机械工艺夹具毕业设计76齿轮的设计及加工工艺
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机械工艺夹具毕业设计76齿轮的设计及加工工艺,机械毕业设计论文
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I 概 述 齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前 400-200 年的手工制作阶段， 18 世纪后的机械仿形阶段， 19世纪后的机械范成加工阶段以及 20 世纪 80年代至今的数控技术加工阶段。 齿轮现在在国内绝大部分仍采用普通机床加工，精度难以提高。据有关资料显示，到 1995 年底，我国拥有齿轮机床 79485 台，其中数控齿轮加工机床仅 385 台。齿 轮加工机床设备陈旧，其中 53的机床已使用 16 年以上，已使用了 6 15 年的机床占 31，只有不到 16的机床使用年限不到15 年。而对齿轮特别是汽车齿轮制造要求也不断提高，在我国，由于齿轮的质量不能达到图纸要求，致使齿轮箱噪音大，寿命短，从而严重制约了整机的质量，这点在汽车行业表现得尤为严重。为了满足对齿轮加工中质量和加工效率得要求，从 1995 年以来大量进口数控齿轮加工机床。 近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨 -珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工技术必定会 朝着数控化 、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。 nts II 本文主要介绍磨齿技术的应用。 磨齿加工技术最新发展现状 采用磨齿加工的齿轮具有低传动噪音、高传动效率和长使用寿命的优点。磨齿加工曾被认为是一种用于航空或其它高技术领域的昂贵齿轮加工手段。现在，由于磨齿机的效率提高了，砂轮性能也更好，高额成本得以大幅下降。由此，磨齿加工已开始大规模应用于齿轮加工中。 磨齿机经过如下的一系列的重大改进，使得效率提高了很多。 （ 1）机载测量 许多磨齿机因配备了机载测量系统而变得更为精确。优于使用了在机测量，不必将齿轮从工作台上拆卸下 来送到其它地方去检测，避免了再加工时的二次安装误差。加工时，先由机载测量系统初步分析齿轮，再将实测参数与理论设计参数对比，求出所需修正量，控制系统采集到这些修正数据后自动调整磨齿加工状态，然后再进行磨齿和测量。如此反复循环，直至达到所需的精度要求。一体化机载测量和机载修正系统使现代磨齿机（ 2）直驱电机 近年来，结构紧凑的直驱电机在砂轮主轴和齿轮工件主轴上的使用日渐增加。直驱主轴可避免传动链误差。因此，在 “ 修砂轮 磨齿轮 ” 循环中运用直驱电机，并配以较好的砂轮和多轴联动控制，可消除切削 纹、偏畸几何形状、齿轮使用噪音的高频误差及有害振动。 nts III （ 3）自动化 “ 自动化 ” 一词越来越多地应用于磨齿加工特别是流程化生产中，包括工件安装、换刀以及与工件流程同步的库存分类等。自动化消除了机器空转时间并有利于减少工序间等待时间。 （ 4）磨齿机软件 基于 Windows 的软件也像应用于个人计算机一样，广泛应用于今天的磨齿机中（如基于 Windows 的设计系统和数控系统）。以前只能以纸绘图，现在，图形界面和算法软件相结合的设计加修正软件包可使齿驱动、滚珠丝杠和位置传感器三者间的高精度闭环控制因软件的应用而得以实现。许多新一代磨齿机的部件配有与驱动单元分离的位置传感器，因而具有更高的精度和热稳定性。绝对式位移传感器和绝对编码技术保证了在高定位精度前提下，反馈数据的高速传输和机床传动的稳（ 5）新材料砂轮 先进的陶瓷结合剂砂轮和电镀立方氮化硼（ CBN）砂轮有着同样高的生产效率。由于 “ 混合颗粒 ” 型合成物中使用了新材料以及粘接工艺的进步，提高了陶瓷结合剂砂轮的强韧性、形状精度保持力、材料切除力和耐用性。这些优异性能来源于高性 能颗粒结构和增大的孔隙度。同时，良好的颗粒结构减少了磨削压力，降低了磨削温度。 nts IV （ 6）磨削费用的降低 如今，磨齿成本大幅下降，其原因很多，如基于模块化设计的高性价比机型、数控系统、流程化生产等，即使是综合了前述所有先进技术的磨齿机也比以前的机型便宜得多，大批量生产使单件生产周期比以前缩短了 50% 70%，损耗品（砂轮和金刚石修正器等）成本也大幅下降。 nts 1 目 录 第一章 直齿圆柱齿轮的设计 .2 1.1 齿轮的基础知识 .2 1.2 齿轮材料 的合理选择 .6 1.3 影响齿轮工作平稳性的加工误差分析 .13 第二章 直齿圆柱齿轮的工艺分析 . 18 2.1 齿轮加工方法 .19 2.2 齿轮加工方案选择 及使用要求 .26 结束语 .28 参考文献 . 29 nts 2 第一章 直齿圆柱齿轮轴的设计 1.1 齿轮的基础知识 1.1.1 齿轮的基础知识 （ 1）齿轮机构的优点有： 1）齿轮机构传 别可达 100000kw、 300m/s。 2）齿轮机构的传动比恒定，寿命长，工作可 递的功率和圆周速度分靠性高。 3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。 （ 2）齿轮机构的缺 点有： 1）齿轮机构得制造成本过高。 2）齿轮机构不适用于远距离的传动。 3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。 1.1.2 齿轮的分类 从机电一体化实用手册（见参考文献，以下皆是）一书中我们了解到：齿轮的传动是通过轮齿之间的相互啮合来实现直接接触的传动方法。这种传动方法的传动比精确、传递功率较大。齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的齿廓不论在何处接触，过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定的一点。 外啮合齿轮 直齿轮 内啮合齿轮 齿轮齿条啮合 nts 3 平行轴 斜齿轮 直齿圆锥齿轮 相交轴 圆锥齿轮 螺旋齿圆锥齿轮 齿轮传动 蜗轮与蜗杆 交错轴 准双曲面齿轮 同心轴 行星齿轮 图 1-1 齿轮的分类 1.1.3 共轭齿廓的重要一种 -渐开线齿廓齿轮 通过这段时间的考查与探讨，我们得出以下一些结论： （ 1）发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚动过的圆弧长。 （ 2）渐开线上任意一点的法线必与基圆相切；渐开线上各点的曲率半径不相等；渐开线的形状决定基圆的大小。 （ 3）基圆内无渐开线。 nts 4 图 1-2 渐开 线的形成及压力角 图 1-3 渐开线形状与基圆大小的关系 （ 4） 渐开线齿廓啮合的特点 ： 1） 渐开线齿轮中心距的可分性 。 2） 啮合角为恒定值 。 （ 5） 压力角（ ak）及展角（ invak）的计算 cos (ak)=(rb)/(rk) inv(ak)=tg（ ak） -(ak) 1.1.4 标准直齿圆柱齿轮外啮合几何尺寸计算 （ 1） 分度圆、模数和压力角 我们把 齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以 d 表示。相邻两齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以 p 表示， p=d/z， z 为齿数。齿距 p 与 的比值 p/ 称为模数，以 m 表示 （ 模数是齿轮的基本参数 ）。 由此可知： 齿距 p = m nts 5 度圆直径 d = m z 我们把 渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角 称为分度圆压力角，简称压力角 ， 国家规定标准压力角 =20。 （ 2） 齿距、齿厚和槽宽 齿距 p 分为齿厚 s 和槽宽 e 两部分，即 s + e = p =m 标准齿轮的齿厚和槽宽相等， 即 s = e =m/2 齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。 （ 3） 齿顶高、顶隙和齿根高 由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用 ha 表示 ha = ha*m 两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，以 c 表示 c = c*m 由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用 hf 表示 hf = ha + c =（ ha*+c*） m 式中 ha*、 c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制ha*=1、 c*=0.25，短齿制 ha*=0.8、 c*=0.3。 由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用 h 表示 h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径 向尺寸。 表 1-1 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 nts 6 名称 符号 计算公式 齿距 p p = m 齿厚 s s = m/2 槽宽 e e =m/2 齿顶高 ha ha = ha*m 齿根高 hf hf = ha + c =（ ha*+c*） m 全齿高 h h = ha + hf =（ 2ha*+c*） m 分度圆直径 d d = m z 齿顶圆直径 da da = d + 2ha = m（ z + 2ha*） 齿根圆直径 df df = d 2hf = m（ z 2ha* 2c*） 基圆直径 db db = dcos= mzcos 中心距 a a = m（ z1+z2） / 2 1.2 齿轮材料 的合理选择 在加工之前， 为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据 实际的 工作条件和材料的特点来选取。 在本文的一些条件下， 对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够nts 7 的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。 可以知道的是， 常用的齿轮材料为各种牌号的优质 碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。 1.2.1 满足材料的机械性能 在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面 各点都有相对滑动，会产生磨损。 齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。 因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。 1.2.2 满足材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度 不高，淬nts 8 透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。 1.2.3 材料的经济性要求 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。 从齿轮生产过程的耗费来考虑。首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本 。 1.2.4 齿轮的材料及热处理 材料成形原理与工艺中对齿轮材料的基本要求如下： 齿面要硬 ,齿芯要韧 易于加工及热处理 软齿面齿轮齿面配对硬度差为 30-50HBS 常用的齿轮材料及其热处理方法有： （ 1）中碳钢 (如 45 钢 )进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。 （ 2）合金调质钢 (如 40Cr)进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。 （ 3）合金渗碳钢 (如 20Cr， 20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共 渗，齿面nts 9 硬度可达 58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮 （ 4）铸铁及其他非金属材料 (如尼龙、夹布胶木等 )。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。 