第5章 齿轮类零件加工工艺编制及实施

机械制造工艺第5章齿轮类零件加工工艺编制及实施南通职业大学机械工程系机制教研室圆柱齿轮零件概述。齿形加工方法。齿轮加工设备。齿轮加工刀具。齿轮检验。圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析。本章要点技能目标具有圆柱齿轮零件工艺性分析能力。掌握圆柱齿轮零件毛坯的选择方法。具有编制简单圆柱齿轮机械加工工艺过程卡的能力。具有编制简单圆柱齿轮零件机械加工工序卡的能力。初步具备较复杂圆柱齿轮零件的工艺路线编写能力。5.1工作场景导入如图5-1所示为8E160C-J主动齿轮零件图,现为中小批量生产。任务要求：编制主动齿轮的机械加工工艺过程卡、机械加工工序卡。图5.18E160C-J主动齿轮零件图5.2概述5.2.1圆柱齿轮的功用和结构特点图5.2圆柱齿轮的结构形式传动的准确性。要求齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过一定的限度。工作平稳性。要求齿轮传动平稳，无冲击、振动和噪声小，这就需要限制齿轮在转过一个齿形角的转角误差。载荷均匀性。要求齿轮工作时，齿面接触要均匀。齿侧间隙。其作用是储存润滑油，使齿面工作时减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的齿侧间隙减小，防止卡死。5.2.2齿轮传动的精度要求材料：中碳结构钢、中碳合金结构钢、渗碳钢(如45钢、40Cr、20C等)；铸铁及其他非金属材料。毛坯：对于钢质齿轮，可采用扎制棒料、锻造毛坯（自由锻造、模锻）、铸钢毛坯。铸钢齿轮加工前应先经过正火处理，消除内应力和硬度的不均匀性，以改善加工性能。5.2.3常用齿轮的材料和毛坯齿轮加工的关键是齿形加工。按照加工原理，齿形加工可以分为成形法和展成法。1.成形法5.3齿形加工方法直齿圆柱齿轮的成形铣削1.成形法常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。后者适用于加工大模数的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。成形法一般用于单件小批量生产中，加工精度为9～12级，齿面粗糙度Ra为6.3～3.2µm的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。5.3齿形加工方法盘形齿轮铣刀刀号刀号12345678加工齿数范围12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上2.展成法展成法是利用一对齿轮啮合或齿轮与齿条啮合原理，使其中一个作为刀具，在啮合过程中加工齿面的方法，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。5.3齿形加工方法1、插齿的运动插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形。5.3.1插齿插齿的运动2.插齿的加工循环开动插齿机后，插齿刀作上、下切削运动，同时以n0转动。工件以nω转动，刀具还可以向工件作径向进给运动，当切至全齿深时，径向进给自动停止，而刀具、工件继续转动。当工件再转动一周时，则切完所有齿的全部齿形，工件自动退出并停车，完成插削一个齿形的工作循环。5.3.1插齿1.滚齿的运动5.3.2滚齿滚齿运动1.滚齿的运动滚切直齿圆柱齿轮时，为了使滚刀螺旋线的方向与被切齿轮的齿向一致，也就是使滚刀螺旋线法向齿距，与齿轮分度圆上的齿距相等，故滚刀必须扳转一个角(滚刀螺旋线升角)。如使用右旋滚刀，被切齿轮转向为逆时针方向；若用左旋滚刀，则被切齿轮转向为顺时针方向。5.3.2滚齿mm2.滚切斜齿圆柱齿轮5.3.2滚齿滚切直齿、斜齿圆柱齿轮滚刀刀架的调整3.滚切蜗轮5.3.2滚齿滚切蜗轮的运动1、剃齿剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合的原理在剃齿机上进行的。剃齿一般可达到6～7级精度，齿面表面粗糙度Ra为0.8～0.4µm，剃齿的生产率高，在成批生产中主要用于滚(或插)齿预加工后，淬火前的精加工。5.3.3齿形的精加工盘形剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，每个齿的齿侧沿渐开线方向开槽以形成刀刃。