贺彦伟—传动器齿轮的生产与加工(打印版).doc

毕业实践报告长春汽车工业高等专科学校毕 业 实 践 报 告 编号：毕业实践题目 传动器齿轮的生产与加工 专业 / 班级 数控一班 学 生 姓 名 贺彦伟 学 号 0201100236 实习指导教师 郑永会 报告指导教师 李绍红 起 止 时 间 2013.92014.5 实 习 单 位 一汽大众MQ200传动器 一、毕业实践岗位与专业学习情况 学生姓名贺彦伟 性 别 男专 业数控专业毕业实践题目传动器齿轮的生产与加工 指导教师李绍红班 级112101数控一班 离校时间 2014年6月顶岗实习方式推荐 实践时间2012年7月-2014年4月实践所在岗位一汽大众汽车股份有限公司 发动机传动器分厂MQ200传动器车间齿轮工段（线） 滚齿机（AF30）工位岗位工作简要描述（实践经历）200字以上 我所在的工位是滚齿机工位，也是整个车间换挡齿轮的第一道工序滚齿，我每天的工作流程如下：开启机床根据点检规程进行设备状态点检确认机床状态良好后进行首个工件的滚齿加工加工完首个零件后，根据六步操作法（一擦二看三校表四测量五填表六处理）进行现场的跨棒距尺寸和径向跳动测量现场测量合格后填写现场SPR卡首件的检测数据并再次填写测量委托书交由精测间进行精确测量等待精测间报告合格后再进行批量加工，并将加工的第二第三工件依次进行现场测量并填写好SPR卡由首件开始，每隔一小时进行连续三件现场测量并填写好SPR卡，加工过程中，每个工件需要百分百目视检测滚齿表面有无缺陷，有缺陷的需要单独挑出进行隔离处理特殊情况机床故障需要记录故障现象并保修，恢复正常后需要填写现场机床停台记录（包括故障现象，解决办法，停台起止时间）加工工件结束后进行机床的保养工作保养结束后把机床关机虽然每天的工作反反复复让人无趣，但是依旧还可以追寻到很多工作的乐趣，我现在感觉很快乐。高专专业学习认识和收获（学习经历）200字以上通过这几年的学习我已经了解了现代机械制造工业的生产方式和工艺的过程。熟悉了工程材料主要成形方法和主要机械制造方法及其所用主要设备的工作原理和典型结构、工件夹具量具的使用、机械制图方法（CAD绘图以及CATIA电脑制图）、公差在生产中的大量应用以及安全操作技术。了解机械制造工艺知识和新工艺、新技术、新设备在机械制造中的应用。在工程材料主要成形加工方法和主要机械加工方法上，具有初步的独立操作技能。在了解、熟悉并掌握一定的工程基础知识和操作技能过程中，培养、提高并加强了我们的实践能力、创新意识甚至创新能力。二、毕业实践单位基本情况 一汽-大众MQ200传动器生产线，坐落于长春汽车经济技术开发区，距离一汽-大众本部5.5公里。MQ200传动器项目于2010年10月破土动工，项目总投资19.6亿元人民币，占地10.3048公顷，总建筑面积46782平方米，规划日生产能力1500台，年产45万台。MQ200是大众经常使用的变速箱，根据大众的命名方式，M代表手动，Q代表横置，200/250（N.m）代表变速箱能够传递的最大扭矩，以换挡平顺，档位好挂出名。提起MQ200，可能知道的人并不多，但是提到POLO的手动变速器，大家就都会说：那是一个很棒的变速器。其实POLO的的手动变速器就是MQ200手动变速器。这台5挡手动变速器是德国大众专门为小型车开发设计的。在国内汽车市场如火如荼的竞争中，很多厂家都大打发动机牌，不断的宣扬自己的发动机技术，对于变速器的优劣好像不屑的样子，尤其是手动变速器，更是形成了参差不齐的情况。一个好的变速器对于整车层次的提高有着很大的作用。我们经常可以听见一些车主抱怨自己车的挡位难挂。往往就是因为这些不被厂家重视的细节问题葬送了车型的销量。而一个好的变速器真的会给驾驶者带来很大的乐趣，它没有了那些恼人的毛病，换挡更为顺畅轻松，显然MQ200就是后者典型的代表。三、企业实践内容安排 类别主要内容心得、收获时间段（负责人） 安全生产培训安全第一预防为主综合治理严禁违章作业时刻保持理智，在校在企遵规守纪，做到安全生产刘晓青专业技能培训（集中培训）1.钳工操 作实习2.数控机床操作实习初步了解并掌握钳工基本技能。并进一步提升对数控机床的认识谢洪君 岗位操作培训了解并熟悉量具检具，并可以根据操作规程独立完成测量工作对日后的实习工作有一个专业性的知识补充，了解企业对操作要求的重要性郑永会 质量控制内容质量重于泰山，质量是企业的生命，保证质量人人有责了解了产品质量的重要性，并暗自下定决心实习时一定把好质量关孙文举班组管理内容遵纪守规操作机床需要以操作规程为主并服从班组管理班组如同家要爱护班组公共文物，服从组织的安排郑永会生产任务安排班组根据工位工程科的安排规划生产任务到个人在生产中，体验了作为员工在企业生产过程的点滴快乐点滴兄弟情郑永会4、 毕业实践报告概要 题目传动器齿轮的生产与加工毕业实践报告内容摘要1.结合自己的实习所学知识和专业知识，客观阐述齿轮传动的基本类型和特点以及齿轮种类，撰写论文的第一大部分。2.根据齿轮齿面加工的技术要求，分析齿轮的可实际加工工艺，撰写论文第二大部分。3.对现代工厂齿轮齿面精加工的方法进行分析，完成整片论文。