齿轮齿形加工

.,第九章齿轮齿形加工,本章主要内容：,1、齿轮齿形加工概述2、常用齿轮刀具3、滚齿加工原理4、齿轮加工机床（滚齿机）5、齿面精加工,.,第九章齿形加工概述,模数：小到0.1mm，大至100mm；直径范围：从几毫米到10m以上；齿数：可在51000之间；齿形：渐开线齿形、摆线齿形和钟表齿形等。,.,一、齿轮齿形加工方法,压力加工（无屑加工）,切削加工,.,无屑加工生产率高、材料消耗小、成本低，但加工精度还不够高。,切削加工制造齿轮更为普遍，加工精度较高的齿轮主要通过切削和磨削加工获得。,特点：,表9-1常见的齿形加工方法,.,常用加工方法1、铣齿加工2、滚齿加3、插齿加工4、剃齿加工5、珩齿加工6、磨齿加工,.,（一）成形法,二、齿轮齿形形成原理,使用切削刃形状与被切齿轮的齿槽法面截形完全相符的成形刀具切出齿形的方法。,.,1、成形法加工所需的运动,1）形成母线渐开线,成形法，不需成形运动,2）形成导线直线或螺旋线,相切法，需2个成形运动（刀具的旋转及轨迹运动）,.,2、成形法加工的刀具,a）盘铣刀b）指状铣刀,适用于加工模数小于8的齿轮,适用于加工模数较大的齿轮,.,表9-2盘形铣刀刀号及加工齿数范围,铣刀的齿形曲线按所加工齿数范围中最小齿数设计，故加工该范围内其它齿数的齿轮时齿形时有误差，且随着模数增大误差增大。,.,成形法加工精度较低，生产率不高。但是不需要专用机床，设备费用低，且不会出现根切现象。,4、成形法加工的用途,3、成形法加工的特点,适用于单件小批生产加工精度为912级，表面粗糙度Ra6.33.2的齿轮齿形的加工。,（二）范成法,利用齿轮啮合的原理形成齿形。即把齿轮啮合副（齿条一齿轮、齿轮一齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。,F9-2滚齿运动,qm052,滚齿、插齿、剃齿、磨齿、珩齿等都属于范成法切齿。,.,1、范成法加工所需的运动,1）形成母线渐开线,范成法，1个范成运动,2）形成导线直线或螺旋线,相切法，2个成形运动（刀具的旋转及轨迹运动）,.,2、范成法加工的刀具,.,1）齿轮滚刀,.,渐开线蜗杆,.,阿基米德蜗杆,.,滚刀的结构,整体式中小模数（m10mm）镶片式可转位式,滚刀的精度,AAA（6级以上）、AA（6-7）、A（7-8）、B（8-9）、C（10）级,高低,.,2）插齿刀,原理：插齿刀与被切齿轮的关系相当于一对相互啮合的圆柱齿轮的关系，插齿刀由齿轮转化而成。精度等级：AA、A、B，分别用于加工6、7、8级精度的齿轮。,标准直齿插齿刀的类型：,用途：主要用于加工外直齿轮及大直径内齿轮。加工模数为112mm。,（1）盘形插齿刀,.,（2）碗形直齿插齿刀,用途：主要用于加工多联齿轮和带有凸肩的齿轮。加工模数为18mm。,.,（3）锥柄插齿刀,用途：主要用于加工内齿轮。加工模数为13.75mm。,.,3、剃齿刀,剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，为了形成切削刃，在每个齿的齿侧沿渐开线方向开了许多小容屑槽。,1剃齿刀,.,3、珩磨轮,珩磨轮是珩齿的刀具，它是由金刚砂磨料加环氧树脂等材料浇铸或热压而成的塑料齿轮。,1珩磨轮,.,刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，与被切齿轮的齿数无关，因此可以用一把刀具加工出同一模数和齿形角、任意齿数的齿轮。,范成法加工刀具的特点,.,3、范成法加工的特点,精度较高、生产率较高；需专门齿轮机床，且机床的调整、刀具的制造和刃磨较复杂。一般用于成批大量生产。,.,第二节滚齿加工,属于范成法，其原理相当于一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动。滚齿过程中，滚刀与齿坯作强迫啮合运动时，即切去齿坯上的多余材料，在齿坯表面加工出共扼的齿面，若滚刀再沿齿轮轴向进给，就可加工出全齿长，形成一个新的齿轮。,.,第二节滚齿加工,滚齿加工的适应性好、生产率高，应用广泛；但滚齿加工出来的齿廓表面粗糙度较大。滚齿加工主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮和蜗轮，而不能加工内齿轮和多联齿轮。,.,一、滚齿加工传动原理,运动形成渐开线齿廓的范成运动和形成齿面的直线导线的运动。,（一）加工直齿圆柱齿轮的传动原理,主运动滚刀旋转,范成运动滚刀旋转+工件旋转,进给运动滚刀架直线移动,.,图9-3滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图,.,1、范成运动传动链内联系,滚刀45ix67工作台，由它保证工件和刀具之间严格的运动关系。,.,2、主运动传动链外联系,电动机12iv34滚刀。