齿面与齿轮加工.docx

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齿面与齿轮加工

一、引入

1、简述M1432A型万能外圆磨床的传动系统。

2、M1432A型万能外圆磨床的主要部件有何结构特点？

二、讲授新课

第八章齿面与齿轮加工

齿轮是机械传动中的重要零件，应用广泛，齿轮加工在机械制造业中占有重要的地位。

第一节概述

齿轮加工的主要方法有无屑加工和切削加工两大类。

1、无屑加工：

热轧、冷轧、压铸、注塑、粉末冶金等。

具有生产率高，材料消耗小，成本低，但加工精度不高。

2、切削加工：

成形法（仿形法）、展成法（又称范成法）。

通过切削和磨削加工而成，具有加工精度高，但生产周期长、成本高，高精度齿轮还需专用齿轮加工机床。

⑴成形法：

利用与被加工齿轮齿槽法面截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工出齿面。

一般用普通铣床加工，工件安装在分度头上，斜齿圆柱齿轮用万能铣床加工。

齿轮加工刀具有盘形齿轮铣刀（一般齿轮加工）和指形齿轮铣刀（大规模齿轮，特别是人字齿轮加工）。

实际生产中将同一模数的齿轮铣刀按其所加工的齿数通常分为8组（精确的是15组）（表8-1）每一刀号的铣刀刀齿开头按加工齿数范围中最小齿数设计，因此，在加工范围内其它齿数齿轮时，会有齿形误差产生，是近似加工法。

成形法铣齿一般用于单件小批量生产，加工精度为9～12级，表面粗糙度值为Ra6.3～3.2μm的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。