实践单位一汽大众MQ200传动器车间联系人贺彦伟5、 毕业实践报告进度计划阶段日期 计划完成工作指导教师检查意见 备 注2013.9.20-2013.10.10选择并确定论文题目2013.10.11-2013.10.31完成毕业实践任务书2013.11.1-2014.4.20完成论文撰写工作2014.4.23-2014.5.1修改上交论文考核评语 指导教师签字： 年 月 日教研室意见 专业负责人签字： 年 月 日 目 录摘要Abstract第一章 绪 论(1)1.1 齿轮传动的基本类型和特点(1)1.2齿轮的分类(2)第二章 齿面加工的技术要求(3)2.1齿轮的结构特点及参数(3)2.2 齿轮传动的精度(4)第三章齿轮加工工艺(6)3.1齿轮加工方案选择(6)3.2齿轮加工两大类(7)第四章 齿面粗加工方法(8)4.1插齿法(9)4.2滚齿法(11)第五章 齿面精加工方法(13)5.1剃齿法(17)5.2珩齿法(19)5.3磨齿法(20)第六章 总结(23)致谢(24)参考文献(25)摘 要MQ200是大众经常使用的传动器，根据大众的命名方式，M代表手动，Q代表横置，200/250（N.m）代表传动器能够传递的最大扭矩，以换挡平顺，档位好挂出名。齿轮在传动器中是非常重要而且必不可少的元件，它主要的优点是：瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠、使用寿命长、外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承、及箱体组成的传动器，用于原动机和执行机构之间匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。当今的传动器是向着大功率、大传动比、小体积、高机械效率以及使用寿命长的方向发展。近十几年来，由于近代计算机技术与数控技术的发展，使得机械加工精度，加工效率大大提高，从而推动了机械传动产品的多样化、标准化、艺术化，使得产品更加精致，美观。本文讲诉了齿轮加工的方法以及技术要求，结合在厂实习经验，以及与现场技术人员沟通编写而成。关键词：机械制造 产品 数控技术 齿轮加工AbstractMQ200 is a popular often use the driver, according to popular way of naming, M manual, Q on behalf of transverse, 200/250 (N.m) maximum torque represents the driver able to transmit, with smooth shift, shift to hang.Gear actuators are very important and essential components, its main advantage is: the instantaneous transmission ratio constant, smooth, accurate and reliable transmission, long life, small size of the outer contour, compact structure. By the gear, shaft, bearings, actuators, and box for the role to match the speed and transmission torque between prime mover and the implementing agencies, is extensively used in modern machinery.Todays drive is toward the high power, high transmission ratio, small size, high mechanical efficiency and long service life, the direction of development. Over the last decade, due to the development of modern computer technology and numerical control technology, making the machining accuracy and processing efficiency is greatly improved, so as to promote the mechanical drive the diversification of products, standardization, artistic, and makes the product more delicate, beautiful.This article stresses v gear processing methods as well as technical requirements, combined with in-plant practical work experience, as well as written in communication with field technicians.Keywords: machinery products CNC gear cutting 第一章 绪 论在机械零件产品的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金属材料是一项十分重要的工作1.1 齿轮传动的基本类型和特点齿轮传动：用于传递任意两轴间的运动和动力。