这条传动链产生切削运动。,.,3、垂直进给运动传动链外联系,工作台78if910刀架,.,一、滚齿加工传动原理,运动形成渐开线齿廓的范成运动和形成齿面的螺旋线导线的运动。,（二）加工斜齿圆柱齿轮的传动原理,主运动滚刀旋转,进给运动工件旋转+滚刀架直线移动,范成运动滚刀旋转+工件旋转,.,“同旋向多转，异旋向少转”,.,图9-4滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,.,1、范成运动传动链内联系,滚刀45合成机构67ix89工作台,2、主运动传动链外联系,电动机12iv34滚刀,3、垂直进给运动传动链外联系,工作台910if1112刀架,4、差动传动链内联系,刀架1213iy1415合成机构67ix89工作台（工件），以保证形成螺旋齿向线。,.,滚齿加工传动原理图,.,二、滚刀的安装,滚刀螺旋方向必须与被切齿轮齿形线方向一致。,滚刀的安装角：滚刀轴线与被切齿轮端面的角度,加工直齿圆柱齿轮：,加工斜齿圆柱齿轮：,“同向相减，异向相加”,.,图9-6滚切直齿圆柱齿轮时滚刀的安装角,右旋滚刀,左旋滚刀,.,图9-7滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角a）右旋滚刀加工右旋斜齿轮b）右旋滚刀加工左旋斜齿轮,a）b）,.,三、Y3150E滚齿机,工件最大直径：500mm；最大模数8mm主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮径向切入法加工蜗轮切向切入法加工蜗轮（配备切向进给刀架）,qm052,图9-8Y3150E型滚齿机外形,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,.,.,主运动,范成,进给,差动,.,传动链分析思路：,确定末端件列出计算位移列出运动平衡式计算换置式,.,（一）主运动传动链,1、两末端件：电动机主轴VIII,3、运动平衡式：传动路线：电机IIIIIIIVVVIVIIVIII（主轴）,2、计算位移：电动机转速n电主轴转速n（r/min）,.,4、换置式：iv,A/B22/44；33/33；44/22,iII-III27/43；31/39；35/35,iv可实现九级变速（40250r/min）,n,iv,A，B,变速挂轮,（二）范成运动传动链,1、两末端件：滚刀工件,3、运动平衡式：主轴VIIIVIIVIVIVIX合成机构挂轮机构XIII,2、计算位移：滚刀转1转工件转K/Z转,加工直齿圆柱齿轮时，i合成1加工斜齿圆柱齿轮时，i合成2,.,4、换置式：ix,Z,K,ix,a,b,c,d,E、F的选择：当5Z/K20时，取E48，F24当21Z/K142时，取E36，F36当Z/K143时，取E24，F48,挂轮E、F的作用：工件齿数变化范围很大时调整ix的数值，使挂轮a、b、c、d齿数不致相差太大，使其结构紧凑，并便于选取挂轮。,分齿（范成）挂轮,.,滚切斜齿圆柱齿轮时，安装分齿挂轮a、b、c、d时应按照机床说明书的要求使用惰轮，以使范成运动方向正确。,注意：,（三）垂直进给运动传动链,1、两末端件：工作台滚刀架,3、运动平衡式：工作台XIIIXIVXVXVIXVIIXVIIIXXI刀架,2、计算位移：工作台转1转滚刀架移动f,iXVII-XVIII49/35；30/54；39/45,刀架丝杠导程,.,4、换置式：if,f,if,a1,b1,iXVII-XVIII,进给挂轮4种传动比,共可获得12种进给量,（四）差动运动传动链,1、两末端件：滚刀架工作台,3、运动平衡式：,2、计算位移：滚刀架轴向移动S工件转1转,工件螺旋线导程,.,4、换置式：iy,mn,K,iy,a2,b2,c2,d2,滚切斜齿轮时，i合成2,工件齿轮导程：,范成运动换置式：,差动挂轮,.,1、换置式中不含工件齿数Z，因此差动挂轮a2、b2、c2、d2的选择与工件齿数无关。2、在装配差动挂轮时也应根据工件齿的旋向，参照机床说明书的要求使用惰轮，以使附加转动方向正确无误。,说明：,.,空行程传动链：,快速移动的方向由电机旋转方向来改变。,用手柄经蜗轮副及齿轮传动与活塞杆相连的丝杠上的螺母实现。,快速电机13/262/25XXI刀架,工作台快速移动：床身右端的液压缸实现,工作台及工件的径向切入运动：,本节结束,.,第三节插齿加工概述,插齿相当于一对圆柱齿轮相啮合。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。插齿刀齿轮磨出前后角以形成切削刃，啮合运动包络线形成齿形。,.,插齿刀的形状如同圆柱齿轮，但其具有前角、后角和切削刃。插齿时，它的切削刃随插齿机床的住复运动在空间形成一个渐开线齿轮，称为产形齿轮。展成运动一方面包络形成齿轮渐开线齿廓，另一方面又是切削时的圆周进给运动和连续的分齿运动。