⑵展成法：

刀具与工件（齿坯）模拟一对齿轮作啮合运动来完成切削加工。

刀具制作精确，一把刀具能加工同一模数的齿数产同的齿轮。

加工时能连续分度，生产率较高，但需在专用的齿轮加工机床上做，机床调整、刀具的制造和刀磨都比较复杂，一般用于成批和大量生产。

加工精度为6级，表面粗糙度值勤为Ra3.2～1.6μm。

第二节滚齿

一、滚齿原理

刀具与工件模拟一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动。

齿轮滚刀本质上是一个圆柱斜齿轮，其螺旋角很大（近似于90°）齿数很少（一个或几个），可视为一蜗杆（滚刀的基本蜗杆）。

用刀具材料来制造这蜗杆，并使它形成必要的几何角度和切削刃，就构成一把齿轮滚刀。

滚齿过程，复合成形运动B11和B12组成和简单成形运动A2。

B11与B12之间应有严格的速比关系，滚刀的回转（B11）为主运动，n0；工件的回转（B12）为圆周进给运动，nw；滚刀的直线运动（A1）为垂直进给运动，f。

1、加工直齿圆柱齿轮的传动原理

必须具备以下两个运动：

形成渐开线齿廓的展成运动和形成直线齿形（导线）的运动。

⑴展成运动传动链

刀具旋转、工件旋转。

刀具-4-5-ux-6-7-工作台。

⑵主运动传运链

电动机-1-2-uv-3-4-滚刀。

⑶垂直进给运动传动链

刀架沿立柱导轨移动。

工作台-7-8-uf-9-10-立柱螺杆。

2、加工斜齿圆柱齿轮的传动原理

基本同直齿圆柱齿轮一致。

斜齿不同于直齿的是齿形线是一条螺旋线。

因此，当滚刀在沿工件轴线移动时，要求工件在展成运动B12的基础上再产生一个附加运动B22，以形成螺旋齿的形成。

刀架-12-13-uy-14-15-合成机构-6-7-ux-8-9-工作台。

为使B12和B22两个运动同时传给工件又不发生干涉，需要在传动系统中配置运动合成机构，将这两个运动合成之后，再传给工件。

3、滚刀的安装

应使滚刀的螺旋方向与被加工齿轮的齿形线方向一致。

直齿圆柱齿轮：

滚刀安装角δ=滚刀螺旋升角γ。

斜齿圆柱齿轮：

滚刀与被加工齿轮的螺旋方向相同，滚刀安装角δ=螺旋角β-滚刀螺旋升角γ；当方向相反，滚刀安装角δ=螺旋角β+滚刀螺旋升角γ。

4、滚刀的结构及基本尺寸

结构分整体式、镶片式和可转位式等类型。

基本尺寸：

外径d、孔径D、长度L及容屑槽数Z。

按精密程度分为AAA、AA、A、B、C级（表8-2）。

三、新课小结

本节主要是使学生了解齿轮的两大类加工方法，特别是切削齿轮的加工方法；掌握滚齿原理和滚刀的安装方法；掌握滚刀的结构及基本尺寸的选择。

四、布置作业

1、齿轮加工的主要方法，各自特点。

一、引入

1、齿轮加工的主要方法，各自特点。

二、讲授新课

第二节滚齿

二、Y3150E型滚齿机传动系统及调整计算

中型通用滚齿机，主要用于直齿和斜齿圆柱齿轮加工，也可用径向切入法加工蜗轮。

加工工件最大直径为Φ500mm，最大模数8mm。

如图8-9所示。

外形：

床身、立柱、刀架溜板（安装于立柱导轨上，可上下移动）、刀架体、刀杆（安装滚刀）、心轴（安装齿坯）、支架、后立柱、工作台、床鞍。

主要运动是主运动传动链，垂直进给运动和附加运动传动链。

另有空行程快速传动链。

如图8-10所示。

1、主运动传动链

两端：

电动机—滚刀主轴Ⅶ

位移：

电动机n电（r/min）—滚刀主轴n刀（r/min）

n刀=

uⅡ—Ⅲ

×

uv=uⅡ—Ⅲ

=

式中：

uⅡ—Ⅲ有三种变速。

主运动变速挂轮齿数比有三种。

滚刀转速确定后，就可算出uv，由此定uⅡ—Ⅲ啮合位置和挂轮的齿数。

2、展成运动传动链

两端：

滚刀主轴—工作台

位移：

滚刀主轴转1周，工件转K/Z周

挂轮E/F用于工作齿数Z在较大范围内变化时，对ux的数值起调节作用，使其数值适中，以便于选取挂轮。

根据Z/K值，E/F有三种选择：

5≤Z/K≤20→E=48，F=24

21≤Z/K≤142→E=36，F=36

143≤Z/K→E=24，F=48

3、垂直进给运动链

两端：

工作台—刀架

位移：

工作台转1周，刀架进给f

uⅩⅦ—ⅩⅧ×

π=f

ui=

uⅩⅦ—ⅩⅧ=

uⅩⅦ—ⅩⅧ:

ⅩⅦ—ⅩⅧ之间三种转速,

。

三、蜗轮加工概述

1、蜗轮滚刀的应用和特点

与齿轮滚刀基本相同，区别在于蜗轮滚刀的基本蜗杆必须和与蜗轮相啮合的蜗杆相同。

蜗轮滚刀是一种专用工具，每加工一种蜗轮，就要设计一种专用滚刀。

2、蜗轮滚刀的进给方式

因在蜗轮的轴平面内，轮齿的底部呈圆弧形，而滚刀的轴线就在圆弧中心，所以滚刀不能沿蜗轮轴向进给，而只能作径向或切向进给，以逐渐切出蜗轮牙齿的形状。

有径向（图8-11a）、切向进给两种（图8-11b）。

四、滚齿加工的特点及应用

1、适应性好；

2、生产效率高；

3、加工齿轮的齿距偏差小；

4、一般用滚齿加工的齿廓表面粗糙度与插齿大；

5、用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，不能加工内齿轮和多联齿轮。

五、滚齿加工的发展前景

1、高速滚齿

一般Vs=25～50m/min。

高速：

德国200～1500r/min,日本400～1600;Y3150E44～250r/min

2、硬齿面加工

用滚齿代替粗磨齿加工。

3、数控滚齿技术

80年代开始，应用于实际生产。

三、新课小结

本节主要是使学生了解Y3150E型滚齿机的结构；掌握Y3150E滚齿机的传动系统的调整计算方法；了解蜗轮的加工方法；了解滚齿加工的特点及发展前景。

四、布置作业

1、简述滚齿加工的特点及应用。

一、引入

1、简述滚齿加工的特点及应用。

二、讲授新课

第三节插齿

插齿加工是一种应用非常广泛的展成法加工齿轮的方法，能一次完成齿槽的粗和半精加工，精度为8～7级，Ra1.6μm

一、插齿原理

加工过程是模拟一对直齿圆柱齿轮的啮合过程。

插齿刀所模拟的那个齿轮称为产形齿轮。

产形齿轮用刀具材料制造，并具备必要的切削参数，成为刀具（插齿刀）。

刀具沿工件轴向作高速往复直线运动，形成切削加工主运动，同时还与工件作无间隙的啮合运动，从而在工件上加工出全部轮齿齿廓。

插齿加工时，机床必须具备以下运动：

⑴主运动

插齿刀作上、下往复运动，向下为切削运动，向上为返回的退刀运动。

往复数

⑵展成运动

刀具和工件二者的运动组成一个复合运动，即刀具转过一个齿，工件应准确地转过一个齿，即

⑶经向进给运动

刀具沿经向逐渐切至工件的全齿深。

⑷圆周进给运动

插齿刀每往复行程一次，同时回转一个角度。

⑸让刀运动

回程时，刀具与工件让开一段距离，向下切削时，刀具恢复到原位。

二、插齿刀

1、插齿刀的类型

名称

定位方式

规格

加工模数

用途

盘形

插齿刀

内孔

支承端面

75，100，160，200

1～12

加工直齿外齿轮及大直径内齿轮

碗形直齿插齿刀

内孔

50，75，100，125

1～8

加工多联齿轮和带凸肩的齿轮

锥柄

插齿刀

锥柄

25，38

1～3.75

加工内齿轮

一般制成AA、A、B三种精度，分别对应加工6、7、8级齿轮。

2、插齿刀的结构

每个刀齿上有一条呈圆弧形的顶切削刀，两条呈渐开线的侧切削刃，一个呈平面或呈圆锥面的前面及两个呈左、右旋转开螺旋面的侧后面。

3、插齿刀的齿形误差

易产生齿轮顶厚度增大和齿根厚度减小

三、插齿的工艺特点与应用

与滚齿相比，插齿有以下工艺特点：

⑴齿形精度比滚齿高

⑵齿面的表面粗糙度值小

⑶运动精度低于滚齿

⑷齿向偏差（轴向偏差）比滚齿大。

⑸插齿的生产率比滚齿低

⑹适合加工内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿轮而滚齿则无法加工。

应用高速插齿机（南京Ys5120，N0=1250；天津Yzx5125，N0=1350）硬齿面加工（HRC45-64的齿轮加工）等新技术。

三、新课小结

本节主要是使学生掌握插齿原理；了解插齿刀的类型和结构；了解插齿的工艺特点与应用。

四、布置作业

1、简述插齿的工艺特点与应用。

一、引入

1、简述插齿的工艺特点与应用。

二、讲授新课

第四节齿面精加工

对于6级精度以上的齿轮或者淬火后的硬齿面加工，往往要在滚齿或插齿后进行热处理，再进行齿面的精加工。

常用有剃齿、珩齿、磨齿等。

一、剃齿

常用于未淬火圆柱齿轮的精加工。

生产效率很高，是软齿面精加工最常见的加工方法。

1、剃齿原理

剃齿是由剃齿刀带动工件自由转动并模拟一对螺旋齿轮作双面无侧隙啮合的过程。

剃齿刀与工件的轴线交错成一定角度，轴交角∑=β1±β0，其中β1和β0分别为被剃齿轮和剃齿刀的螺旋角，二者螺旋方向相同，取“+”；相反取“-”。

剃直齿圆柱齿轮β1=0

剃齿应具备运动，如图8-22a所示：

2剃齿刀的正反旋转运动；

⑵工件沿轴向的往复运动；

⑶工件每往复运动一次后的经向进给运动。

2、剃齿的工艺特点及应用

⑴剃齿加工效率高。

3剃齿加工对齿轮的切向误差的修正能力差。

4剃齿加工可修正齿形误差和基节误差。

新技术：

CBN镀层剃齿刀，CNC机床，刀具高速。

二、珩齿

1、珩齿原理

珩齿是一种用于加工淬硬齿面的齿轮精加工方法。

工作方式与剃齿相同，如图8-24所示，只是刀具由金刚砂磨料加入环氧树脂等浇铸成热压而成的塑料齿轮。

珩磨余量一般不超过0.025mm。

