针对齿轮制造的快速交付需求，介绍了一种全新的齿轮加工方案，利用已有的齿形刀具开粗之后，再进行磨齿整形，得到设计要求的齿轮参数，从而大大加快了齿轮的制造速度。

　　1 引 言

　　随着市场竞争日益激烈，快速试制出满足客户质量要求的变速箱是一个公司研发能力的体现，是核心竞争力之一，是争取客户资源的重要砝码。

　　齿轮是汽车变速箱的关键零件，其精度直接影响着变速箱的质量，包括NVH(Noise(噪声)，Vibration(振动)， Harshness(声振粗糙度))、耐久性、强度等性能。对齿轮的关键参数的优化设计是改善这些性能的常用手段，比如调整微观修形、增加螺旋角、变更宏观参数。如果采用传统的齿轮制造工艺方案，宏观参数的变更将必然增加制造周期及刀具成本。因此新的齿轮样件的加工方案开发显得尤为重要，该方案必须满足样箱的快速交付需求，为新项目开发助力，为公司赢得客户增加砝码。

　　2 加工方案

　　以某汽车二挡从动齿轮为例，外形结构如图1所示。

　　如表1所示，量产参数是指已在工厂大批量投产的齿轮参数，设计优化参数是为满足客户所提出的NVH及强度要求而新设计的参数。为满足客户的1个月交付周期，重新订购滚刀显然是无法满足时间要求。因此采用一种全新的整形磨齿工艺方案。

　　表1 齿轮参数对比表

　　与传统的齿轮加工工艺流程相比，整形磨齿工艺方案增加了最为关键的滚齿开粗及磨齿整形两个工序，详细的工艺流程如下：精车一端→精车另一端→滚齿开粗→磨齿整形→磨棱→清洗→热处理→清理抛丸→硬车→热后磨齿→成品检测。

　　3 滚刀选择

　　选取滚刀的原则：

　　1) 在现有滚齿刀具库里，选择模数、压力角相近的滚刀;

　　2)设计计算跨棒距(M值)，确保工艺最优化，使得磨齿整形可磨出整个渐开线螺旋面，且不至于余量留得太多而使得效率低下。

　　根据上述两个选刀原则，对比表1中的新的齿轮设计参数，决定选择如下的滚刀参数：滚刀法向模数m_n= 1.5754 mm，滚刀法向压力角α_n=15°，滚刀螺旋升角ω= 2°21′38"。其法向截面如图2所示。

　　4 整形磨齿参数的确定

　　整形磨齿工序的作用等同于传统滚磨工艺流程中的滚齿工序，因此该工序的工艺参数可以依据新设计的成品齿轮参数、热后磨齿余量和热变形而定。根据经验值，计算出各相关工序的法向弧齿厚S_n，计算值如表2所示。根据法向弧齿厚，计算得出工艺过程中方便测量的跨棒距M。根据上述原则，可以确定整形磨齿工序的全部工艺参数，如表3所示。

　　5 滚齿开粗工艺参数设计

　　滚齿开粗工艺参数的设计包括法向模数m_n、法向压力角α_n、齿根圆直径d_f、跨棒距M。这些参数的设计步骤如下：

　　1)根据新设计参数 z、d、β，计算得mn=dcosβ/ z=57.515×cos32.590/29= 1.671。

　　2)根据公式m_ncosα_n =m_n刀cosα_n刀，计算得α_n= arccos(m_n·cosα_n /m_n刀)≈ 24.403°。

　　3) 确定滚齿开粗工序的法向弧齿厚Sn。计算原则是：整形磨齿余量尽量小，且整个渐开螺旋面必须“见光”,即渐开螺旋面任意位置都必须有不少于0.02 mm的法向余量。

　　一般地，最可能有“不见光”的三处截面分别是：齿顶圆、挖根圆和齿根圆处，因此只需要核算这三处截面就可判定整形磨齿是否可完全“见光”。

　　图3是利用EXCEL软件设计的一种用于磨齿整形参数转换的小型计算软件，该图的最后一列数据中包含了最可能有“不见光”的三处截面的单边法向余量。根据图 3，用“试算法”可以确定滚齿开粗工序的法向弧齿厚S_n，试算时要确保这三个截面的余量全都大于0.02 mm。试计算步骤如表4所示。

　　表4是通过图3用试计算法得出的参数，从中摘取余量数据而形成的表格，这样便于最终确定滚齿开粗参数。

　　观察表4，当分度圆法向弧齿厚余量不变，齿顶圆法向弧齿厚余量最小，齿根圆余量最大，因此，可以确定齿顶圆处是“危险截面”。随着分度圆法向弧齿厚余量的减小，其余截面的余量也相应减小，当减小到0.35 mm时，齿顶圆法向弧齿厚余量是0.02 mm。这时可以将0.35 mm作为整形磨齿的余量，进而确定滚齿开粗工序的法向弧齿厚 S_n =2.656 + 0.35×2=3.356 mm。

　　4)跨棒距M计算。根据滚齿开粗基本参数可以很容易计算出跨棒距M=64.823 mm。

　　5)d_f和d_nf的计算。依据图2所示的滚刀法面齿形参数，将图中方框内的参数输入至表6中，可以计算得出：d_f =52.271、 d_nf=55.955。至此，所有滚齿开粗参数的计算全部完成，如表6所示。

　　6 工艺参数计算

　　磨齿整形工艺参数和滚齿开粗工艺参数的计算都可以通过如图3所示的EXCEL表格编程软件的方式进行，图4是用Kissoft模拟的图形，图中显示各个截面上的磨削余量不均匀，齿顶余量最小，齿根余量最大。这与图3中计算的余量分布情况是一致的。

　　滚齿开粗工序在KASHIFUJI/ KE201滚齿机上进行，整形磨齿工艺在 KAPP/ KX300P 磨齿机上进行，其余所有工序按传统加工方案进行。

　　7 收 益

　　按照公司每年开发60个新齿轮计算，大概有1/3的项目节点非常紧急(大概1个月)，如果用正常的工艺方案，至少需要2个月交付样箱，根本无法满足客户的要求。新的加工方案可节省20把滚刀，每把滚刀平均 8000元,每年可节约16万元，增强了公司项目的竞争力，减少了客户抱怨。