引言

近期，加工车间接到一个任务，要求在同一齿轮轴体上加工左右旋向不同的两齿轮，统称人字齿轮。人字齿轮，是一种圆柱齿轮，在某一部分齿宽上为右旋齿，而在另一部分齿宽上为左旋齿。人字齿轮的在英文中译为double-helical gear。人字齿轮具有承载能力高、传动平稳和轴向载荷小等优点，在重型机械的传动系统中有广泛的应用。人字齿轮轴根据需要可将两侧分体制造，然后组合在一起；或虽将两侧做成一体，但在两侧有效齿面之间留下必要的越程槽；或者采用插齿加工方法，但也需要将两侧齿面断开。相对普通齿轮的加工来说，人字齿的加工工艺较为复杂、难度较高，常用的加工方法一般是使用指形齿轮铣刀来加工。在此，笔者简单介绍一下我车间所采用的展成加工法。

关键词：大连齿轮加工 展成法 滚齿

一、人字齿轮的加工要点

人字齿轮左、右旋向螺旋线的交点可构成许多个平面，通常情况下将对称于齿轮端面的平面称为人字中心平面。受减速机结构的限制及为满足齿轮正常啮合传动的条件，人字齿轮轴在装配时必须摆好其位置，人字中心平面的位置误差必须控制在装配调整量所允许的范围之内。

二、工艺分析

由人字齿轮的装配要点可知加工人字齿轮的最大难度在于控制人字中心平面的位置，本文主要从使用展成法来探讨人字齿轮的滚切加工方法。

本文将以如图1所示的普通人字齿轮轴为例简单讲述人字齿轮的加工方法。

该人字齿轮轴的啮合特性如下表所示：

1 法向模数 mn=10 6 螺旋角 β= 25°50' 31"

2 齿数 Z=27 7 螺旋方向

3 压力角 a= 20° 8 精度等级 4 齿顶高系数 ha*=1 9 公法线长度 Wk= 5 变位系数 x 10 公法线跨齿数 4

滚齿前先用车床将工件加工成如图2所示齿轮轴图，因篇幅所限，车工部分加工方法就不一一列出，本文主要讲述齿轮加工。

1、加工思路

本文中控制人字中心平面位置公差的主要方法是先将一侧齿形加工后由划线将齿顶螺旋线引至另一侧齿坯外圆，尽可能的减少人字中心平面位置的偏转误差，可按如下加工路线进行加工：滚切一侧齿轮→钳工划线→滚切另一侧齿轮，具体方法如下所述：

2、设备和工具的选择

由于加工设备受到一定的限制，在此本文加工设备使用的是武汉重型机床厂出厂的Y320型滚齿机，滚刀则根据图纸要求采用m10，a20°，γ4°40' 的右旋单头高速钢标准滚刀来进行加工。

3、分齿挂轮的计算

由分齿挂轮计算式： = 

（其中K——滚刀头数 Z——齿数 ）

Y320的分齿定数为20或40，在此根据本例人字齿参数确定取20，则得    = =  

也就是说要用到的四个齿轮齿数分别为a=40，b=30，c=50，d=90；将abcd四个齿轮分别安装在齿轮架则完成分齿挂轮。值得注意的分齿挂轮时，刀具与工件旋向相同时不用加介轮，本例选择先加工左旋部分，刀具与工件旋向不同，则分齿挂轮需再加一介轮。

4、差动挂轮的计算

差动挂轮的计算公式则是i= = 

（其中β——工件螺旋角  —— 法向模数 K——滚刀头数）

因Y320型滚齿机差动定数为15，所以在此则有：

i= = =0.6538351167

由比值挂轮表可查出当i=0.6538351167时，得 =89， =41， =25， =83， 此时误差值为

 × －0.6538351167=0.000000264＜0.00001

误差值在允许范围内，则差动挂轮为 × 。

5、滚刀的安装及工件的夹装校正

本文中先选择加工人字齿轮的左旋部分，根据滚刀旋向、螺旋升角及人字齿螺旋角可确定滚刀的安装示意图如下图3所示，滚刀倾角为β+γ= 25°50' 31"+4°40'= 30°30' 31"。工件则采用夹头来进行夹装，如图4所示。工件使用千分表来校正，精度要控制在0.05mm以内。夹装校正的要点：①定位基准要精确可靠。②齿坯轴心线与工作台的旋转轴线重合。③支承端面应与工作台的旋转轴线垂直。④齿坯的支承表面与切削力着力点之间的距离尽可能小。⑤要有足够的刚性和夹紧力，保证在装夹工作时不致变形和在加工过程中不产生振动。  

6、走刀次数及进给量的选择

本例人字齿轮材料为40Cr，从保证工件质量和合理滚刀寿命的前提下，本次齿轮加工采用3次走刀来进行加工。第一次走刀吃刀量取为1.2m，第二次取为0.7m，第三次约取为0.3m。通常情况下，为提高齿轮的精度，保证齿形的尺寸，第三次进刀时应测量一次公法线长度W/k，由公法线长度来确定第三次的进刀量，则第三次进刀量△L=1.46×(W/k—Wk)。

进给量则根据取进给量表选取工作台每转滚刀垂直方向进给量为0.38mm，此时进给齿轮挂轮为 × ，手柄位置为B，档位为Ⅰ档。

7、钳工划线

本例中，大连齿轮加工完左旋齿轮后，将工件卸下交予划线工根据图样和技术要求将左旋齿轮齿顶螺旋线引至另一侧右旋齿轮齿坯外圆，在齿坯上用划线工具画出加工界线，在此应当注意，跟其它工件划线要求不同，齿轮的人字中心平面基本上由划线确定，因此対划线的基本要求是线条清晰匀称，定型、定位尺寸准确，由于划线的线条有一定宽度，所以应该要提高技术要求，要求划线精度达到0.10-0.25mm。

8、重新调整滚刀安装角度及装夹工件

此次加工的齿轮为人字齿轮的右旋部分，因此需要对滚刀安装角度进行调整，调整后的角度应为β－γ=25°50' 31"—4°40'= 21°10' 31"，如图5所示。工件夹装校正则与步骤5要求一致，然后校正滚刀，使滚刀吃刀位置尽量与右旋齿轮齿坯外圆所画的加工界线一致。

9、二次走刀的选择

此次走刀应该注意的是第一次走刀时应先试走刀，等加工2~5mm长度时退刀测量吃刀位置与加工界线的位置误差，然后根据误差量调整滚刀的安装位置（在此可用千分表来测量）再继续进刀加工，此步骤可重复多次，直至人字中心平面位置误差减小，控制在0.25mm以内。滚刀安装位置校正完毕之后可按步骤6进行走刀完成人字齿轮的加工。

10、补充说明

本例中，先加工左旋齿轮后加工右旋齿轮，在工作中，可根据实际情况选择先右后左的加工顺序，滚刀的安装角度则随之改变。

三、结束语

经笔者实践证明本文的加工方法可适用于大部分大模数多齿人字齿轮。对于其它人字齿轮的加工可根据不同的结构和实际尺寸进行分析来综合考虑采取合理的工艺路线和工艺保证措施。

参考资料

1、王先逵 《齿轮、蜗轮蜗杆、花键加工》 机械工业出版社 2008.6第三版

2、唐金松 《简明机械设计手册》上海科学技术出版社 2009.1第三版

3、北京第一通用机械厂 《机械工人切削手册》机械工业出版社 1985.7 第三版

4、龚兴义 陈特金 《通用比值挂轮表》 国防工业出版社 1973.12 第一版