2、珩磨的特点

⑴加工过程为低速磨削，研磨和抛光的综合作用过程，表面质量好。

⑵修正误差的能力较差。

⑶容易获得高精度的造形。

⑷生产率高。

3、珩齿的应用

用来减小齿轮热处理后表面粗糙度值，可从Ra1.60μm减到Ra0.40μm以下。

4、新技术

⑴多轴联动，高速CNC机床。

⑵蜗杆状珩轮采用CBN涂层。

三、磨齿

采用滚成法磨削齿面。

加工精度最可达3-4级，效率较低。

1、磨齿原理

如图8-25所示，用碟形砂轮的工作棱边形成假想齿条的两齿侧面。

砂轮高速旋轮为主运动，工件按啮合原理作展成运动。

目前，批量生产中采用蜗杆砂轮，工作原理同滚齿加工，砂轮相当于滚刀。

2、磨齿加工特点及应用

加工精度高，可达IT6～4级，Ra0.8-0.2μm；修正误差能力强；可加工表面硬度很高的齿轮；加工效率低。

主要用于加工精度要求很高的齿轮。

三、新课小结

本节主要是使学生掌握剃磨、珩磨、磨齿等各种齿轮精加工方法的原理和特点。

四、布置作业

1、试述目前齿面精加工有几种方法？

各有什么特点及应用场合？

一、引入

1、试述目前齿面精加工有几种方法？

各有什么特点及应用场合？

二、讲授新课

第五节齿轮加工精度分析

一、对齿轮传动的要求

齿轮的加工质量和安装精度直接影响该传动装置的工作性能。

对齿轮传动有以下要求：

⑴传动的准确性。

⑵工作的平稳性。

⑶载荷分布的均匀性。

⑷齿侧间隙。

二、齿轮加工误差分析

1、影响齿轮传动准确性的因素

主要是轮齿位置不准确，即轮齿分布不均匀。

主要原因：

一是几何偏心：

机床、夹具和齿坯制造误差以及相互间的安装误差，造成几何偏心，如图8-29所示；

二是累积误差：

机床工作台的不等速旋转，使被加工齿轮的轮齿沿切向方向发生变化，造成齿距累积误差，如图8-33所示。

2、影响齿轮传动平稳性的因素

一是齿形误差；

二是基节误差。

3、齿轮接触精度分析

接触精度不仅取决于单个齿轮的制造精度，而且还与齿轮副的装配精度有关。

影响因素：

一是齿形误差；

二是齿向误差，如图8-35所示；

三是工件的安装误差，如图8-36所示。

三、新课小结

本节主要是使学生了解对齿轮传动的要求；掌握齿轮加工误差分析的方法。

四、布置作业

无

一、引入

1、试述目前齿面精加工有几种方法？

各有什么特点及应用场合？

二、讲授新课

第六节圆柱齿轮加工工艺

一、圆柱齿轮加工工艺过程的内容及要求

加工工艺过程一般包括以下内容：

齿轮毛坯加工、齿面加工、

热处理工艺、齿面精加工。

在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量及生产环境的不同，而采取各种不同的工艺方案。

如图8-37所示齿轮加工：

齿轮加工工艺过程大致可分为：

齿轮毛坯的形成→粗加工→半精加工→热处理→精加工。

二、齿轮加工工艺过程分析

1、基准的选择（加工基准）

带轴齿轮用中心孔；空心轴齿轮用内孔面；带孔齿轮用内孔，端具或外圆，端面来对齿轮中工时进行工件定位。

为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足：

⑴应选择基准重合，统一的定位方式；

⑵内孔定位时，配合间隙应尽可能减小；

⑶定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，保证垂直度。

2、齿轮毛坯的加工

毛坯加工在齿轮加工过程中占有很重要的地位，因为齿面加工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，所以必须重视齿轮毛坯的加工。

由于检测要求的不同，应注意以下三个问题：

⑴当以齿顶圆（外圆）作为测量基准时，应严格控制齿顶圆尺寸精度；

⑵保证定位端面和定位孔或外圆相互间的垂直度；

⑶提高齿轮内孔的制造精度，减小与夹具心轴的配合间隙。

3、齿面及齿端加工

齿面加工是齿轮加工的关键，表8-4

常用加工方法有：

⑴8级精度以下的齿轮：

软齿面的齿轮（调质处理→滚齿或插齿）；淬硬齿轮（滚齿或插齿→齿端加工→淬火→校正孔）。

⑵6～7级精度的齿轮：

淬硬齿轮（滚（插）齿→齿端加工→剃齿→表面淬火→校正基准→珩齿）；适于批量生产。

⑶5级以上精度的齿轮：

淬硬齿轮（粗滚齿→精滚齿→齿端加工→淬火→校正基准→粗磨齿→精磨齿）；适于少量生产。

齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方法，必须在淬火之前加工。

一般安排在滚（插）齿后，剃齿之前。

4、齿轮加工过程中的热处理要求

在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。

⑴毛坯热处理：

正火或调质；消除残余应力，改善加工性能。

⑵齿面热处理：

齿面高频淬火，渗碳淬火，碳氮共渗和渗氮；提高齿面硬度，增加齿轮的承载能力和耐磨性。

三、新课小结

本节主要是使学生掌握圆柱齿轮加工工艺过程的内容及要求；了解齿轮加工加工工艺过程的分析方法；了解齿轮加工过程中的热处理要求。

四、布置作业

1、简述齿轮加工中基准的选择和定位的要求。