第8章圆柱齿轮加工工艺与装备

•了解圆柱齿轮加工的工艺流程。•掌握铣齿工艺、插齿工艺和滚齿工艺。•掌握圆柱齿轮加工的装备的用法。•了解剃齿工艺、挤齿工艺、磨齿工艺等。本章学习要求第8章圆柱齿轮加工工艺与装备•8.1圆柱齿轮加工流程综述•8.2铣齿工艺•8.3插齿工艺•8.4滚齿工艺•8.5其他齿轮加工工艺本章大纲8.1圆柱齿轮加工流程综述8.1.1圆柱齿轮简介圆柱齿轮的结构形式8.1.2齿轮的技术要求1.齿轮的精度精度水平齿轮情况精度等级精度水平齿轮情况精度等级特高精度检验用的齿轮，高速齿轮，或者在重载下要求特别安全可靠的齿轮，需用特殊工艺方法制造2～3中等精度用于一般交通运输设备的齿轮和电机工业的速度较低的齿轮。通常用滚、插工艺，或剃齿加工8～9高精度主要用于透平齿轮和航空齿轮，高精度传动链以及某些危险场合下工作的工业齿轮，需用磨齿机加工4～5低精度用于低速动力传动用齿轮。用一般的滚、插工艺制造，也可以在比较旧的机床加工，操作水平要求不高10～11比较高的精度主要用于中等速度的工业齿轮和要求安全可靠地工作的车辆齿轮。一般须用磨齿或剃齿工艺，或者用精度高的滚齿机加工6～7最低精度用于一些不重要的低速齿轮、低硬度的动力齿轮、配件齿轮以及玩具齿轮。一般是铸造齿轮，或者是小尺寸的模锻成形齿轮等122.齿坯的精度齿坯的形状多为盘、套类，技术要求主要是基准孔的尺寸精度和基准端面对基准孔的垂直度要求。齿轮的结构和主要参数轮齿的各组精度项目中，有的是单项公差，有的是综合公差。不同的使用要求规定不同的项目组合：小批量生产时多选用几个单项公差组合，大批量生产时多规定综合公差项目。一般齿轮多为7级精度，精密齿轮则为6～5级精度。热处理要求则多为齿面高频淬火。8.1.3齿轮的材料与毛坯齿轮的材料一般为中碳钢、中碳合金钢或渗碳钢，轻载的齿轮也有用铸铁、工程塑料或夹布胶木等材料。钢材齿轮的毛坯常用锻件，不太重要的齿轮可用棒料，大型齿轮则用铸件。铸钢件的切削性能不好，故在加工前应安排正火处理。8.1.4圆柱齿轮的定位基准和装夹方法为使基准重合和基准统一，齿轮加工时常选内孔和端面作精基准加工外圆和齿轮，用心轴装夹。对整体淬火的齿轮，淬火后孔的精加工常用粗加工后的齿形的分度圆作定位基准，用专用夹具装夹。滚齿心轴夹具以齿面定位加工内孔8.1.5圆柱齿轮加工工艺问题1.精基准的修正齿形表面淬火后，内孔会受到影响而变形：一般孔直径会缩小0.01～0.05mm，而薄壁孔则会略有胀大。因此淬火后应安排精基准修正工序。修正方法有推孔和磨孔，也可用镗孔。推孔是用推刀进行的，用压力机将推刀强行从孔中间推过即可。此法生产率高，一般不必留推孔余量。对精度高或已淬硬的孔，直径大而短的孔则应采用磨孔工艺。磨孔必须留磨孔余量。2.齿轮加工方案（1）8级以下精度的齿轮加工多采用滚（插）齿方案：滚（插）齿→齿端加工→热处理→修正内孔。（2）6～7级精度的齿轮有两个方案剃—珩方案：滚（插）齿→端面加工→剃齿→表面淬火→修正基准→珩齿。磨齿方案：滚（插）齿→端面加工→渗碳淬火→修正基准→磨齿。（3）5级以上精度的齿轮采用的方案：粗滚（插）齿→精（滚）插齿→端面加工→淬火→修正基准→粗磨齿→精磨齿。若工件不需淬火，则把上述各方案中淬火以后的各阶段去掉即可。3.齿坯加工方案齿坯加工方案与生产批量有关：大批量生产时常用钻孔、车端面→拉孔→加工其他表面的方案，加工设备常用多刀半自动车床；中、小批量生产则在普通车床上进行，采用粗车各部→精加工孔→精车各部的加工路线。8.1.6圆柱齿轮的加工工艺过程•齿轮的工艺路线大致可归纳为：毛坯制造和热处理→齿坯加工→齿形加工→齿端加工→齿轮热处理→精基准修正→齿形精加工→终结检验。•齿形加工方法可分为无屑加工和切削加工两类。•无屑加工主要有热扎、冷扎、压铸、注塑和粉末冶金等。•齿形切削加工精度高，应用广，按照加工原理，可分为成形法和展成法。成形法采用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具来进行加工，常用的有指状铣刀铣齿、盘形铣刀铣齿、齿轮拉刀拉齿和成形砂轮磨齿。