其圆周速度可达到300m/s，齿轮直径从不到1mm到150m以上不等，是现代机械中应用最广的一种机械传动。齿轮传动的特点：齿轮传动与其他传动相比主要有以下优点:1传递动力大、效率高；2、寿命长，工作平稳，可靠性高；能保证恒定的传动比，能传递两轴间任意夹角的运动。齿轮传动与其它传动相比主要缺点有：1、制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；2、不宜作轴间距离过大的传动。齿轮传动的类型如图1.1图1.1第 13 页 共 45 页1.2齿轮的分类齿轮传动按工作条件不同分：1.开式、半开式传动在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外面，称开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，齿轮也容易磨损，所以以用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它工作条件虽然有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件不算最好。2、闭式传动汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体的，成为闭式齿轮传动（齿轮箱）。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。按齿面硬度分：1）软齿面齿轮：齿轮工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC2）硬齿面齿轮：齿轮工作面的硬度大于350HBS或38HRC按一对齿轮传动的角速度比是否恒定分为1）圆形齿轮传动（角速比恒定）2）非圆齿轮传动（角速比变化）按齿轮齿廓曲线的不同分为1） 渐开线齿轮2） 圆弧齿轮3） 摆线齿轮第二章 齿面加工的技术要求 2.1 齿轮的材料特点及参数 材料的机械性能包括强度、硬度、塑性及韧性等，反映材料在使用过程中所表现出来的特性。齿轮在啮合时齿面接触处有接触应力，齿根部有最大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效。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点蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此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。在确定大、小齿轮硬度时应注意使小齿轮的齿面硬度比大齿轮的齿面硬度高30-50HBS，这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。齿轮的参数:1齿数Z闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=2040。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取z1=1720。为使齿轮免于根切，对于=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z117。Z2=uz1。2压力角 rb=rcos=1/2mzcos在两齿轮节圆相切点P处，两齿廓曲线的公法线（即齿廓的受力方向）与两节圆的公切线（即P点处的瞬时运动方向）所夹的锐角称为压力角，也称啮合角。对单个齿轮即为齿形角。标准齿轮的压力角一般为20”。在某些场合也有采用=14.5 、15 、22.50及25等情况。3模数m=p/ 齿轮的分度圆是设计、计算齿轮各部分尺寸的基准，而齿轮分度圆的周长=d=z p模数m是决定齿轮尺寸的一个基本参数。齿数相同的齿轮模数大，则其尺寸也大。4齿顶高系数和顶隙系数h*a 、C*两齿轮啮合时，总是一个齿轮的齿顶进入另一个齿轮的齿根，为了防止热膨胀顶死和具有储成润滑油的空间，要求齿根高大于齿顶高。为次引入了齿顶高系数和顶隙系数。正常齿：h*a =1； C*=0.25 短齿：h*a =0.8； C*=0.3如图2.1所示的参数图2.12.2 齿轮传动的精度齿轮精度是指对齿轮形状的综合误差所划分的一个等级，其中包括齿形、齿向、径跳等一些重要的参数，其中齿形是指齿的径向形状，齿向是指齿的纵向形状，径跳是指相邻两齿间距离的误差，一般我们汽车用的齿轮可由滚齿机加工完成，67级便可使用，而一些印刷机由于需要高速运转和批量印刷，故需要高精度齿轮以减小齿轮累计所造成的误差而使印刷效果下降，而国内生产的磨齿机可加工至45级，国外进口的高精度磨齿机可加工至3,4级，更有一些可以加工至2级。