传统齿轮加工以插齿加工工艺及滚齿加工工艺为主，本文结合实际的加工生产，以及零件的加工要求，提出一种新的利用车铣复合机床用硬质合金立铣刀铣削齿轮的加工工艺。铣齿工艺比较适用大模数齿轮及轮齿对零件的基准有位置度要求的零件比较适用，可以有效的降低夹具定位误差，降低插齿刀的制造成本。同时，通过此种方法可以很好的保证零件的加工质量，也为齿轮的加工提供新的思路。

　　某齿轮零件，结构如图1所示。其齿轮部分并非全齿，而是取全齿中的其中15个齿。其齿轮参数如表1所示。零件材料为300M，属于结构钢，淬、回火之前硬度为HRC≤35。这种齿轮的传统加工工艺是在插齿机上通过插削保证，但之前通过插齿工艺加工过的一批零件齿部无法满足要求。

　　主要原因有两点：1、零件齿形超差，精度在11级左右。齿形超差是因为加工刀具精度不高，该齿轮不是全齿，因此齿轮刀具加工难度大，成本高。2、零件基准齿对中心轴线有对称度不大于0.02要求，插齿加工工艺是通过专用夹具保证该要求，但夹具定位间隙还是存在，并且夹具制造精度不高，加工时还引入了公共基准，所以最终该对称度无法保证。

　　对于这种模数大，齿轮对零件基准有位置度要求，且生产周期紧，无专用插齿刀的情况，采用了一种用通用机床车铣复合、通用硬质合金立铣刀加工的铣齿加工工艺，通过实际加工生产，得出了该铣齿加工工艺的可行性。

　　一、 传统齿轮加工方式原理

　　传统的齿轮加工原理主要有两种，展成法与成型法。展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯做啮合运动而切出齿形的方法。最常用在插齿加工和滚齿加工。这两种机床加工齿轮并不需要提前准备齿轮的齿形形状，而只需将零件的齿轮基本参数及插齿刀或滚齿刀的基本参数输入到机床中，机床通过运算完成一个固定传动比的啮合运动。另外，齿轮的切削深度是在机床里设置好齿顶圆、齿根圆直径，加工过程中通过检查零件的齿厚(间接测量M值或公法线保证)判定零件是否加工到了尺寸。滚齿机及插齿机在齿轮的加工中被广泛运用。

　　成型法主要用在成型砂轮磨齿机。其加工原理是将齿轮的加工刀具(或磨轮)做成齿槽的形状，刀具的轮廓线具有特定加工零件参数形成的渐开线轮廓。这种加工方法中，定制的磨轮均是一对一的专用磨轮，成本较高。但近些年兴起的可修整砂轮磨齿机有效的解决了小批量成型砂轮的磨齿问题。

　　二、 铣齿齿轮模型的建立

　　本文要介绍的基于车铣复合的铣齿加工方法是基于数控加工轮廓铣削，是有别于成型法与展成法加工的一种新的方法。铣齿加工方法主要需建立正确的齿轮模型。使用CATIA建立齿轮模型步骤如下。

　　渐开线参数方程建立

　　齿轮模型的关键在于齿轮的渐开线的画法，渐开线是一条复合函数曲线，其函数关系式如下：

　　式中：rbt为基圆半径，θ为滚动角，单位为弧度。

　　将其转换为CATIA的规范形式为：

　　通过函数的方式建立渐开线轮廓。首先需添加齿轮基本参数，然后建立轮廓线与各参数的函数关系式，图3是建立参数及关系的过程。

　　渐开线曲线的生成

　　建立好参数与函数关系式后，就需要将此函数关系式输出成曲线，使用catia创成式设计命令中的“par- allel curve”命令，“parallel curve”命令是去寻找某条直线在某个平面上一个指定距离的平行线。对于要找的渐开线中x与t的方程，只需将要平移的距离选择成之前建立好的x与t的法则曲线，在法则曲线的定义框内，横向轴是一个在0-1区间变化的值，然后纵向是这个函数在0-1区间的振幅即变化量。因此该条曲线就为x与t的关系曲线。然后将生成的X、Y曲线混合在一起，并将空间曲线投影在XY平面内，由此便得到了一条渐开线，如图4所示。

　　渐开线齿轮实体建立

　　画好渐开线后就是利用齿轮的结构性质画出一个封闭的轮齿，主要用到轮齿左右齿面的对称性，齿轮的分度圆弧齿厚与中心角的关系等，运用CATIA中的“相交”、“对称”、“分割”等命令即可完成。 一个轮齿画好后再利用“阵列”命令得到所有的轮齿，利用“拉伸”命令完成实体的建立。如图5所示。

　　三、 加工过程

　　零件装夹及刀具准备

　　根据零件结构及车铣复合机床的装夹特点，制定出以反三爪撑住零件内孔定位的装夹方案，将加工坐标系建立在零件的右端面，尽量避开刀具轴在零度情况下加工与卡盘发生碰撞干涉的可能。同时考虑到齿轮一端的外形需沿圆周铣削，对零件的圆周方向有受力影响，因此加大机床夹力至25bar。

　　根据所加工齿轮的槽型，其齿根圆弧半径最小R1.52，因此加工该齿轮最大只能选取d3直径的球头刀，以保证能铣削到齿轮根部。

　　加工编程方案及程序设计

　　外齿的齿槽是外开内收型，可以先用“等高降层粗铣”命令开粗，然后用“导引切削”命令进行轮廓精加工。结合齿轮齿廓特点，轮齿的齿深方向上是渐开线形状，齿轮的精度等级中对齿形有要求，因此在加工时特别在齿形上做轮廓铣削。加工步骤如图6所示

　　左右齿面精加工可以用轮廓驱动命令编制一层，然后通过编制宏程序在齿向方向上分层加工。加工完一个齿槽，通过旋转机床C轴按C=360/Z(Z为齿数)去加工下一个齿，该零件要求有15个齿，CATIA中只需编制了中间齿槽的程序，再编制C轴旋转宏程序加工左右个七个齿槽即可。

　　检测计量

　　齿轮检测首先是检测齿轮的齿厚(通过检测M值或公法线W)，对于模数较大的零件，该零件使用公法线W来控制齿厚，使用公法线千分尺进行测量，若该值没有加工到尺寸，则可调整刀长补偿继续进刀。直至公法线W值合格。其次检查齿的齿形、齿向、齿距、齿跳参数，这些参数值均是在齿轮检测仪上测量，检测完出计量报告判定是否在要求范围及所达到的公差等级，如图7、表2所示。

　　最后目测齿面光度及用万工显计量齿根圆直径。若粗糙度较差可以通过调整宏程序里齿廓线之间的间距进行调整。最终加工实物如图8所示。

　　四、 结论

　　使用整体硬质合金立铣刀加工齿轮的铣齿加工工艺，从计量结果看，其齿向、齿距、齿跳的加工精度等级还优与插齿、滚齿加工工艺。因此，在齿轮模数大，通用的铣刀可以方便进入到齿槽根部的情况下，完全就可以采用铣削方式加工齿轮。同时，若齿轮的基准齿与其他基准面或者孔有位置度要求，在车铣复合机床一次加工齿坯与齿轮时，将会得到稳定的质量保证。