展成法的原理是使齿轮刀具和齿坯严格保持一对齿轮啮合的运动关系来进行加工，如滚齿、插齿、剃齿和珩齿等。8.1.7圆柱齿轮齿形加工简介双联齿轮8.2铣齿工艺8.2.1铣齿加工综述1.铣齿原理铣齿加工原理2.铣齿加工特点加工直齿圆柱齿轮按成形法加工；加工斜齿圆柱齿轮按无瞬心包络法加工。铣齿加工时铣刀铣完一个齿槽后，分度机构将工件转过一个齿再铣另一个齿槽。铣齿加工的加工精度：9级。铣齿加工的表面粗糙度Ra(μm)：2.5～10。8.2.2成形法铣圆柱齿轮1.成形齿轮铣刀铣齿原理在实际生产中，将齿轮的常用齿数进行分组，当模数m=1～8mm时，每种模数分成8组（即8把刀）；模数m=9～16mm时，每种模数分成15组（即15把刀）。每把铣刀的齿形，是根据该铣刀所加工最小齿数的齿轮齿槽形状设计的，所以，加工该范围内的其他齿数的齿轮时，会有一定的齿形误差。在实际使用时，需要根据被加工齿轮的齿数查表选择铣刀的刀号。成形法铣圆柱齿轮的加工关键是选择铣齿刀。根据加工齿轮对象的类型不同而采用不同的原则。齿轮的铣削加工（视频）2.零件结构工艺性分析的内容（1）成形齿轮铣刀铣斜齿圆柱齿轮原理在万能铣床上用成形齿轮铣刀铣斜齿圆柱齿轮时，不是按成形法原理，而是按无瞬心包络法原理。齿轮齿形表面的形成，是当铣刀相对齿轮作螺旋运动时，铣刀切削刃所形成的回转表面在空间形成的包络面。（2）成形齿轮铣刀刀号的选择方法①一般计算法。zv=z/cos3β②图表法③精确计算法。20mv3=+tancosnDzzββm8.3插齿工艺8.3.1插齿加工综述插齿加工原理插齿加工如同两个齿轮作无间隙的啮合运动，其一是插齿刀，另一个是被加工齿轮。插齿刀是由高速钢等刀具材料制成，在齿轮上刃磨出前角和后角，形成切削刃。插齿时，插齿刀作上下往复的切削运动，同时要求插齿刀和齿坯之间严格保持一对渐开线齿轮啮合关系齿轮的插削加工(视频)插齿原理插齿机原理8.3.2.插削圆柱齿轮在插削直齿轮时，机床和刀具应具有下列运动。（1）切削主运动刀具主轴作快速往复运动以完成切削任务。（2）圆周进给运动插齿刀主轴绕自己的轴线作慢速回转运动，同时与被加工齿轮作无间隙啮合。（3）滚切分度运动工作台的主轴带动齿坯绕自身轴线转动，同时与刀具主轴保持着一对齿轮的啮合关系，以实现展成运动。（4）径向进给运动为了切至全齿深，插齿刀在圆周进给的同时，必须向齿坯作径向进给。（5）让刀运动插齿刀在工作行程时插削齿坯，在返回行程时，应和齿坯脱离接触，以免擦伤已加工齿和刀齿磨损。1.直齿圆柱齿轮的插削2.斜齿圆柱齿轮的插削插削斜齿轮的螺旋导轨副和附加运动在插齿机上需用斜齿插齿刀插削斜齿轮，其加工原理相当于一对轴线平行的斜齿轮啮合。8.3.3认识插齿机1.立式插齿机2.卧式插齿机•卧式插齿机的刀具轴线与工件轴线水平安装，它多用于加工无空刀槽人字齿轮、内人字齿轮以及各种轴齿轮。•此外，在大量的生产中也采用“插齿刀头”的专用插齿机，其工作原理是仿形法。8.3.4认识插齿刀1.插齿刀概述•插齿刀实质上是一个变位齿轮，其不同点是在插齿刀上有前角和后角，以便切削工件。为了获得后角以及刃磨后不影响齿形，所以把它设计成连续变位直齿（或斜齿）齿形的形式。•标准插齿刀的顶刃前角为5°，顶刃后角为6°，侧刃后角约为2°。盘形直齿插齿刀锥柄直齿插齿刀2.插齿刀精度等级插齿刀形式直齿插齿刀（GB6081—85）盘形（Ⅰ型）碗形（Ⅱ型）锥形（Ⅲ型）插齿刀精度AA、A、BAA、A、BA、B被切齿轮精度6、7、86、7、87、8插齿刀精度等级及其相应的齿轮加工精度3.插齿刀的磨损•插齿刀用钝后，需要刃磨刀面。刀齿磨损情况如图8-15所示。粗切时，磨损量VB不得超过1mm；•精切时，VB不得超过0.4mm。插齿刀的磨损见书中表8-7所示。8.3.5认识插齿机夹具8.3.6插齿工艺设计1.切削用量及其选择（1）插齿刀行程长度（2）插削（走刀）次数（3）圆周进给量（4）径向进给量（5）切削速度（6）插齿机往复运动行程数2.