典型零件的加工--齿轮2013

1、1 一、概述一、概述 二、齿轮零件工艺过程分析二、齿轮零件工艺过程分析 三、齿轮加工工艺过程中的关键问题三、齿轮加工工艺过程中的关键问题 四、齿轮加工方法录像四、齿轮加工方法录像 2 齿轮传动应用广泛，在机械制造中，齿轮生产占齿轮传动应用广泛，在机械制造中，齿轮生产占 有极重要地位。近年来，在提高齿轮生产率方面得到有极重要地位。近年来，在提高齿轮生产率方面得到 很大的发展，例如采用精密铸造、精密锻造、粉末冶很大的发展，例如采用精密铸造、精密锻造、粉末冶 金、热轧及冷挤新工艺，减少切削量，节约材料，提金、热轧及冷挤新工艺，减少切削量，节约材料，提 高劳动生产率，降低生产成本。在制造精密齿轮方面高

2、劳动生产率，降低生产成本。在制造精密齿轮方面 也有突破，采用磨齿法可制造出也有突破，采用磨齿法可制造出4 4级或级或3 3级精度齿轮。级精度齿轮。 3 4 v齿轮模数0.004100毫米 v齿轮直径由1毫米150米 v传递功率可达 十万千瓦 v转速可达 十万转/分 v最高的圆周速度达300米/秒 5 一、齿轮的技术要求一、齿轮的技术要求 二、齿轮的材料及毛坯制造二、齿轮的材料及毛坯制造 三、齿轮的热处理及其对加工质量的影响三、齿轮的热处理及其对加工质量的影响 四、齿轮的机械加工工艺过程四、齿轮的机械加工工艺过程 二、齿轮零件工艺过程分析二、齿轮零件工艺过程分析 6 一、齿轮的技术要求一、齿轮的

3、技术要求 l、齿轮精度和侧隙、齿轮精度和侧隙 精度：精度： 齿轮共分齿轮共分13个精度等级。（个精度等级。（012级）级） 国标中将齿轮各项公差分成国标中将齿轮各项公差分成、三个公差组。三个公差组。 它们分别是评定运动精度、平稳性精度、接触精度的它们分别是评定运动精度、平稳性精度、接触精度的 指标。允许各公差组选用不同的精度等级。指标。允许各公差组选用不同的精度等级。 7 侧隙：侧隙： 是指齿轮副啮合轮齿非工作面间沿法线方向的空隙。是指齿轮副啮合轮齿非工作面间沿法线方向的空隙。 为使齿轮副正常工作必须具有一定的侧隙。它是通过为使齿轮副正常工作必须具有一定的侧隙。它是通过 中心距变动和齿厚偏差来

4、控制。在标准中规定有中心距变动和齿厚偏差来控制。在标准中规定有14种种 齿厚偏差。齿厚偏差。 8 齿轮在加工、检验和安装时基准应尽量一致，并且齿轮在加工、检验和安装时基准应尽量一致，并且尽尽 量和设计基准一致量和设计基准一致。 2、齿坯基准表面的精度、齿坯基准表面的精度 齿坯基准表面的尺寸误差和形位误差影响齿轮与齿坯基准表面的尺寸误差和形位误差影响齿轮与 齿轮副的精度。齿轮副的精度。 齿坯的基准表面齿坯的基准表面 切齿时的安装端面切齿时的安装端面 安装在传动轴上的孔或安装在支承中的基准轴安装在传动轴上的孔或安装在支承中的基准轴 9 10 0.81.63.2 11 l l、材料的选择、材料的选择

5、 齿轮材料对齿轮的加工性能和寿命有直接的影响齿轮材料对齿轮的加工性能和寿命有直接的影响 高速齿轮高速齿轮的齿面容易产生疲劳点蚀，应选用齿面硬的齿面容易产生疲劳点蚀，应选用齿面硬 度较高而硬层较厚的材料；度较高而硬层较厚的材料； 有冲击载荷的齿轮有冲击载荷的齿轮传动，轮齿容易折断，应选用韧传动，轮齿容易折断，应选用韧 性较好的材料；性较好的材料； 低速重载的齿轮低速重载的齿轮传动，轮齿易折断，齿面易磨损，传动，轮齿易折断，齿面易磨损， 应选用机械强度大，齿面硬度高的材料。应选用机械强度大，齿面硬度高的材料。 齿轮的常有材料有：齿轮的常有材料有： 金属：金属：4545# #（正火或调质）、（正火或