由于本文用到的齿轮材料为钢制齿轮，因此主要介绍一下它的的热处理方法（本篇文章的加工工艺过程的选用中需要用到的热处理方法是正火和调质）： a.表面淬火 表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr 钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为 40 55HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的 韧性，能承受不大的冲击载荷。 b.渗碳淬火 渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr 钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达 56 62HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削加工。 c.渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达 700 900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗 氮钢，如 38CrMoAl 等。 d.调质 nts 10 调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如 45、 40Cr、 35SiMn 钢等。调质处理后齿面硬度一般为 220 280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。 e.正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 表 1-2 常用齿轮材料及其力学性能 类别 材料牌号 热处理方法 抗拉强度 b/MPa 屈服点 s/MPa 硬度 HBS 或 HRC 优质碳素钢 35 正火 500 270 150 180HBS 调质 550 294 190 230 HBS 45 正火 588 294 169 217 HBS 调质 647 373 229 286 HBS 表面淬火 40 50 HRC 50 正火 628 373 180 220 HBS 合金结构钢 40Cr 调质 700 500 240 258 HBS 表面淬火 48 55 HRC 35SiMn 调质 750 450 217 269 HBS nts 11 表面淬火 45 55 HRC 40MnB 调质 735 490 241 286 HBS 表面淬火 45 55 HRC 20Cr 渗碳淬火后回火 637 392 56 62 HRC 20CrMnTi 1079 834 56 62HRC 38CrMnAlA 渗氮 980 834 850HV 铸钢 ZG45 正火 580 320 156 217 HBS ZG55 650 350 169 229 HBS 灰铸铁 HT300 300 185 278 HBS HT350 350 202 304 HBS 球墨铸铁 QT600-3 600 370 190 270 HBS QT700-2 700 420 225 305 HBS 非金属 夹布胶木 100 25 35 HBSv 1.2.5 齿轮的技术要求 齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。 （ 1） 传递运动准确性 我们 要求齿轮 能 较准确地传递运动 并使 传动比恒定。即要求齿轮在一转中nts 12 的转角误差不超过一定范围。 （ 2） 传递运动平稳性 我们 要求齿轮传递运动平稳，以减小 冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。 （ 3）载荷分布均匀性 我们 要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。 （ 4）传动侧隙的合理性 我们 要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。 由于 齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。 在实际运用中： 对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。 nts 13 1.2.6 齿轮毛坯 由于齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有： (1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。（由于实际需求，本文使用的就是下料件） (2)锻件 用于重要而受力较大的齿轮。 (3)铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。 (4)铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。 1.3 影响齿轮工作平稳性的加工误差分析 1.3.1 机械加工的阶段 由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。 1.3.2 齿形的加工 对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段， 经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求nts 14 的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别注意。 1.3.3 热处理阶段 在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。 我们在 齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序 ： (1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理 正火或调质。其主要目的是消除锻造 及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。 (2)齿面热处理齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。 1.3.4 齿形的精加工阶段 这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修 整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的 。 影响齿轮传动工作平稳性的主要因素是齿轮的齿形误差 ff 和基节偏差 fpb。齿形误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化；基节偏差会引起一对齿过渡到另一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬nts 15 时变化和突变而产生噪声和振动，从而影响工作平稳性精度。 nts 16 1.3.5 加工误差分析 （ 1） 齿形误差 从实际操作中，我们不难发现： 齿形误差主要是由于齿轮滚刀的制造刃磨误差及滚刀的安装误差等原因造成的，因此在滚刀的每一转中 都会反映到齿面上。常见的齿形误差有如图 1-4 所示的各种形式。图 a 为齿面出棱、图 b 为齿形不对称、图 c 为齿形角误差、图 d 为齿面上的周期性误差、图 e为齿轮根切。 由于齿轮的齿面偏离了正确的渐开线，使齿轮传动中瞬时传动比不稳定，影响齿轮的工作平稳性。 图 1-4 常见的齿轮误差 （ 2） 基节极限偏差滚齿时，齿轮的基节极限偏差主要受滚刀基节偏差的影响。滚刀基节的计算式为： pb0=pn0cos0=pt0cos0cos0pt0cos0 式中： pb0 滚刀基节； nts 17 pn0 滚刀法向齿距； pt0 滚刀轴向齿距； 0 滚刀法向齿形角； 0 滚刀分度圆螺旋升角，一般很小，因此 cos01。 由上式可见，为减少基节偏差，滚刀制造时应严格控制轴向齿距及齿形角误差，同时对影响齿形角误差和轴向齿距误差的刀齿前刀面的非径向性误差也要加以控制。 nts 18 第 二 章 直齿圆柱齿轮轴的工艺分析 2.1 齿轮加工方法 为了便于我们 了解齿轮加工，下面我们对齿轮加工的方法进行一个简单的探讨。 齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加工原理，可分为成形法和展成法两大类。 一般情况下 : a.加工直齿圆柱齿轮用插齿机 b.加工斜齿轮用滚齿机 c.加工伞齿轮用刨齿机 (滚齿机也可以加工斜齿轮 ) 所选用的刀具由齿轮加工机床决定 ： b.滚齿机有专用的齿轮滚刀 b 插齿机有专用的齿轮插刀 c.刨齿机有转用的齿轮刨刀 以上刀具都是标准件 ,可以在刀具书中选型 (根据模数 ) 齿轮轴的加工一般用滚齿机就可以加工 ,选用相应模数的齿轮滚刀 ,不需要专门的夹具就可以加工 。 nts 19 2.1.1 成形法 成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。 （ 1）齿轮铣刀的选择 铣刀应选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。同时按齿轮齿数根据下页表选择合适号数的铣刀。 刀号 1 2 3 4 5 6 7 8 加工齿数范围 12 13 14 16 17 20 21 25 26 34 35 54 55 134 135以上及齿条 （ 2）铣削方法 我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完成齿数的铣削。 （ 3）铣齿加工特点 1）用普通的铣床设备，且刀具成本低。 2）生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。 3）齿轮精度低。齿形精度只达 11-9 级。 以上主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工 同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。 2.1.2 展成法 nts 20 展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下分类： （ 1） 插齿加工 插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切成的。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被一刀刀地切出，齿形则被逐渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而 齿数不同的齿形，不存在理论误差。 插齿有以下切削运动 : 主运动 插齿刀的上下往复运动 展成运动 确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动 圆周进给运动 插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量 径向进给量 插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深。 让刀运动 插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动 插齿除适于加工直齿圆柱齿轮外，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加工精度一般为 7-8 级。齿面粗糙度 Ra 值为 1.6 m。 （ 2）滚齿加工 滚齿是目前应用最广的切齿方法， 滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿数很少（一至二齿）齿很长的齿轮，形似蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿nts 21 条刀对齿坯的加工。这种方法可用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误差。 滚齿精度一般为 7 9 级，当采用高精度滚刀和滚齿机时，可滚切 5 级精度的齿轮。 滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。 滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动： 1）主运动 滚刀的旋转运动。 