插削直齿圆柱齿轮的调整（1）插齿刀的安装调整。插齿刀的安装与夹紧插齿刀安装后的检查（2）夹具，心轴及工件的安装调整。首先应将心轴或夹具擦净，安装于机床工作台上，如图8-20所示，然后用千分表检验。心轴的安装与检验（3）插齿刀相对于齿坯的安装。安装插齿刀时，应使插齿刀齿顶与齿坯接触，这样保证切入齿坯深度的确定性。插齿刀相对齿坯的安装（4）插齿刀往复行程调整。插齿刀每分钟的往复行程与插齿刀行程长度L和切削速度v有关。插齿刀往复行程数为：（5）机床交换齿轮的调整。见书中表8-13。01000=dstr/min2vnLg8.4滚齿工艺8.4.1滚齿加工综述滚齿加工原理滚齿加工原理相当于交错轴斜齿轮副的啮合过程。滚齿加工过程中，滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮和被切齿轮作空间啮合。滚刀头数即相当于斜齿轮的齿数。1.滚齿原理2.滚齿加工过程分析滚齿加工滚齿加工的加工精度为：6～9级。滚齿加工的表面粗糙度Ra(μm)：1.25～5。3.滚齿加工特点8.4.2认识滚齿机滚齿机是加工圆柱齿轮，蜗轮等零件的主要工艺设备。加工齿轮的直径在200mm以下属于仪表滚齿机，直径200～2000mm为中型滚齿机，直径2000mm以上为大型滚齿机。1.滚齿机型号和参数滚齿机的精度主要是指几何精度和传动精度。由于机床存在几何精度和传动精度，因此将影响滚齿机的工作精度。2.滚齿机的工作精度8.4.3认识滚刀齿轮滚刀按结构可分为整体滚刀和镶片滚刀；按模数大小可分为小模数滚刀、中模数滚刀和大模数滚刀；按加工用途可分为初加工滚刀和精加工滚刀；按滚刀基本蜗杆齿形可分为阿基米德滚刀和法向直廓滚刀。1.滚刀概述（1）整体齿轮滚刀，可以分为刀体与刀齿两大部分。2.滚刀结构整体齿轮滚刀（2）镶片齿轮滚刀。大模数和中模数滚刀可作成镶片结构。镶片滚齿滚刀齿轮滚刀精度等级3.滚刀精度等级齿轮滚刀精度等级被加工齿轮精度（JB179—83）AAA6AA7A8B9C10（1）滚刀的磨损滚齿时若发现齿面粗糙度参数值增大，有光斑，出现毛刺或声音不正常，应及时刃磨滚刀。4.滚刀的磨损和耐用度滚刀刀齿的磨损（2）滚刀耐用度滚刀在两次磨刀之间的滚切时间叫做滚刀耐用度，它与被加工材料和切削用量有关。滚刀耐用度推荐表模数（mm）≤45～67～810～12≥16耐用度（min）240360480720900滚齿夹具是滚齿加工中的重要部件，对被加工零件起直接固定的作用。滚齿加工中夹具的设计一般应满足以下几点。（1）定位基准要精确可靠，心轴与齿坯孔配合间隙要适宜。（2）齿坯轴心线应与工作台的旋转轴线重合。（3）工作台的旋转轴线应与支撑面垂直。（4）齿坯的支撑面与切削力着力点之间的距离为最小，过渡法兰盘的直径应略小于齿轮根圆直径。（5）要有足够的刚性和夹紧力。（6）结构简单，便于制造，并能保证安装时易于校正和更换。8.4.4认识滚齿夹具8.5其他齿轮加工工艺8.5.1剃齿加工简介1.剃齿加工原理及特点•剃齿加工属于齿轮精加工方法，可以提高被加工齿轮的精度和降低齿面粗糙度。•剃齿相当于一对交错轴圆柱齿轮啮合过程。剃齿刀和被剃工件自由转动。剃齿刀切削刃利用交错轴齿轮啮合时，齿面间的相对滑动剃掉被加工齿面上的余量剃齿刀及剃齿加工示意图2.剃齿刀简介•根据剃齿刀的不同用途可分为小模数剃齿刀和中模数剃齿刀。模数在0.2～1.5mm的盘形剃齿刀模数在2～8mm的盘形剃齿刀8.5.2挤齿加工简介1.挤齿加工的原理及特点•经过滚齿或插齿加工后的齿轮，用挤齿和被加工的齿轮在一定压力下进行对滚，使齿面表层金属产生塑性变形，以改善齿面粗糙度和齿面精度。•挤齿加工精度：6～7级。•被加工表面粗糙度Ra(μm)：0.04～0.32。挤齿加工示意图8.5.2挤齿加工简介1.挤齿加工的原理及特点•经过滚齿或插齿加工后的齿轮，用挤齿和被加工的齿轮在一定压力下进行对滚，使齿面表层金属产生塑性变形，以改善齿面粗糙度和齿面精度。•挤齿加工精度：6～7级。•被加工表面粗