6、调质）、40Cr40Cr（高频淬火）、（高频淬火）、 18CrMnTi18CrMnTi（渗碳）、（渗碳）、38CrMoAlA38CrMoAlA（氮化）、铸铁（氮化）、铸铁 二、齿轮的材料及毛坯制造二、齿轮的材料及毛坯制造 12 有色金属：黄铜有色金属：黄铜HPb59-1HPb59-1、青铜、青铜QSnPl0-1QSnPl0-1、铝合金、铝合金 非金属：夹布胶木、尼龙、塑料。非金属：夹布胶木、尼龙、塑料。 2 2、齿轮毛坯的制造、齿轮毛坯的制造 齿轮毛坯的形式主要有：棒料、锻件、铸件。齿轮毛坯的形式主要有：棒料、锻件、铸件。 棒料：用于小尺寸、结构简单而且对强度要求低棒料：用于小尺寸、结构简单而

7、且对强度要求低 的齿轮。的齿轮。 锻件：多用于齿轮要求强度高，还要耐磨、耐冲锻件：多用于齿轮要求强度高，还要耐磨、耐冲 击的场合。锻造后要进行正火处理，消除锻造应力，击的场合。锻造后要进行正火处理，消除锻造应力， 改善晶粒组织和切削性能。改善晶粒组织和切削性能。 铸件：多用于直径大于铸件：多用于直径大于400400600mm600mm的齿轮。的齿轮。 13 三、齿轮的热处理及其对加工质量的影响三、齿轮的热处理及其对加工质量的影响 1 1、齿坯热处理、齿坯热处理 钢料齿坯常用的热处理：正火或调质。钢料齿坯常用的热处理：正火或调质。 锻件或铸件：采用正火或退火，安排在铸造或锻锻件或铸件：采用正火或

8、退火，安排在铸造或锻 造之后，切削加工之前。这样可消除残留的铸造或锻造之后，切削加工之前。这样可消除残留的铸造或锻 造的应力，使组织重新结晶得到细化，从而改善了切造的应力，使组织重新结晶得到细化，从而改善了切 削性能和表面粗糙度。削性能和表面粗糙度。 棒料齿坯：采用正火或调质处理，一般安排在粗棒料齿坯：采用正火或调质处理，一般安排在粗 车之后，这样可以消除粗车形成的内应力。车之后，这样可以消除粗车形成的内应力。 14 2 2、轮齿的热处理、轮齿的热处理 轮齿常用的热处理：高频淬火、渗碳、氮化。轮齿常用的热处理：高频淬火、渗碳、氮化。 热处理的质量对齿轮加工精度和表面粗糙度影响热处理的质量对齿轮

9、加工精度和表面粗糙度影响 很大。往往因为热处理质量不稳定，引起齿轮定位基很大。往往因为热处理质量不稳定，引起齿轮定位基 面及齿面变形过大或表面粗糙度太大而报废。面及齿面变形过大或表面粗糙度太大而报废。 3 3、加工表面的粗糙度、加工表面的粗糙度 零件加工的表面粗糙度，是多种因素影响的结果。零件加工的表面粗糙度，是多种因素影响的结果。 与热处理的冷却过程、机械加工方法有关。与热处理的冷却过程、机械加工方法有关。 4 4、齿轮淬火变形及其改进措施、齿轮淬火变形及其改进措施 预热保护法：即将齿轮工件先在回火炉中预热到预热保护法：即将齿轮工件先在回火炉中预热到 260260320320，保温，保温1

10、1小时后立即取出进行高频淬火。小时后立即取出进行高频淬火。 15 四、齿轮的机械加工工艺过程四、齿轮的机械加工工艺过程 齿轮加工的工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求、齿轮加工的工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求、 齿轮结构及尺寸大小、精度要求、生产类型和车间现有的齿轮结构及尺寸大小、精度要求、生产类型和车间现有的 设备条件而定。一般可以归纳成如下的工艺路线：设备条件而定。一般可以归纳成如下的工艺路线： 毛坯制造毛坯制造- -齿坯热处理齿坯热处理- -齿坯加工齿坯加工- -轮齿加工轮齿加工- -轮齿热处理轮齿热处理- - 齿轮主要表面精加工齿轮主要表面精加工- -轮齿的精整加工轮齿的精整加工。

11、下面给出三个常见的盘形、中小尺寸齿轮的例子，代下面给出三个常见的盘形、中小尺寸齿轮的例子，代 表在三种不同生产类型下的加工工艺过程。表在三种不同生产类型下的加工工艺过程。 1 1、大批大量生产齿轮的工艺过程、大批大量生产齿轮的工艺过程 图图2-402-40所示为运输机齿轮零件图。表所示为运输机齿轮零件图。表2-122-12为机械加工为机械加工 工艺过程，表中还列出了主要工序简图。工艺过程，表中还列出了主要工序简图。 16 GB/T 10095.1-2008 17 18 19 20 21 2 2、成批生产齿轮的工艺过程、成批生产齿轮的工艺过程 图示为齿轮零件图。表图示为齿轮零件图。表2-132-

