副箱减速齿轮锥面部分表面粗糙度要求小于0.4um，仅用CBN刀片车削锥面虽然可以达到要求的表面质量，但是生产成本较高，每刀尖仅能加工15～20件零件。而引入滚光加工的手段，能够在不引起尺寸变化的前提下降低零部件的表面粗糙度数值、提升表面质量，并节约加工成本。经批量试验验证，滚光技术可以保证零件质量，切实可行。

我厂轴类零件及盘齿轮类零件经过热处理后，由于个别尺寸及表面质量要求较高，需要进行热后加工。现行的加工办法一般为热后磨削，能够获得较高的尺寸精度及表面质量。个别盘类齿轮内孔结构不便于砂轮磨削，采用热后车削加工，这种加工方法虽然效率高，不产生粉尘，但是加工所用的CBN刀片成本较高，且加工效果不稳定，容易造成表面粗糙度超差的情况。所以，急需一种新的工艺手段来改善目前热后车削加工中存在的问题。滚光技术有望解决粗糙度值的超差问题，并通过提高每片CBN刀片的加工数量，降低加工成本。

滚光技术介绍

1．原理

滚光技术是一种无屑压力光整加工技术，也叫做滚压技术。它利用金属在常温状态下的可塑性变形特征，通过滚光刀（或者称为滚压刀、滚压头、挤光刀或挤压头）对加工工件表面施加一定压力，使金属表面产生塑性流动，将微观表面的波峰挤压至原始残留的低凹波谷处，达到降低表面粗糙度，提高加工面表面质量的目的。

2．基本过程

滚光加工时，滚光刀头以一定的压力压在孔壁上，工件做旋转运动，滚光刀沿着工件做轴向进给。

滚光过程可以分解为碾入区、塑性变形区及平滑区，图1所示为金刚石滚光刀刀头加工示意图。在碾入区域，滚珠和加工面开始接触，慢慢加压，微观不平的波峰、波谷被碾平；在塑性变形区域，当接触压力超过材料屈服点，零件材料产生局部塑性变形；在刀头下端最大负载作用后，在平滑区域开始弹性复原，刀头渐渐与加工表面分离。

3．工艺优势

图2所示为车削、磨削、滚光及表面轮廓图。车削以及磨削都是靠切除表面材料来实现尺寸及粗糙度的要求。车削加工后，工件表面会有明显的刀纹，刀纹的大小与刀尖圆弧半径、最后一刀的切深及刀具的进给有关系，将会直接影响加工表面的粗糙度。磨削可以获得很好的表面质量，但加工中存在粉尘污染，且效率相对较低。

滚光技术具有以下优势：

（1）滚光加工过程中，不会有料屑产生，能够改善现场工作环境。

（2）滚光加工基本不改变工件尺寸，却可以大大提高工件的表面质量，获得镜面效果，使加工面具有卓越的滑动性、密封性及结合性。金属工件在表面滚压加工后，表层得到强化，极限强度和屈服点增大，工件的使用性能、抗疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性都有明显的提高。经过滚压后，硬度可提高15%～30%，耐磨性提高15%。

（3）滚光刀具应用范围广，可以直接装入车床、加工中心等多种机床，无需液压机组等外围设备，减少初次投入，不占用生产现场空间资源。

滚光技术应用

1．加工零件

选取我厂一盘齿轮零件，如图3所示。该零件材料为8620H，热处理为渗碳淬火，热后表面硬度可以达到58～63HRC。锥面粗糙度要求为Ra0.4mm，原加工方案采用CBN刀片加工，刀尖圆角为R0.8。加工车床选用斗山PUMA305，加工参数为恒线速度260m/min，每转进给量为0.06mm/r，切削深度ap约为0.2mm。一个刀尖加工15～20件即超出表面粗糙度要求，生产成本较高。

2．加工方案

在热后车削后加入滚光工步，考虑到零件结构的特殊性，定制非标滚光刀具，考虑到滚光刀具在我厂的应用需要具备通用性，调整了金刚石刀头的圆角半径至R2。

使用的滚光刀结构如图4所示。金刚石刀头连接在杠杆的一端，杠杆的另一端与一弹簧相连（弹簧隐藏在中间刀体当中）。当金刚石刀头接触到加工表面后，另一端的弹簧被压缩。随着滚光刀压入量的增加，弹簧压缩的距离变长，滚光刀提供的滚压力也随之变大。