而日本标准DIN 0级相当于中国评判的4级，一般误差以m为单位，1m=0.001mm齿轮传动装置包括齿轮副、轴、箱体等零件，其中齿轮的加工质量和安装精度直接影响着该传动装置的运转质量。根据齿轮的使用条件，对齿轮传动提出如下要求：（1）传动的准确性 即主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的速比转过相应的角度。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，即为一转转角精度或第一公差组。（2）工作平稳性 要求齿轮传动平稳，无冲击，震动和噪音小，这就需要限制齿轮传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度，或第二公差组。（3）载荷均匀性 齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量，即第三公差组。（4）齿侧间隙 一对相互啮合的齿轮，其非工作面必须留有一定的间隙，即为齿侧间隙，其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，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侧隙减小，防止卡死，应当根据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。以上四项要求根据齿轮传动装置的用途和工作条件各项要求可能有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮传动副，对传动准确性要求高，工作平稳性也有一定要求，而对载荷的均匀性要求一般不严格。第三章 齿轮的加工工艺3.1齿轮加工方案选择齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮是依靠本身的结构尺寸和材料强度来承受外载荷的，这就要求材料具有较高强度韧性和耐磨性；由于齿轮形状复杂，齿轮精度要求高，还要求材料工艺性好。常用材料为锻钢、铸钢、铸铁。齿轮传动通过轮齿互相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。齿轮的加工一般需要经过锻造制坯，正火，车削加工，滚、插齿，剃齿，热处理，磨削加工等工序。1.锻造制坯热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。2.正火这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效减少热处理变形。所用齿轮钢的材料通常为20CrMnTi,一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响金属切削加工和最终热处理，使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。为此，采用等温正火工艺。实践证明，采用等温正火有效改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。3.车削加工为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹紧不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。4.滚、插齿加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显着。5.剃齿径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。公司自1995年技术改造购进意大利公司专用径向剃齿机以来，在这项技术上已经应用成熟，加工质量稳定可靠。6.热处理汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。公司引进的是德国劳易公司的连续渗碳淬火生产线，获得了满意的热处理效果。7.磨削加工主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以提高尺寸精度和减小形位公差。3.2 齿轮加工的两大类齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是：齿面的切削加工和齿面的磨削加工。前者由于加工效率高，有较高的加工精度。因而是目前广泛采用的齿面加工方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，齿面加工可以分为成型法和展成法两大类。