12、13为机械加工工艺过程为机械加工工艺过程 热处理：齿部G54。即齿部 高频淬火HRC54 22 23 3 3、单件小批量生产齿轮的工艺过程、单件小批量生产齿轮的工艺过程 图示为齿轮零件图。表图示为齿轮零件图。表2-142-14为机械加工工艺过程为机械加工工艺过程 热处理：齿部G52 24 25 1 1、定位基面的选择与加工、定位基面的选择与加工 齿轮加工时的定位基准应尽可能符合基准重合原齿轮加工时的定位基准应尽可能符合基准重合原 则。在齿轮加工的整个过程中也尽量选用统一基准。则。在齿轮加工的整个过程中也尽量选用统一基准。 小直径轴齿轮：小直径轴齿轮：可采用两端中心孔作为定位基准可采用两端中心孔

13、作为定位基准 大直径轴齿轮：大直径轴齿轮：通常用轴颈定位，并以一个较大通常用轴颈定位，并以一个较大 的端面作为支承；的端面作为支承； 带孔齿轮：带孔齿轮：则以孔定位和一个端面支承。则以孔定位和一个端面支承。 为了加工出符台各项精度参数要求的齿轮，齿坯为了加工出符台各项精度参数要求的齿轮，齿坯 的基准面必须具有相应的精度和粗糙度。的基准面必须具有相应的精度和粗糙度。 下面对带孔齿轮制造中定位基面的加工进行分析下面对带孔齿轮制造中定位基面的加工进行分析 三、齿轮加工工艺过程中的关键问题三、齿轮加工工艺过程中的关键问题 26 1) 1) 淬火前齿坯基面的加工方案：淬火前齿坯基面的加工方案： 大批大量

14、生产：钻大批大量生产：钻- -拉拉- -多刀车。多刀车。 成批生产：成批生产： 车车- -拉拉- -车或车车或车- -车。车。 单件小批生产：车单件小批生产：车- -车。车。 注意：注意： A A、对于带孔齿轮，如果齿坯技术条件中规定端面和齿、对于带孔齿轮，如果齿坯技术条件中规定端面和齿 顶圆对定位孔有一定的要求，在大批大量生产和成批生产顶圆对定位孔有一定的要求，在大批大量生产和成批生产 中采用内孔定位精加工端面、齿顶圆，这样就能保证端面中采用内孔定位精加工端面、齿顶圆，这样就能保证端面 圆跳动和外圆径向圆跳动的要求。圆跳动和外圆径向圆跳动的要求。 在小批生产和成批生产的转塔车床在小批生产和成

15、批生产的转塔车床“车车- -车车”方案中，方案中， 则必须在一次装夹中精加工出内孔、端面和外圆，以保证则必须在一次装夹中精加工出内孔、端面和外圆，以保证 它们之间的位置精度。它们之间的位置精度。( (一刀活一刀活) ) 27 B B、齿坯的大量生产有两个发展趋势：一是向切、齿坯的大量生产有两个发展趋势：一是向切 削加工自动线发展；另一个是向少无切削加工发展，削加工自动线发展；另一个是向少无切削加工发展， 即采用精锻和粉末冶金制造齿坯，只加工内孔后就可即采用精锻和粉末冶金制造齿坯，只加工内孔后就可 以进行轮齿加工。以进行轮齿加工。 2) 2) 淬火后齿坯基面的加工淬火后齿坯基面的加工 淬火后的齿

16、轮基准孔会有一定的变形，需要修正，淬火后的齿轮基准孔会有一定的变形，需要修正， 一般采用磨孔工序。一般采用磨孔工序。 由于磨孔的生产率低，在淬火变形不大而齿轮精由于磨孔的生产率低，在淬火变形不大而齿轮精 度要求不高度要求不高(8(8级级) )的情况下，应尽量采用推孔工艺。的情况下，应尽量采用推孔工艺。 28 2 2、轮齿的加工方案及分析、轮齿的加工方案及分析 主要取决于齿轮的精度、粗糙度、生产批量和生主要取决于齿轮的精度、粗糙度、生产批量和生 产厂的设备条件。根据最后获得轮齿精度和粗糙度的产厂的设备条件。根据最后获得轮齿精度和粗糙度的 方法不同，可以归纳成以下几种加工方案：方法不同，可以归纳成

17、以下几种加工方案： 1) 1) 滚滚( (插插) )齿方案：齿方案： 滚齿是最常用的切齿方法，它能加工直齿、斜齿滚齿是最常用的切齿方法，它能加工直齿、斜齿 和修正齿形的圆柱齿轮。滚齿精度一般可达和修正齿形的圆柱齿轮。滚齿精度一般可达7 78 8级，级， 最高可达最高可达4 45 5级，齿面粗糙度级，齿面粗糙度RaRa值可达值可达1.61.60.2um0.2um， 由于滚齿的整个切削过程是连续的，因此生产率较高。由于滚齿的整个切削过程是连续的，因此生产率较高。 插齿精度一般可达插齿精度一般可达7 78 8级，最高可达级，最高可达6 6级，齿面粗糙级，齿面粗糙 度度RaRa值可达值可达l.6l.6