2）展成运动 是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一 对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转 K/Z 转。其中： K 是滚刀的头数， Z 为齿轮齿数。 3）垂直进给运动 要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动 滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为 8-7 级，齿面粗糙度 Ra 值为 1.6 m。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。 （ 3） 剃齿加工 剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行 精加工的方法。加工原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工 件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。 （ 4） 珩齿加工 珩齿特点 :珩齿的加工原理与剃齿相同，表面粗糙 Ra0.4 0.2 m。主要作nts 22 用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工 8 6 级精度的淬火 齿轮。 （ 5）磨齿加工 磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可 磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达 6 4 级 , Ra0.4 0.2 m。 磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大 类 锥形砂轮磨削 单分度展成磨削 蝶形砂轮磨削 展成磨削 大平面砂轮磨削 齿轮磨削 圆柱蜗杆砂轮磨削 连续分度展成磨削 球面蜗杆砂轮磨削 成形磨削 数控成形砂轮磨削 图 2-1 磨削方式的分类 磨孔 对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周表面（如有 键槽或花键的孔）、阶梯孔及盲孔时，常采用磨孔作为精加工。磨孔时砂轮的尺寸受被加工孔径尺寸的限制，一般砂轮直径为工件孔径的 0.50.9 倍，磨头轴的直径和长度也取决于被加工孔的直径和深度。故磨削速度低，磨头的刚度差，磨削质量和生产率均受到影响。 磨孔的方式有中心内圆磨削、无心内圆磨削。中心内圆磨削是在普通内圆磨床或万能磨床上进行。无心内圆磨削是在无心内圆磨床上进行的，被加工工件多为薄壁件，不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要求较高。这种磨削方法多用nts 23 于磨削轴承环类型的零件，其工艺特点是精度高，要求机床具有高 精度、高的自动化程度和高的生产率，以适应大批大量生产。由于内圆磨削的工作条件必外圆磨削差，故内圆磨削有如下特点： 1） 磨孔用的砂轮直径受到工件孔径的限制。约为孔径的 0.5 9 倍，砂轮直径小则磨耗快，因此经常需要修整和更换，增加了辅助时间。 2） 由于选择直径较小的砂轮，磨削时要达到砂轮圆周速度 25-30m/s 是很困难的。因此，磨削速度比外圆磨削速度低的多，故孔的表面质量较低，生产效率也不高。近些年来已制成有 100000r/min 的风动磨头，以便磨削 12mm 直径的孔。 3） 砂轮轴的直径受到孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差，容易弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮轴的偏移，从而影响加工精度和表面质量。 4） 砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬，工件易发生烧伤，故应选用较软的砂轮。 5） 切削液不易进入磨削区，排屑较困难，磨屑易积集在磨粒间的空隙中，容易堵塞砂轮，影响砂轮的切削性能。 6）磨削时，砂轮与孔的接触长度经常改变。当砂轮有一部分超出孔外时，其接触长度较短，切削力较小，砂轮主轴所产生的压移量比磨削孔的中部时为小，此时被磨去的金属层较多，从而形成 “喇叭口”。为了减小或消除其误差，加工时应控制砂轮超出孔外的长度不大于 1/21/3 砂轮宽度。内圆磨削精度可达 IT7 ，表面粗糙度可达 。 （ 6） 齿轮加工的其它方法 nts 24 滚制：齿轮的滚制加工有利用成形法与展成法。利用展成法的滚制是利用齿条与小齿轮、小齿轮 与大齿轮、内齿轮与小齿轮的啮合；将淬火硬化的齿条形工具、小齿轮形工具、内齿轮形工具按压于齿轮轮坯，使轮坯滚动，借塑性变形加工成齿形。利用成形法的滚制是用对应于滚制齿轮的齿轮形状的成形滚制刀具，藉特殊的滚轧加工成形齿形。 热间锻造：热间锻造的主要对象为直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮及正齿轮，通常为以非铁合金为材料的齿轮，可不计加热之际发生的氧化皮时，热间锻造的精度及表面粗糙度不亚于机械加工。 高速锻造： 1957 年由美国 General Dynamics 公司开发 冷间锻造：主要有利用锻粗或锻头法扩大 齿坯尺寸的成形与减少齿坯断面的挤出成形。 冲剪：玩具等不大要求精度的小型板齿轮常用冲剪法作成。 普通铸造：超大型齿轮不得不用铸造放来加工。直接将熔融的金属注入铸模中，凝固后取出，直接使用或机械加工后使用。 精密铸造法：有毂模法、石膏模法等。 还有粉末冶金法、射出成形法等齿轮加工方法 2.1.3 齿形加工方法比较 滚齿、插齿与铣齿比较 铣齿采用普通设备和简单刀具即可加工齿形。但是只能加工 11 9 级精度、齿面粗糙度 Ra 值为 6.3 m 3.2 m 的齿形。 滚齿和 插齿的分度精度和齿形精度均较铣齿高，可以加工 6 级精度、齿面粗糙度值 Ra 为 3.2 m 1.6 m；滚齿和插齿是连续分度和切削 ，生产效率比铣齿高。用同一模数nts 25 的滚到和插齿刀，可以各种不同齿数的齿轮，大大减少了刀
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