在保证刀片加工参数不变的条件下，增加滚光工步，滚光刀所使用切削用量采用推荐最高值，恒线速度150m/min，每转进给量为0.15mm/r。

3．滚光后的效果验证

通过测量不同压入量零件滚光前后的锥面深度尺寸，得到表1所示的数据。

抽取6件零件，热后车削锥面后，取下测量表面粗糙度；重新装夹，用滚光刀加工锥面，再测量表面粗糙度，整理数据得到表2。

由表1可见，滚光前后锥面深度尺寸的变化量范围在0.005～0.015mm之间，并随着压入量的增大而增大。考虑检具的制造公差、锥面深度的尺寸公差以及测量误差，滚光技术应用后，不同压入量对尺寸产生的变化可忽略不计。表2反映了滚光技术对于改善加工面粗糙度的效果。

由于我们所使用的加工参数为推荐的最高值，在长期的验证中发现滚光刀头寿命短，容易磨损。分析现场加工环境及滚光刀的使用情况后，决定通过改变切削液喷射路径、调整滚压力以及改进切削参数来提升滚光刀的使用效果。

改进措施

1．增强润滑效果

切削液能够对滚光效果及金刚石刀头的寿命造成消极的影响。由于滚光刀体较大，影响切削液直接作用于刀头，在机床上专门加装了导管（见图5），使切削液直接喷到滚光加工位置。实践表明,加装导管后滚光刀寿命有所延长。

2．调整滚光刀压力

根据弹簧压紧力及适用零件硬度推荐值，将原装滚光刀中红色弹簧更换为绿色弹簧，固定滚光刀的压入量为0.2mm；并根据实际使用情况将原来的预紧力旋钮拧出至4个螺距。不同颜色弹簧特性如表3所示。

3．优化切削参数

考虑到滚光刀的寿命、加工效率和生产成本三方面的因素，逐渐调低滚光刀的加工参数并适当调高刀片的切削参数，最终将加工参数确定如表4所示。

批量验证及分析

应用以上改善措施后，进行批量加工验证。更换金刚石滚光刀加工面，设定CBN刀片在每个刀尖加工30～45件后更换，测量每刀尖加工的最后一个零件的表面粗糙度值。为了便于比较，再顺序测量一件不加滚光刀只使用CBN刀片的零件表面粗糙度值，两两比较可获得滚光加工对表面粗糙度矫正量的近似值。共加工12JSD160T-1707106付箱减速齿轮890个，测得数据33组，通过Excel绘制滚光效果折线图（见图6）。

图6中横坐标为测量的零件序号，纵坐标为测得的表面粗糙度值，黑色折线为CBN刀片加工时测量的粗糙度值，其特征为表面粗糙度数值相对较高，振动幅度大。灰色折线为经过车削及滚光后测得的表面粗糙度值，其变化规律同黑色折线，但数值小于黑色折线。通过比较可见，增加滚光刀后零件的表面粗糙度值显著降低，且加工状态更为稳定。

用黑色折线上测量点的数值减去灰色折线相邻点测量的数值，得到滚光刀在该点的光整能力，连接33点的数值，得到滚光刀的光整能力趋势图（见图7）。

由图7可知，滚光刀的光整能力随着加工零件数量的增加而逐渐降低。在固化的切削参数下，CBN刀片每个刀尖加工该零件35件，滚光刀每个加工面加工800件左右，可保证表面粗糙度值在0.4um以下。

结语

从实验结果来看，滚光技术应用后能够有效满足锥面粗糙度的产品图样要求，提升了产品质量。虽效率略有下降，但通过提高CBN刀片的可加工数量，未造成生产成本的增加。经过分析，在固化的切削参数下，应用滚光技术后每件零件的刀具成本为2.92元。而仅用CBN刀片加工，每件零件的刀具成本为5.6元。滚光技术的研究还为以后精密零件的加工提供了技术储备，可以完成更高表面质量要求的零件加工。

在试验中，我们也发现了若干问题，例如加入滚光工步后如何提高加工效率，改进切削液质量能否进一步延长金刚石刀头寿命等，这也是我们下一步将要研究和解决的问题。