齿轮加工方法

高级齿轮工艺基础齿轮加工的基本知识(部分)、【教学目的和要求】掌握齿轮材料及其合理选择、齿轮加工的特点和要求，了解齿轮加工的基本原理，了解齿轮加工机床的主要组成部分和功能。 具有根据齿轮技术要求合理选择齿轮加工机床和技术的初步能力。 【教学内容概要】齿轮材料及其合理选择齿轮加工的特点和应用成形法与展示法原理(滚动齿原理)滚动齿加工、齿轮滚动齿插入、磨齿、剃齿、珩磨齿加工【教学重点、难点】齿轮加工的特点和应用、展示法的基本原理、滚动齿的应用、齿轮加工的基本知识(部分)、齿轮材料的合理选择、1、满足材料要求齿面各点有相对滑动，产生磨损。 齿轮的主要故障形式有齿面电蚀、齿面粘结、齿面塑性变形、齿轮齿折等。 因此，齿轮材料要求较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面需要足够的硬度和耐磨性，芯部需要一定的强度和韧性。 2、满足材料工艺性能的材料工艺性能是指材料本身能够适应各种工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工、热处理等加工，选材时要注意材料的工艺性能。 一般来说，碳钢锻造、切削加工等工艺性能良好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬火性差。 合金钢淬透性好，强度高，但锻造、切削加工性差。 我们可以通过改变工艺规则、热处理方法等来改善材料的工艺性能。 3、材料经济性的要求在满足使用性能的基础上，还要注意选择齿轮材料尽可能降低零件的总成本。 从材料本身的价格考虑。 因为碳钢和铸铁的价格比较便宜，在满足零部件机械性能的基础上选择碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且还能降低成本。 从齿轮生产过程的成本考虑。 首先，不同的热处理方法加工费用不同。 其次，通过改进热处理工艺还能降低成本。 4、齿轮材料和热处理对齿轮材料的基本要求： -齿面硬，齿心强韧加工和热处理容易软齿面齿轮面对硬度差为30-50HBS的常用齿轮材料及其热处理方法有： (1)对中碳钢(45钢等)进行调质和表面淬火，综合性能好，低速、轻负荷和中负荷(2)合金调质钢(如40Cr )进行调质或表面淬火，综合力学性能好，且热处理变形小，适用于要求中速高精度的齿轮。 (3)合金渗碳钢(如20Cr、20CrMnTi )进行渗碳淬火和液体渗碳氮共渗，齿面硬度达58HRC，适用于心部具有高韧性、高速、中荷重和冲击载荷的齿轮(4)铸铁和其他非金属材料(如尼龙、夹心橡胶等)。 这些材料强度低，加工方便，适合轻载齿轮。 5、钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种。 -表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，例如45，40cr钢等。 表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。 以疲劳点蚀、粘结力高为特点。 耐磨性好的齿心部分未淬火，齿轮仍具有足够的韧性，不太能承受冲击载荷。-渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和含低碳金钢，例如20，20cr钢等。 渗碳淬火后，齿面硬度可达5662HRC，但齿轮心部维持高韧性，齿轮齿的弯曲强度和齿面接触强度高，耐磨性好，常用于承受冲击载荷的重要齿轮传动。 齿轮渗碳淬火后，齿轮齿变形大，进行磨削加工。 -氮化氮化是表面化学热处理。 氮化后无需另行热处理，齿面硬度可达700900HV。氮化处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，因此适用于内齿轮和不易磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的氮化钢，如38CrMoAl等。