在开始切削时，还有径向进给运动，切到全齿深时径向进给运动自动停止。,.,为了避免后刀面与工件的摩擦，插齿刀每次空行程退刀时，应有让刀运动。插齿刀是种展成法齿轮刀具，它可以用来加工同模数、同压力角的任意齿数的齿轮；既可以加工标准齿轮，也可以加工变位齿轮。,.,工艺特点：应用广加工直齿轮、多联齿轮、内齿轮，扇形齿轮、齿条精度78级，Ra1.6往复运动，有空行程，刚度差，生产率较低多用于中小模数齿轮的加工。质量：运动多，传动链复杂，切向误差大传递运动准确性比滚齿低。插齿刀制造刃磨方便，精确，齿形误差小传递运动平稳性比滚齿高往复频繁，导轨磨损，刀具刚性差，齿向误差大承受载荷均匀性比滚齿差。,.,由于轮齿被切削的次数多，即包络线多插齿齿面粗糙度Ra值较小。硬质合金插齿刀加工淬硬齿轮，精度67级，Ra0.40.8，工艺简单，成本低,.,按范成原理加工齿轮插齿过程，相当于一对轴线平行的圆柱齿轮的啮合过程。,一、插齿原理,.,插齿运动主运动：插齿刀上下往复运动分齿运动：强制插齿刀与齿轮坯之间保持一对齿轮的啮合关系径向进给运动：切出齿深。圆周进给运动：插齿刀的旋转运动。让刀运动：防止擦伤。,.,.,二、插齿机传动原理图,主运动传动链：电机M12uv345曲柄偏心盘A；圆周进给传动链：曲柄偏心盘A546uf789蜗杆蜗轮B插齿刀主轴范成运动传动链：插齿刀主轴蜗轮B蜗杆9810ux1112蜗杆C蜗轮工作台,.,对于6级精度以上的齿轮或者淬火后的硬齿面的加工，插齿和滚齿有时已不能满足其精度和表面粗糙度的要求，因此要在滚齿或插齿后再进行齿面的精加工。常用的齿面精加工方法有剃齿、珩齿、磨齿、研齿等。,第四节齿面精加工,.,图9-13剃齿加工,.,1、剃齿IT7IT6，Ra：0.80.4m。（1）剃齿刀剃齿刀：相当于斜齿圆柱齿轮。（2）剃齿原理和剃齿运动原理：展成法剃齿运动剃齿刀剃齿刀旋转带动工件正转、反转转动，工作台带动工件往复运动，往复一次剃齿刀径向进给0.020.04mm/str，剃齿余量0.080.12mm。（3）剃齿的特点可提高渐开线齿形精度和齿向精度，降低表面粗糙度，不能修正被切齿轮的分齿误差。,.,2、珩齿（1）原理：剃齿相同（展成法）。（2）作用：去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。（3）珩磨轮：磨料和环氧树脂合成后浇铸而成，相当于斜齿轮，见图7.12（m4，带齿芯；m4，不带齿芯）。（4）珩齿运动：剃齿相同，转速比剃齿高，为10002000r/min，余量为0.010.02mm，或不留加工余量，径向进给一次完成，实现磨削、剃削和抛光的综合作用。珩磨轮（5）珩齿特点：对修正齿形精度和齿向精度作用不大，不能修正被切齿轮的分齿误差，生产率高，改善表面质量。常用工序：滚齿剃齿淬火珩齿,.,图9-14珩齿加工,.,3、磨齿IT6IT4IT3，Ra：0.80.2m原理：成形法和展成法。（1）成形法磨齿IT6IT5，Ra：0.80.4m，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。（2）展成法磨齿锥面砂轮磨齿锥面砂轮磨齿,.,砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用砂轮右侧面磨削第1齿槽的右侧面，从根部磨至顶部；然后工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第l齿槽的左侧面，也从根部磨至顶部，当第l齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。（2）双碟形砂轮磨齿两片砂轮倾斜一定角度，构成假想齿条两个齿的外侧面，同时磨削两个齿槽的两对应侧面。磨削完毕，工件退离砂轮并进行分度，再磨削另外侧面。直至各齿面磨削完毕为止。3、成形法磨齿与展成法磨齿（1）展成法磨齿精度高。（2）展成法磨齿生产率低。（3）展成法磨齿成本高。双蝶形砂轮磨齿,.,图9-15蜗杆砂轮磨齿,图9-17锥形砂轮磨齿,.,图9-16双碟形砂轮磨齿,.,4、研齿IT7IT6，Ra：1.60.2m设备：研齿机。研具：精密的铸铁齿轮。研磨剂：磨粒：220240，活性润滑油特点：与珩齿相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齿形精度。1、平行轴线研磨法（图7.16）过程：研磨轮与被研齿轮的轴线平行，研磨时被研齿轮带动平行轴线研磨法研磨轮作无侧隙的自由啮合运动，被研齿轮还作轴向往复运动，研磨轮被轻微制动。经一段时间后，研磨轮和被研磨轮作反向旋转，使齿的两个侧面被均匀研磨。特点：由于齿面的滑动速度不均匀，研磨量也不均匀，在齿顶及齿根部分的滑动速度大，研磨量也大。,.,2、交叉轴线研磨