大型齒輪制造的技術(shù)難點(diǎn)集中在復(fù)雜曲面齒形加工方式的選擇和熱處理齒部變形的控制，前者往往由于受加工機(jī)床和刀具的限制而不易實(shí)現(xiàn)，后者則由于毛坯材質(zhì)和熱處理工序的不穩(wěn)定性往往無(wú)規(guī)律可循。
大型齒輪對(duì)加工機(jī)床的要求主要體現(xiàn)在剛性和柔性兩個(gè)方面。剛性是從機(jī)床本身構(gòu)造來(lái)說(shuō)，床身可承載大型齒坯的重量，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)擁有足夠大的功率，傳動(dòng)鏈可靠，主軸的回轉(zhuǎn)、刀架的進(jìn)給應(yīng)能夠承受齒槽加工過(guò)程中產(chǎn)生的巨大切削阻力；柔性是從機(jī)床應(yīng)用范圍來(lái)講，大型齒輪一般為單件小批生產(chǎn)，功能單一的專用設(shè)備并不適合該類型的生產(chǎn)模式，所以在機(jī)床設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮到設(shè)備的使用范圍，盡可能滿足不同類型、不同尺寸大型齒輪的加工需求，提高設(shè)備的利用率，降低加工成本。
同時(shí)，隨著機(jī)床工業(yè)的發(fā)展，加工機(jī)床的數(shù)控化已成為必然，它會(huì)讓操作更簡(jiǎn)捷，控制更精確，加工效率也更高。
大型齒輪對(duì)刀具的要求集中體現(xiàn)在耐用度上。
由于大型齒輪齒槽深、齒數(shù)多，加工時(shí)間長(zhǎng)，刀具消耗大，所以大型齒輪的刀具應(yīng)具備更長(zhǎng)的壽命。
同時(shí)，粗加工刀具由于切削量大，進(jìn)給速度較快，所以應(yīng)具備較強(qiáng)的韌性和抗沖擊性；精加工刀具還應(yīng)具有較高的硬度，以滿足刮削熱處理后較硬齒面的要求。從刀具結(jié)構(gòu)上看，大型齒輪刀具還以鑲片式結(jié)構(gòu)為主，涂層刀具和硬質(zhì)合金刀具已成為主流。
從工藝角度來(lái)說(shuō)，不同類型的大型齒輪在加工工藝上存在很大差異。調(diào)質(zhì)齒輪由于受調(diào)質(zhì)合金鋼材料淬透性的限制，往往需要在熱處理前進(jìn)行粗開齒加工，以提高齒根部位的熱處理性能，但這也會(huì)給熱后齒頂圓及端面的車削帶來(lái)不利影響，所以熱前合理的加工余量顯得十分重要。氮化齒輪是在調(diào)質(zhì)齒輪的基礎(chǔ)上增加齒面氮化處理，以進(jìn)一步提高齒面耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。氮化溫度通常低于調(diào)質(zhì)時(shí)回火溫度至少30℃，同時(shí)為了進(jìn)一步減少大型齒輪的氮化變形，一般在精加工前安排時(shí)效處理以消除之前產(chǎn)生的加工應(yīng)力。滲碳淬火齒輪一般要安排二次正火或調(diào)質(zhì)作為預(yù)備熱處理，并根據(jù)齒坯材料、形狀和尺寸的不同，對(duì)齒頂圓直徑或螺旋角等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)修正，以達(dá)到補(bǔ)償滲碳淬火變形的目的；同時(shí)，由于齒面很硬，熱后一般采用磨齒加工，但齒根圓角部位不允許磨削，以保留熱處理產(chǎn)生的表面殘留壓應(yīng)力，增強(qiáng)齒根抗疲勞能力，所以熱前齒部粗加工一般采用凸臺(tái)留磨刀具。
以我廠制造的風(fēng)電1 5MW試驗(yàn)臺(tái)齒輪箱為例，其中最大的齒輪軸材料為20CrMnMo，模數(shù)m n=36、齒數(shù)z =23，加工精度6級(jí)、齒面要求滲碳淬火，表面硬度58～62HRC。由于模數(shù)36的凸臺(tái)留磨滾刀受刀具最大外徑的限制，一般刀架無(wú)法安裝，且該類型的滾刀采購(gòu)成本過(guò)高，所以我廠采用指形銑仿形法加工。其中齒根部位的圓角凸臺(tái)單獨(dú)設(shè)計(jì)了專用圓弧銑刀加工，以保證齒根圓弧的正確形狀，機(jī)床選用我廠1m臥式滾齒機(jī)來(lái)保證分度精度（見圖2）。
圖 2
大型齒輪加工的發(fā)展方向
近年來(lái)，大型齒輪的加工在追求高效率、低成本的同時(shí)，更加關(guān)注綠色與環(huán)保，目前高速干式切削已成為綠色加工技術(shù)中的熱點(diǎn)。與濕式加工相比，干式切削可以有效克服切削液消耗大、油霧和油污污染、漏油混油現(xiàn)象嚴(yán)重等缺點(diǎn)，加工成本更低，零件質(zhì)量更好，而且工作環(huán)境也變得更加清潔、安全。國(guó)際上知名的齒輪加工機(jī)床制造商，如美國(guó)的Gleason公司，德國(guó)的Liebherr公司，日本的三菱重工公司等已將其作為產(chǎn)品研發(fā)的重要方向，并形成了一種新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
在刀具方面，隨著刀具材料、涂層技術(shù)等的發(fā)展，現(xiàn)在的滾刀線速度可達(dá)到600m/min，這就為高速干式切削技術(shù)的推廣提供了技術(shù)保障。同時(shí)，新型可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金滾刀的逐步應(yīng)用（見圖3），可節(jié)省刀具修磨成本和換刀時(shí)間，成倍地提高了大型齒輪的加工效率，真正為用戶節(jié)省大量的成本。
圖 3
結(jié)語(yǔ)
隨著機(jī)械工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，大型齒輪件的需求也越來(lái)越大，在大型齒輪的制造技術(shù)上，我們還面臨著許多技術(shù)瓶頸有待解決，許多工藝方法有待提高，在這里也希望能和各位同行或相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行真誠(chéng)的交流、溝通與合作，共同提升我國(guó)在大型齒輪制造領(lǐng)域的技術(shù)水平。
相關(guān)鏈接：大連華銳重工減速機(jī)廠大型齒輪加工的狀況
