第8章圆柱齿轮加工工艺与装备.ppt

,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。,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,2.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65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0.010.05mm，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）67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(m)：2.510。,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=18mm时，每种模数分成8组（即8把刀）；模数m=916mm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一般计算法。zv=z/cos3图表法精确计算法。,8.3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。,8.4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：69级。滚齿加工的表面粗糙度Ra(m)：1.255。,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2002000mm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,（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,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0.21.5mm的盘形剃齿刀,模数在28mm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：67级。被加工表面粗糙度Ra(m)：0.040.32。,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：67级。被加工表面粗糙度Ra(m)：0.040.32。,挤齿加工示意图,2.挤轮,合并式挤轮开槽挤轮,8.5.3磨齿加工简介,1.磨齿加工的原理,（1）成形法磨齿原理成形法磨齿是利用成形砂轮磨削齿轮的渐开线齿形。（2）展成法磨齿原理锥砂轮磨齿就是展成法磨齿加工的代表，其按照齿轮和齿条的啮合原理进行。,成形法磨齿展成法磨齿加工,2.磨齿的特点,磨齿的主要缺点是生产率较低，加工成本较高。因而，过去在大量生产齿轮时，很少采用磨齿工艺。随着对齿轮的传动精度和传动功率的要求不断提高，要求齿轮具有承受大载荷、高速度、低噪声、长寿命的性能。因而就必须提高齿轮的精度和齿面的硬度。现在随着磨齿效率成倍增长，加工成本不断下降，这就使磨齿工艺在大量生产齿轮中逐渐得到广泛的应用。磨齿加工精度：47级（最高可达到3级）。被加工表面粗糙度Ra(m)：0.160.63。,8.5.4珩齿加工简介,1.珩齿原理,珩齿相当于一对交错轴斜齿轮传动，将其中一个斜齿轮换成珩磨轮，则另一个斜齿轮就是被加工的齿轮。,珩齿加工,2.珩齿加工特点,齿面质量好。经珩磨后齿面压应力增大，提高了耐劳强度。同时，齿面不易产生烧伤和裂纹，从而延长齿轮使用寿命。珩齿是在原有的基础上提高齿轮精度的，必须严