18、0.2um0.2um。 29 用滚用滚( (插插) )齿作为轮齿最终加工的方案，多用于不齿作为轮齿最终加工的方案，多用于不 需淬硬的齿轮。需淬硬的齿轮。 对于模数较小、齿圈较窄的小齿轮、扇形齿轮，对于模数较小、齿圈较窄的小齿轮、扇形齿轮， 插齿的生产率就比滚齿高；插齿的生产率就比滚齿高； 中等模数以上中等模数以上( (大于大于2.5mm)2.5mm)的齿轮。滚齿的效率高的齿轮。滚齿的效率高 同一把滚刀可以加工模数和压力角相同的直齿轮同一把滚刀可以加工模数和压力角相同的直齿轮 和任意螺旋角的斜齿轮。而插齿不能，因为插齿是平和任意螺旋角的斜齿轮。而插齿不能，因为插齿是平 行轴啮合，滚齿是交叉轴螺旋

19、齿轮啮合，所以滚齿的行轴啮合，滚齿是交叉轴螺旋齿轮啮合，所以滚齿的 通用性比插齿好。通用性比插齿好。 但是在加工齿圈很近的多联齿轮、按展成法加工但是在加工齿圈很近的多联齿轮、按展成法加工 内齿轮、人字齿轮、齿条、带凸台齿轮及某些特殊齿内齿轮、人字齿轮、齿条、带凸台齿轮及某些特殊齿 轮等工件时只能用插齿。轮等工件时只能用插齿。 30 2) 2) 剃齿方案：剃齿方案： 剃齿加工的工艺路线为：滚剃齿加工的工艺路线为：滚( (插插) )齿齿- -剃齿。精度可剃齿。精度可 达达6 67 7级，齿面粗糙度级，齿面粗糙度RaRa值可达值可达0.80.8O.2umO.2um。剃齿方。剃齿方 案多用于不淬硬齿轮

20、，生产率高。由于剃齿是自由啮案多用于不淬硬齿轮，生产率高。由于剃齿是自由啮 合，对齿轮的运动精度提高很小，因此齿轮的运动精合，对齿轮的运动精度提高很小，因此齿轮的运动精 度就必须由剃前的滚齿或插齿保证。由于滚齿的运动度就必须由剃前的滚齿或插齿保证。由于滚齿的运动 精度比插齿高所以剃前加工一般都用滚齿。精度比插齿高所以剃前加工一般都用滚齿。 3) 3) 珩齿方案：珩齿方案： 珩齿加工的工艺路线为：滚珩齿加工的工艺路线为：滚( (插插) )齿齿- -剃齿剃齿- -淬火淬火- - 珩齿。珩齿可以降低齿面粗糙度，修正淬火变形，降珩齿。珩齿可以降低齿面粗糙度，修正淬火变形，降 低噪声，作为齿面淬硬后的光

21、整加工。加工精度可达低噪声，作为齿面淬硬后的光整加工。加工精度可达 6 67 7级，齿面粗糙度级，齿面粗糙度RaRa值可达值可达0.80.80.2um0.2um。生产率高。生产率高 31 4) 4) 磨齿方案磨齿方案: : 磨齿加工的主要工艺路线为：滚磨齿加工的主要工艺路线为：滚( (插插) )齿一淬火一齿一淬火一 磨齿。磨齿是目前轮齿加工中精度最高的加工方法。磨齿。磨齿是目前轮齿加工中精度最高的加工方法。 一般精度可达一般精度可达5 56 6级，最高可选级，最高可选3 34 4级。齿面粗糙度级。齿面粗糙度 RaRa值可选值可选0.80.80.1um0.1um。由于在一般齿轮磨床的传动中，由于

22、在一般齿轮磨床的传动中， 不像其它展成法那样连续分度而是单齿分度，带来了不像其它展成法那样连续分度而是单齿分度，带来了 回程和分度时的时间损失，所以生产效率很低，成本回程和分度时的时间损失，所以生产效率很低，成本 很高，但用蜗杆砂轮磨齿，可以提高生产率。很高，但用蜗杆砂轮磨齿，可以提高生产率。 32 5) 5) 硬滚硬滚( (刮刮) )齿方案：齿方案： 对于中硬齿面对于中硬齿面(HB350左右左右)及硬齿面及硬齿面(HRc50以以 上上)，日本发明的用大负前角，日本发明的用大负前角(一一300)的硬质合金滚刀硬的硬质合金滚刀硬 滚滚(刮刮)的方法，已在国内外受到普遍的重视。这种全的方法，已在国内外受到