成型法 成型法是利用与被加工齿轮的齿槽形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。成型铣削一般在普通铣床上进行，铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一个齿，在加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于8mm的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角，工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转以形成螺旋齿槽。常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。后者适于加工大模数的直齿、斜齿齿轮特别是人字齿轮。用盘形齿轮铣刀加工齿轮时，齿轮的齿廓精度是由铣刀切削刃形状来保证的，而渐开线齿廓是由齿轮的模数和齿数决定的。所以齿轮的模数，齿数不同，渐开线齿廓就不一样，因此，要加工出准确的齿廓，每一个模数，每一种齿数的齿轮，就要相应的用一种形状的铣刀，这样做显然是行不通的。在实际生产中，是将同一模数的齿轮，按其齿数分为8组（精确的是15组），每一组只用一把铣刀。标准齿轮铣刀的模数、压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上。由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中最小齿数设计，因此，加工该范围的其他齿数的齿轮时，就会产生一定的齿廓误差。盘状齿轮铣刀是用于加工m小于8mm的齿轮。当所加工的斜齿圆柱齿轮精度要求不高时，可以借用加工直齿圆柱齿轮的铣刀。但此时铣刀的号数不应根据斜齿圆柱齿轮的实际齿数选择，而应按照法向截面内的当量齿数（假想齿数）来选择。成型法铣齿一般用于单件小批量生产和机修工作中，加工精度为9-12级，齿面粗糙度值为Ra6.3-3.2微米的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。(2) 展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。第四章 齿面粗加工方法4.1插齿法几年前，有些齿轮专家曾预言今后插齿刀在齿轮加工方面的应用将会大大减少，到时候，将没有汽车齿轮生产企业在使用插齿刀。在设计制造齿轮传动装置时也将不再考虑采用插齿工艺加工齿轮。通常认为插齿工艺是在齿轮不能用滚刀加工的情况下采用的齿轮加工方法，这种加工方法费用高、齿轮制造质量差。但事实上，认为插齿工艺主要适合用于加工带台肩齿轮的原因，是因为带台肩的齿轮让易产生刀具干涉问题，通常不能采用滚齿加工工艺。其实，插齿刀也广泛用于直齿、斜齿和内齿轮加工。一般来说，如果齿轮采用内齿拉削工艺比较困难，就可以采用插齿加工。1插齿的切削原理 插齿的加工过程，从原理上讲，相当于一对直齿圆柱齿轮的啮合运动。插齿时，刀具沿工件轴线方向做高速的往复直线运动，形成切削加工的主运动，同时还与工件作无间隙的啮合运动，在工件上加工出全部齿轮齿廓。在加工过程中，刀具每往复一次仅切出工件齿槽的很小一部分，工件齿槽的齿面曲线是由插齿刀切削刃多次切削的包络线所形成的。如图4.1。 图4.12插齿加工时，机床必须具备以下运动：（1）切削加工的主运动：插齿刀作上、下往复运动，向下为切削运动，向上为返回的推刀运动。（2）径向的进给运动：要使刀具逐渐切至齿根，插齿刀就必须有径向进给运动，插齿刀每往复一次径向移动一定距离，当达到全齿深后，机床就会停止径向进给运功。（3）展成运动：在加工过程中，必须使插齿刀与工件之间应保持啮合。即在刀具转过一个齿时，工件也准确的转过一个齿。（4）插齿让刀过程：为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段距离，而在插齿刀重新开始向下工作行程时，应立刻恢复到原位，以便刀具向下切削工件。这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。一般新型号的插齿机通过刀具主轴座的摆动来实现让刀运动，这样可以减少让刀产生的震动。3插齿刀的类型插齿刀及分类：插齿刀是一种齿轮形或齿条形齿轮加工刀具。插齿刀用于按展成法（见齿轮加工）加工内、外啮合的直齿和斜齿圆柱齿轮。插齿刀的特点是可以加工带台肩齿轮、多联齿轮和无空刀槽人字齿轮等。特形插齿刀还可加工各种其他廓形的工件，如凸轮和内花键等。分类插齿刀按外形分为盘形、碗形、筒形和锥柄4种。盘形插齿刀主要用于加工内、外啮合的直齿、插齿刀斜齿和人字齿轮。碗形插齿刀主要加工带台肩的和多联的内、外啮合的直齿轮，它与盘形插齿刀的区别在于工作时夹紧用的螺母可容纳在插齿刀的刀体内，因而不妨碍加工。筒形插齿刀用于加工内齿轮和小的外齿轮，靠内孔的螺纹旋紧在插齿机的主轴上。锥柄插齿刀主要用于加工内啮合的直齿和斜齿齿轮。操作为了产生后角和重磨后不影响所加工齿轮的齿形，在垂直于插齿刀轴线的各剖面内做插齿刀成变位齿的形状，变位系数X0由前端面向后端面逐渐减小，并由正变负。