-调质一般用于中碳钢和碳合金键，例如45、40Cr、35SiMn钢等. 调质处理后齿面硬度一般为220280HBS . 硬度不高，齿轮精加工可在热处理后进行。 -正火正火可以消除内部应力，使晶粒细化，改善力学性能和切削性能。 不要求机械强度的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径齿轮可采用铸钢正火处理。 6、齿轮空白齿轮空白的选择取决于齿轮材料、结构形式和尺寸、使用条件和生产批量等因素。 在常用的齿轮坯料中，(1)以下的材料不重要，用于力弱、尺寸小、结构简单的齿轮。 (2)锻件用于重要而力量强的齿轮。 (3)铸钢材用于直径大或结构形状复杂、不适于锻造的齿轮。 (4)铸铁材料用于力小、无冲击的开式齿轮。 二、齿轮加工原理、齿轮加工关键是齿面加工。 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。 前者加工效率高，加工精度高，是目前广泛采用的齿面加工方法。 后者主要用于牙面精加工，效率一般较低。 根据加工原理，分为成形法和展示法两种。 1 .成形法(也称仿形法)成形法是使用与被切齿轮的齿槽匹配的成形工具来加工齿形的方法。 用齿轮磨机在普通铣床上加工齿轮是常用的成形方法。 对一个齿槽进行铣削加工后，分度头将坯料旋转360/z，对下一个齿槽进行铣削加工，直到所有齿槽都被铣削加工。 如图所示，1.1齿轮立铣刀的选择请选择与被加工齿轮模块、压力角相等的立铣刀。 根据齿轮的齿数，根据下表选择适当数量的立铣刀。 1.2铣削方法使用卧式铣床，在主轴上设置断齿头和端托架顶部，调整铣削深度后，铣削第一个槽，铣削齿出现，按齿数顺序完成铣削。 1.3铣床加工特点，(1)普通铣床设备，工具成本低。 (二)生产效率低； 每次切牙都要进行分度，占用大量的辅助时间。 (3)齿轮精度低。 齿形精度只有11-9级。 主要原因是各立铣刀的刃齿轮廓仅符合该范围的最小齿槽，因此该立铣刀加工同组其他齿数的齿轮齿形存在一定误差。 2、展示法、展示法利用一对齿轮无齿隙时，两轮齿形互为包络线的原理加工齿轮。 加工时的工具和坯料的运动就像齿轮啮合一样，最后的工具是将坯料切成渐开线齿形。 用展示法切齿轮常用的工具有三种： (1)齿轮插刀齿形为刃的外齿轮；(2)齿条插刀齿形为刃的齿条；(3)齿轮滚刀如梯形螺钉，轴向截面的齿形为正确的直线齿形，相当于滚刀旋转时齿条移动。 可连续加工，生产率高。 特点：采用展示法加工齿轮时，只要刀具与被切割齿轮的模块压力角相同，无论被加工齿轮的齿数如何，采用同一刀具加工都给生产带来了极大的便利，因此展示法得到了广泛应用。 三、齿轮加工机床的类型和加工方法，圆柱齿轮加工机床主要有订书机、插入机、剃须机、大铲机和订书机等。 滚刀加工的原理是滚刀和牙膏模拟一对螺旋齿轮的啮合运动。 滚刀像齿数少的(12齿的)齿长的齿轮，像蜗杆一样，用刃磨后形成齿条的刃列。 因此，滚动齿可以看作是齿条刃切齿加工。 (1)滚刀加工滚刀加工是用滚刀在滚刀上加工齿轮的方法。 齿轮加工精度为87级，齿面粗糙度Ra的值为1.6m。 在订书机上用订书机订书机切断订书机订书机订书机订书机。此外，如图所示，Y3150E型订书机，1 .加工正齿圆柱齿轮，按照展示法原理用订书机加工齿轮时，必须严格保持订书机与工件的运动关系。 因此，滚刀加工正齿圆柱齿轮时的工作运动是主运动：滚刀的旋转运动(r/min )。 展示运动：滚刀的旋转运动和工件的旋转运动的复合运动，滚刀和工件的啮合运动。 两者之间应正确保持一对啮合齿轮副的传动关系。 即，滚刀旋转一周，工件就会进行k/z旋转。 其中，k是滚刀的头数，z是齿轮的齿数。 滚子齿轮的切割过程可以分解为，当前滚子齿切割下一薄层材料后，后滚子齿切割时，由于旋转的滚子齿为螺旋状，滚子齿的位置稍微向前移动，齿轮原材料同时旋转相应的角度。 后者的牙齿切掉另一层薄层的材料。 齿轮材料旋转，以使齿条刃向前方移动。 就这样，牙齿用刀切开整个齿槽，齿侧的齿形被包络。 