加工时工件装在工作台上的顶尖间，由装在机床主轴上的剃齿刀带动工件自由转动。5.3.3齿形的精加工剃齿刀剃齿刀刀齿2.珩齿珩齿原理和运动与剃齿相同，主要区别就是刀具不同，以及珩磨轮的转速比剃齿刀高。珩齿主要用来切除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。其加工精度取决于前工序的加工精度和热处理的变形量。一般能加工6～7级精度齿轮，轮齿表面粗糙度Ra0.8～0.4µm。珩齿的生产率高，在大批量生产中得到广泛的应用。5.3.3齿形的精加工3.磨齿磨齿是目前齿形精加工中加工精度最高的方法，对磨齿前的加工误差及热处理变形有较强的修正能力。加工精度可达3～6级，轮齿表面粗糙度Ra0.8～0.2µm。但加工成本高，生产率较低，多用于齿形淬硬后的光整加工。5.3.3齿形的精加工5.3.3齿形的精加工展成磨齿方法5.3.4齿形加工方法选择常用的齿形加工方法加工方法加工原理加工质量生产率设备应用范围精度等级齿面粗糙度Ra/µm铣齿成形法96.3～3.2较插齿、滚齿低普通铣床单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮拉齿成形法71.6～0.4高拉床大批量生产7级精度的内齿轮，因外齿轮拉刀制造甚为复杂，故少用插齿展成法8～73.2～1.6一般较滚齿低插齿机单件成批生产中，加工中等质量的内外圆柱齿轮、多联齿轮滚齿展成法8～73.2～1.6较高滚齿机单件和成批生产中，加工中等质量的外圆柱齿轮、蜗轮剃齿展成法7～60.8～0.4高剃齿机精加工未淬火的圆柱齿轮珩齿展成法7～60.8～0.4很高珩齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮，适用于成批和大量生产磨齿成形法展成法6～30.8～0.2成形法高于展成法磨齿机精加工已淬火的圆柱齿轮齿轮加工设备是加工齿轮齿面的机床。齿轮加工机床按加工对象的不同，分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机、车齿机等；锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮的铣齿机；用于精加工齿轮齿面的有研齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机等。5.4齿轮加工设备1.滚齿原理滚齿加工是根据展成法原理加工齿轮的。滚齿的过程相当于一对交错螺旋齿轮副啮合滚动的过程。5.4.1滚齿机滚齿原理1—滚刀；2—工件2.滚切直齿圆柱齿轮5.4.1滚齿机滚切直齿圆柱齿轮的传动原理3.滚切斜齿圆柱齿轮5.4.1滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图4、Y3150E型滚齿机Y3150E型滚齿机为中型滚齿机，能加工直齿、斜齿圆柱齿轮。5.4.1滚齿机Y3150E型滚齿机1—床身；2—立柱；3—刀架溜板；4—刀杆；5—刀架体；6—支架；7—心轴；8—后立柱；9—工作台；10—床鞍5.4.1滚齿机Y3150E型滚齿机传动系统插齿机也是一种常见的齿轮加工机床，主要用于加工直齿圆柱齿轮，增加特殊的附件后也可以加工斜齿圆柱齿轮。对滚齿机无法加工的内齿轮和多联齿轮，使用插齿机加工尤为适宜。插齿的原理相当于一对圆柱齿轮相啮合，其中一个假想的齿轮是工件，另一个齿轮转化为磨有前角、后角而形成切削刃的刀具——插齿刀。5.4.2插齿机5.4.2插齿机插齿原理及所需运动磨齿机加工齿轮齿面的方式是用砂轮磨削，主要用于加工已淬硬的齿轮，但对模数较小的某些齿轮，可以直接在齿坯上磨出轮齿。磨齿机的加工精度可达6级以上，属于精加工机床。按齿形的形成原理，磨齿也分为成形法及展成法两种。5.4.3磨齿机1.成形法磨齿5.4.3磨齿机成形法磨齿2.展成法磨齿5.4.3磨齿机成形法磨齿1.齿轮刀具的类型齿轮刀具是用于切削齿轮齿形的刀具。成形法齿轮刀具。这类刀具切削刃的廓形与被切齿轮齿槽的廓形相同或相似，通常适用于加工直齿槽工件，如直齿圆柱齿轮、斜齿齿条等。展成法齿轮刀具。这类刀具是利用齿轮的啮合原理来加工齿轮的。常用的展成法齿轮刀具有滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等。