yáng)適合本企業(yè)小模數(shù)產(chǎn)品的技術(shù)管理和工藝開(kāi)發(fā)模式，只有在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證才能提高小模數(shù)齒輪的制造保障能力，將企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

　　10、結(jié)束語(yǔ)

　　隨著近三年乃至以后國(guó)內(nèi)空間技術(shù)和航空、航天、航海等領(lǐng)域國(guó)防技術(shù)快速發(fā)展，裝備制造行業(yè)對(duì)各種精密傳動(dòng)機(jī)械部件和儀表（例如航空或航空領(lǐng)域中所使用的各種儀表儀器等）需求越來(lái)越多，對(duì)小模數(shù)齒輪的精度和可靠性需求都提出了相應(yīng)的品質(zhì)要求，適應(yīng)這種形勢(shì)來(lái)解決小模數(shù)齒輪產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、提高工藝技術(shù)需要我們花大力氣去在實(shí)踐中探索。

　　參考文獻(xiàn)【1】“小模數(shù)齒輪加工”小模數(shù)齒輪加工1972年8月

　　【2】“齒輪手冊(cè)”機(jī)械工業(yè)出版社2001年第2版

　　作者簡(jiǎn)介李煒斌（1971-），男，中船重工重慶清平機(jī)械廠技術(shù)中心從事技術(shù)管理和齒輪設(shè)計(jì)工藝技術(shù)研究