因此，该方法能够用滚刀加工相同模块的齿数不同的齿轮。 理论齿形误差不存在。 2、加工斜齿圆柱齿轮，除上述三种运动外，还有一个工件附加旋转(即差动传动链)。 中所述情节，对概念设计中的量体体积进行分析。 斜齿轮加工时，在垂直进给过程中，差动机构和分度蜗轮可获得与齿轮的螺旋角相匹配的额外转速。 可通过调节差动交换齿轮来获得该运动。 加工正齿轮时，该差动机构应脱落。 3 .安装滚刀的滚刀齿时，切削部要求滚刀的螺旋方向与工件齿的齿长方向一致。 这是沿送齿剪切全齿长的条件。 因此，在加工前调整滚刀的安装角。 安装角度：螺旋升角：； 齿轮螺旋角：(斜齿)、轴进给运动：滚刀在工件的轴线方向上进行连续进给运动，在工件的整个齿宽上切出齿形。 (a )右转滚刀切断正齿轮(b ) 左转的霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布霍布4 .滚刀加工时工件的卡盘加工齿轮直径较小的情况下，工件以孔为中心被主轴定位卡盘，主轴上端的圆柱体由后支柱托架上的中心或套筒支承，加强工件的卡盘刚性。 加工直径较大的齿轮时，通常用具有较大端面的底座和主轴夹紧，或者直接将齿轮夹紧在订书机的工作台上。 5、滚刀加工的特点(1)适应性好。 (2)生产效率高。 (3)齿轮节距误差小。 (4)齿轮齿形的表面粗糙度差。 (5)滚刀加工主要用于直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。 (2)插入加工插入齿主要用于正齿圆筒内、外齿轮或多联齿轮、内、外花键等加工。 1 .插入齿的运动齿插入机的动作原理是一对圆筒齿轮啮合，一个齿轮成为工件，另一个齿轮成为齿轮状的齿插入工具。 镶嵌加工在原理上加工齿轮。 加工时必要的运动： (1)主运动(2)运动(3)圆周进给运动(工具旋转) (4)放射状切入运动(5)使切刀运动的Y5132型切入机，图像2，切入刀(1)切入刀的齿面形状，切入刀有顶刀后角和侧刀后角。 镶嵌切削刃的运动轨迹形成齿轮，称为产形齿轮，向正齿镶嵌切削刃端面的投影是产形齿轮的齿形。(2)插入切口后角和前角，1 )插入切口的顶刃后角和侧刃后角标准直齿插入切口为顶刃后角，2 )插入切口的顶刃前角和侧刃前角标准直齿插入切口为顶刃前角， 3 .用于插入切割类型的插入切割的正齿插入切割主要有三种类型，分别为盘状正齿插入切割、碗状正齿插入切割、锥柄正齿插入切割。 4 .镶块加工的特点(1)齿形精度高。 (2)得到的齿形表面粗糙度细。 (3)有利于提高工件的齿形精度和降低表面粗糙度。 (4)工件公法线长的变动量较大。 (5)生产率低。 (6)加工斜齿轮不方便，不能加工蜗轮。 另外，如图所示，(三)齿轮的其他加工方法，常用的齿面精加工方法有剃须、珩磨、磨床等方法。 1 .剃须加工剃须常用于未淬火圆柱齿轮的精加工，生产效率高，广泛应用于大批量生产。 盘形剃须刀形状像齿轮，加工时剃须刀和齿轮轴有角度地交错，作为螺旋齿轮啮合在一起。 安装时，剃刀相对于工件的轴线倾斜剃刀的螺旋角进行安装。 剃刀的圆周速度分解为沿着工件齿的方向的切线速度和沿着工件齿面的法线速度，驱动工件的旋转和轴向运动，刀具在工件表面刮去极薄的切屑。 同时，工作台使工件往复运动，刮掉齿轮齿的全长。 1.1、剃刀的工作原理，如图所示，1.2、剃刀的用途和种类，剃刀为精加工齿轮刀具，主要限制不能加工淬火齿轮。 剃刀根据其结构分为以下几类： (1)齿条型剃刀(2)盘型剃刀(3)小模块剃刀(4)蜗轮剃刀，如图所示，2 .按照与刮齿相同的加工原理，完成压实齿形的方法之一。 主要去除热处理后的齿面刻度，减小齿轮的齿面粗糙度值，使表面粗糙度ra为Ra0.40.2m，降低齿轮的传动噪声。 生产效率高，一般用于大量加工86级精度的淬火齿轮。 如图所示，3 .刷牙加工、刷牙加工主要使用高精度的齿轮和淬火的齿轮来完成齿形。 在一般条件下，加工齿轮的精度达到64级，表面粗糙度达到Ra0.8m0.2m。 砂轮采用砂轮与工件强制啮合的