插齿刀在使用中受到一些限制。齿轮根切的限制：插齿刀的齿顶在切削过程中切入被切齿轮根部的渐开线齿形时称为根切，被加工齿轮的齿数越少，根切的可能性就越大。齿轮顶切的限制：顶切是指被切齿轮的齿顶进入插齿刀根部齿形以内而被切去齿顶的现象，插齿刀齿数和变位系数越小越容易产生顶切。齿轮过渡曲线干涉的限制：插齿刀在切齿时，不能在整个齿面上切出渐开线齿形，在齿轮根部是过渡曲线。插齿刀齿数越少、齿形变位系数越大，则过渡曲线就越长，如配对齿轮的齿顶与该过渡曲线接触即产生干涉。对加工内齿轮的插齿刀，则还应考虑插齿刀在径向切入过插齿程中不发生顶切的限制。在钻头钻杆中的标准插齿刀的精度按国际标准分为AA级、A级和B级3种，在通常条件下分别用于加工6、7和8级精度的齿轮。为加工需要再剃齿或磨齿的齿轮，要分别使用剃前或磨前插齿刀，使齿轮齿面留有一定的加工余量，因此这些插齿刀的齿形需要专门设计。在加工外啮合和内啮合的斜齿轮和人字齿轮时，需要用斜齿插齿刀。加工一对外啮合的斜齿圆柱齿轮时，需要用两把斜齿插齿刀，其旋向与被加工齿轮相反；加工一对内啮合的斜齿圆柱齿轮时，加工内齿斜齿轮的刀具与齿轮的旋向相同。斜齿插齿刀由于刀齿倾斜，两侧刃的前角相差很大，一侧为正前角,另一侧为负前角,为了改善插齿刀的工作条件，需要采用特殊的刃磨。插齿刀梳齿刀的工作原理与插齿刀相仿，它可被看作是插齿刀齿数为无穷多时的一个特例，有直齿和斜齿两种。梳齿刀形状简单，制造方便，用于加工外啮合直齿、斜齿与人字齿轮，特别适用于加工较大模数的齿轮。一般插齿刀均用高速钢制造，硬质合金插齿刀还处于试验研究阶段。4.2滚齿法滚齿加工属范成法加工，滚齿加工是根据范成法原理来加工齿轮轮齿的。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对交错轴螺旋齿轮副的啮合滚动过程，如图4.2所示。将其中的一个齿轮齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋角很大，就形成了蜗杆形齿轮。再将“蜗杆”开槽并铲背，就形成了齿轮滚刀。因此滚刀实际上是一个斜齿圆柱齿轮，当机床的传动系统使该刀具和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮的速比关系作旋转运动时，该刀就可以在工件上连续不断地切除齿轮来。 图4.21滚切直齿圆柱齿轮从机床运动分析的规律可知，用滚刀加工直齿轮，机床必须具有以下两个成形运动：；一个是形成渐开线(母线)所需的展成运动，这是个复合运动，它由工件的旋转和刀具的旋转而合成；另一个是形成导线所需的滚刀沿工件轴向的移动，要完成以上两个成形运动，机床必须具有三条运动传动链：见图4.3第 28 页 共 25页 图4.32滚切斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮一样，其端面均为渐开线。所不同的是，斜齿圆柱齿轮的齿宽方向不是直线而是一条螺旋线，见图4.4。 图4.4因此，从成形运动的角度来看，加工斜齿圆柱齿轮，仍然需要两个成形运动；一个是形成渐开线(母线的范成运动；它是由刀具的旋转和工件的旋转两部分合成；另一个是形成螺旋线(导线)的成形运动，这个运动与加工螺纹形成螺旋线的运动有相同之处，即是一个复合运动，它由工件的旋转和刀具沿工件轴向移动复合而成，当工件旋转一转时刀具应沿工件轴向移动一个导轮的传动原理图刀架和工件之间传动联系保证刀架直线移动一个导程时，通过合成机构使工件得到的附加转图3 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图程的距离。直齿和斜齿因挂齿轮的区别在于导线的不同。与滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图相比较，传动系统多了一条传动链和一个运动合成机构。刀架和工件之间传动联系保证刀架直线移动一个导程时，通过合成机构使工件得到的附加转动为一转。这条传动链与车床上形成螺旋线的进给传动链的性质一样，属于内联系传动链。除此之外，滚切斜齿圆柱齿轮的传动联系和实现传动联系的各条传动链，都与滚切直齿齿轮时相同。因而，如要要完成以上两个成形运动，机床必须具有四条运动传动链。滚刀的刀齿是沿螺旋线分布的，加工圆柱齿轮时，为了使滚刀刀齿的齿向与工件齿向方向相一致，应根据工件的螺旋升角，来确定滚刀的安装角度，如图4.5所示 图4.5滚齿可直接加工89级精度齿轮，也可用作7 级以上齿轮的粗加工及半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度较粗。为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗精滚齿分开。（二）滚齿加工质量1.影响传动精度的加工误差影响齿轮传动精度的主要原因是在加工中滚刀和被切齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮的径向误差；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮的切向误差。