5.5齿轮加工刀具5.5齿轮加工刀具成形齿轮铣刀2.插齿刀插齿刀可以加工直齿轮、斜齿轮、内齿轮、塔形齿轮、人字齿轮和齿条等，是一种应用很广泛的齿轮刀具。5.5齿轮加工刀具插齿刀的基本工作原理标准插齿刀的选用标准直齿插齿刀按其结构分为盘形、碗形和锥柄形3种，它们的主要规格与应用范围如表所示。插齿刀精度分为AA、A、B这3级，分别用来加工6～8级精度的齿轮。5.5齿轮加工刀具序号类型简图应用范围规格或莫氏锥度1盘形直齿插齿刀加工普通直齿外齿轮和大直径内齿轮751～431.7431001～61254～81606～1088.902008～12101.602碗形直齿插齿刀加工塔形、双联直齿轮501～3.520751～431.7431001～81254～85.5齿轮加工刀具3.齿轮滚刀齿轮滚刀是加工直齿和螺旋齿圆柱齿轮时常用的一种刀具。它的加工范围很广泛，模数从0.1～40mm的齿轮，均可使用滚刀加工。同一把齿轮滚刀可以加工模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。5.5齿轮加工刀具5.5齿轮加工刀具3.齿轮滚刀齿轮滚刀的工作原理3、齿轮滚刀5.5齿轮加工刀具齿轮滚刀的基本蜗杆与刀刃位置1—基本蜗杆表面；2—侧铲螺旋面(侧刃后面)；3—齿轮滚刀刃；4—前面；5—铲制顶刃后面；6—齿轮滚刀每次重磨后的位置齿轮滚刀的选用用于加工基准压力角为20°的渐开线齿轮的齿轮滚刀已经标准化了，均为阿基米德整体式滚刀，模数=l～10mm，单头，右旋，0°前角和直槽。表中I型用于AAA级齿轮滚刀，适用于加工6级精度的齿轮；Ⅱ型用于AA、A、B、C级齿轮滚刀，分别适用于加工7～10级精度的齿轮。5.5齿轮加工刀具选用齿轮滚刀时，应注意以下几点。(1)齿轮滚刀的基本参数，应按被切齿轮的相同参数选取。齿轮滚刀的参数标注在其端面上。(2)齿轮滚刀的精度等级，应按被切齿轮的精度要求。(3)齿轮滚刀的旋向，应尽可能与被切齿轮的旋向相同。滚切直齿轮，一般用右旋滚刀；滚切左旋齿轮，最好选用左旋滚刀。5.5齿轮加工刀具1、齿轮零件的检验项目齿轮检验按其目的可分为验收检验和工艺检验。验收检验时可选用与齿轮使用条件相近的齿轮单面啮合综合检验，或选用表5-5所示的公差组中的公差，根据需要组合进行检验，以便按齿轮精度要求全面地评定齿轮加工质量，确定其是否合格。工艺检验时可采用齿形误差、基节偏差、公法线长度变动和齿圈径向跳动等单项检验项目，以分析该工序的加工误差，评定机床—刀具—工件系统的精度。齿轮侧隙用齿厚偏差与公法线平均长度偏差等指标来评定。5.6齿轮零件的检验5.6.1齿轮零件的检验项目齿轮检验按其目的可分为验收检验和工艺检验。验收检验时可选用与齿轮使用条件相近的齿轮单面啮合综合检验，或选用表5-5所示的公差组中的公差，根据需要组合进行检验，以便按齿轮精度要求全面地评定齿轮加工质量，确定其是否合格。5.6齿轮类零件的检验5.6齿轮类零件的检验渐开线圆柱齿轮(GB/T10095)检验要求如下。(1)必检项目。单个齿距极限偏差、齿距累积总公差、齿廓总公差、螺旋线总公差、径向综合偏差、径向跳动。(2)非必检项目。切向综合偏差、齿廓形状偏差、齿廓倾斜偏差、螺旋线形状偏差、螺旋线倾斜偏差。(3)除另有规定外，均在接近齿高中部的位置测量。(4)当测量切向综合偏差时，产品齿轮在适当的中心距下(有一定的侧隙)与测量齿轮单面啮合，同时要加上一轻微而足够的载荷。5.6齿轮类零件的检验5.6.2圆柱齿轮的检验方法1.切向综合误差和切向一齿综合误差iFiF齿轮单面啮合检查仪工作原理1—直流微电机及减速器；2—测量蜗杆；3—被测齿轮；4—低频光栅头；5—高频光栅头；6—相位计2.齿距累积误差和齿距偏差5.6.2圆柱齿轮的检验方法齿距仪用测角仪测量齿距累积误差1—显微镜；2—分度盘；3—千分表杠杆3.径向跳动公差5.6.2圆柱齿轮的检验方法齿圈径向跳动的检验4.径向综合误差和径向一齿综合误差5.6.2圆柱齿轮的检验方法齿轮双面啮合检验仪5.公法线长度变动5.6.2圆柱齿轮的检验方法公法线千分表卡规6.基圆偏差5.6.2圆柱齿轮的检验方法点接触式基圆仪切线式基圆仪7.齿廓形状公差5.6.2圆柱齿轮的检验方法单盘式渐开线检查仪1—被检验齿轮；2—基圆盘；3—直尺8.螺旋线总公差直齿圆柱齿轮一般可用滚柱嵌在两齿间进行检验。斜齿齿轮的齿向误差可用齿向检查仪来检验。5.6.2圆柱齿轮的检验方法加工如图所示的某圆柱齿轮。生产类型：小批生产，材料牌号：4