(1)齿轮的径向误差齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其基准孔中心不重合，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的周节累积公差。齿轮的径向误差一般可通过测量齿圈径向跳动Fr反映出来。切齿时产生齿轮径向误差的主要原因如下：调整夹具时，心轴和机床工作台回转中心不重合。齿坯基准孔与心轴间有间隙，装夹时偏向一边。基准端面定位不好，夹紧后内孔相对工作台回转中心产生偏心。(2)齿轮的切向误差齿轮的切向误差是指滚齿时，实际齿廓相对理论位置沿圆周方向(切向)发生位移。当齿轮出现切向位移时，可通过测量公法线长度变动公差Fw来反映。 切齿时产生齿轮切向误差的主要原因是传动链的传动误差造成的。在分齿传动链的各传动元件中，对传动误差影响最大的是工作台下的分度蜗轮。分度蜗轮在制造和安装中与工作台回转中心不重合（运动偏心），使工作台回转中发生转角误差，并复映给齿轮。其次，影响传动误差的另一重要因素是分齿挂轮的制造和安装误差，这些误差也以较大的比例传递到工作台上。2.影响齿轮工作平稳性的加工误差分析 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。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。下面分别进行讨论。(1)齿形误差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。常见的齿形误差有齿面出棱、齿形不对称、齿形角误差、齿面上的周期性误差、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。(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；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。3.影响齿轮接触精度的加工误差分析齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷分布的均匀性。滚齿时，影响齿高方向的接触精度的主要原因是齿形公差ff和基节极限偏差fpb。影响齿宽方向的接触精度的主要原因是齿向公差F。产生齿向公差的主要原因：（1）滚齿机刀架导轨相对于工作台回转轴线存在平行度误差。（2）齿坯装夹歪斜由于心轴、齿坯基准端面跳动及垫圈两端面不平行等引起的齿坯安装歪斜，会产生齿向误差。（3）滚切斜齿轮时，除上述影响因素外，机床差动挂轮计算的误差，也会影响齿轮的齿向误差。4.提高滚齿生产率的途径（1）高速滚齿近年来，我国已开始设计和制造高速滚齿机，同时生产出铝高速钢（MO5Al）滚刀。滚齿速度由一般v=30m/min提高到v=100m/min以上，轴向进给量 f=1.38mm/r2.6mm/r，使生产率提高25%。国外用高速钢滚刀滚齿速度已提高到100 m/min150 m/min；硬质合金滚刀已试验到400 m/min以上。总之，高速滚齿具有一定的发展前途。（2）采用多头滚刀可明显提高生产率，但加工精度较低，齿面粗糙，因而多用于粗加工中。当齿轮加工精度要求较高时，可采用大直径滚刀，使参加展成运动的刀齿数增加，加工齿面粗糙度较细。（3）改进滚齿加工方法a多件加工将几个齿坯串装在心轴上加工，可以减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间及装卸时间。b.采用径向切入滚齿时滚刀切入齿坯的方法有两种：径向切入和轴向切入。径向切入比轴向切入行程短，可节省切入时间，对大直径滚刀滚齿时尤为突出。c.采用轴向窜刀和对角滚齿滚刀参与切削的刀齿负荷不等，磨损不均，当负荷最重的刀齿磨损到一定程度时，应将滚刀沿其轴向移动一段距离（即轴向窜刀）后继续切削，以提高刀具的使用寿命。对角滚齿是滚刀在沿齿坯轴向进给的同时，还沿滚刀刀杆轴向连续移动，两种运动的合成，使齿面形成对角线刀痕，不仅降低了齿面粗糙度，而且使刀齿磨损均匀，提高了刀具的使用寿命和耐用度。5.滚齿加工过程分析 滚齿是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的。要求滚刀的法向模数和法向齿形角与被切齿轮的相应参数必须相等。滚刀刀齿的切削刃连续运动轨迹的包络线形成了齿坯的渐开线齿形（展成法）。由于在形成一个齿槽的过程中，参与切削的刀齿是有限的，因而形成的渐开线齿形不是一条光滑的曲线。滚齿过程中刀齿的磨损是不均匀的，原因是参与切削的各刀齿切下的切屑大小形状均不相同，各刀齿上顶刃与侧刃的切削面积，切削条件与载荷各不相同，一般情况下，只是在工件轴心与滚到轴心相距最近处滚刀刀齿磨损最快，最严重的部位在刀齿的侧面，这是因为普通滚刀的侧后角很小，切削时与齿侧有挤擦现象。加工过程如下：1.尾座顶尖下行，至工件表面时停止；2.拉杆拉紧涨套，对工件进行中心定位；3.尾座顶尖进行二次压紧；4.滚刀旋转，同步指令生效，C轴随主轴同步运转，进行快速进刀；5.刀具沿X方向进刀至工件下方；6.刀具沿+Z方向进给铣削工件；7.刀具铣削工件内部；8.刀具由工件上方铣出；9.刀具沿+X方向退刀，退到位置后，刀具沿Z方向下落至下次加工起刀位置；10.尾座顶尖上行，中心涨套松开；11.加工完成。顺铣法滚齿时，滚刀耐用度高，而且切削的齿面粗糙度低，且齿面无刮伤，对剃齿加工有利。滚齿的周节（齿距）精度比插齿高，滚齿的公法线长度变动量小，但滚齿的齿形精度比插齿低，滚齿时由于滚刀参加切削的齿数少，形成齿槽的包络线也少。滚齿粗糙度高，滚齿是断续切削，并形成表面的不平度，但可通过后续精加工工序（剃齿）进一步提高齿形精度和减小齿面粗糙度。第五章 齿面精加工方法5.1剃齿法 (一)剃齿原理及方式剃齿刀是经过淬火磨削的齿轮形刀具，沿齿高方向有锯齿刀槽。剃齿加工就是 利用剃齿刀与齿轮工件的啮合传动，从齿轮工件的齿面切削去微小的加工余量， 进行剃削。齿轮工件与剃齿刀啮合旋转时，齿轮轴与刀具轴并不平行，而是互相 交错；齿轮工件和剃齿刀之间只有齿面啮合，两者的轴之间没有机械的联系，互 相之间自由旋转。这也是剃齿与其它齿轮精加工方法、切齿法的显著区别所在。 剃齿过程中，两轴互相交错地啮合着的齿轮和剃齿刀，由于一面在齿面上加 压力而一面旋转，刀具和齿轮齿面在齿高方向和轴向产生相对滑移，刀具齿面上 的很多齿刃槽的边缘就成了切削刃。剃齿刀的锯齿刀槽的顶部构成刀具齿面，用 齿轮磨床进行齿形磨削， 没有齿面后角， 不像其它刀具(例如插齿刀)有齿面后角。 因此，即使是用锯齿刃槽的刃背顶住齿轮工件的齿面，也不会过度切入，可以用 0.020.05 毫米的加工余量进行齿面精加工。剃齿刀齿侧面的切削刃槽通常是 平行于刀具端面或垂直于刀具齿向， 使两侧切削刃分别具有正、 负前脚或零前角， 剃齿刀切削工件时，它的齿侧面和工件的加工表面相切，所以剃齿时的后角等于 0，这将产生挤压现象，因此剃齿是一个在滑移运动中产生切削与挤压的加过程。按剃削齿轮的移动方向或按啮合点移动方式可以将剃齿法分为几种， 具有代 表性的有轴向剃齿、切向剃齿、对角线剃齿及径向剃齿法。轴向剃齿是通过刀具 或齿轮沿齿轮轴向移动来达到剃齿刀与齿轮啮合点的移动，可以遍及齿轮的齿 宽；切向剃齿是刀具或齿轮垂直于齿轮轴移动，所能加工到的齿宽限于刀具的齿 宽覆盖范围内，但移动量仅为普通剃齿的几分之一，所以加工时间显著缩短；对 角线剃齿介于上述两者之间，刀具或齿轮在倾斜于轴的方向移动，剃削得齿宽可 以宽于刀具的齿宽，刀具或齿轮的移动量介于两者之间；径向剃齿法在剃削过程 中，剃齿刀与齿轮为线接触，因此具有效率高、刀具耐用度高、齿形精度高和加工表面粗糙度值低，有强制性的齿向修正能力，且特别适合于加工多联齿轮等优 点。 另外，按切削所必需的压力加在齿轮工件和刀具齿面上的方式，剃齿法可 以分为过盈啮合剃齿和制动剃齿两种。过盈啮合剃齿是：使刀具和齿轮无侧隙 啮合，再通过缩短中心距对齿面加以必需的切削压力；制动剃齿是：制动被动 的刀具或齿轮的轴，将必需的压力加于啮合齿面，这种加工方法通常用于只需 加工一侧齿面或剃齿刀和齿轮以任意啮合角啮合的情况， 通常用于大型齿轮的 齿向误差矫正。 轴向及径向剃齿的加工原理和径向剃齿优缺点1、轴向剃齿加工原理 剃齿是应用交叉轴螺旋齿轮啮合原理，利用齿面带小槽的具有切削能力的刀具齿轮与被加工件无间隙自由对滚啮合， 通过进给加压并利用啮合齿面间相对滑移产生的切 削作用去除金属进行加工。从理论上讲，刀具与工件啮合齿面间是一种点接触，但由于剃齿 过程中， 在进给压力作用下会使刀具与工件接触点处材料产生弹性和塑性变形，使得啮合齿 面接触点扩展为小椭圆面接触区。 如果剃齿刀和工件仅在原位转动，就只能在工件齿面上剃出一块狭窄的区域，为 剃出齿轮全部齿面， 轴向剃齿利用工作台沿工件轴线相对于刀具做轴向往复运动 来实现，每次往复行程后沿两轴线公垂线方向做径向进给，剃出要求的齿厚，轴向剃齿工作循环 2、径向剃齿加工原理 由前述剃齿原理可知，轴向剃齿啮合齿面间理论上是点接触，切削过程中在进给压力作用下齿面受载后扩展为一个比较小的椭圆面接触区，如果工 件与剃刀只在原位转动，工件齿面上只会剃出一个与剃刀切削刃槽宽等距的 狭窄剃痕。如果将剃齿刃进行特殊设计，使其与工件齿面保持全齿宽线接触 啮合，再将切削刃槽沿圆周螺旋错位排列，这样就可以使剃齿刀与工件只在 原位转动就可剃出整个工件齿宽，为剃至规定的齿厚尺寸，只需径向进给即可，这种剃齿方法就是径向剃齿，径向剃齿的应用条件 ：1、径向剃齿刀 口为保证剃齿刀与工件全齿宽线接触，剃刀齿长方向需做修形处理，即将剃刀的 齿向修成反鼓形，为保证剃全工件齿面和细化表面质量，提高剃齿效率，剃齿刀齿面切削刃槽必须 沿圆周呈螺旋状错位排列，并分成若干个错位组。刀具齿宽必须大于工件齿宽。 2、剃齿刀齿面与工件齿面为共轭齿面，因此刀具需在沿齿长和齿高方向修形。3、径向剃齿刀必须有质量可靠、供货稳定、价格适中的供货来源。 4、必须有修磨径向剃齿刀的修磨设备。5、必须有具备径向剃齿功能的高刚性剃齿