第5讲齿形螺纹加工

1、清华大学基础工业训练中心徐徐伟伟国国制造工程基础 第5讲 齿形螺纹加工 零件结构工艺作业讲评：作业讲评：1）刚讲完特种加工，但并不意味着作业题全部或主要）刚讲完特种加工，但并不意味着作业题全部或主要需要运用特种加工知识。任何一道工艺题，都要根据需要运用特种加工知识。任何一道工艺题，都要根据题目的实际要求，独立思考，找出解题方案题目的实际要求，独立思考，找出解题方案.2）工艺无简单题，任何简单题都比较综合，同时具有）工艺无简单题，任何简单题都比较综合，同时具有一定的不确定性。同学一定要联系以前学的热处理知一定的不确定性。同学一定要联系以前学的热处理知识和工艺知识，综合考虑，在给定的工艺环境中求识

2、和工艺知识，综合考虑，在给定的工艺环境中求(甚甚至创造出至创造出)优化解，锻炼思维能力。优化解，锻炼思维能力。3) 在选择工艺方法时的基本思路：在选择工艺方法时的基本思路： 先选常规加工，再选特种加工；先选常规加工，再选特种加工； 先选普通加工，再选特殊加工；先选普通加工，再选特殊加工； 先选价廉加工，再选高价加工。先选价廉加工，再选高价加工。 4) 33页页41题（习题集）题（习题集）1. 关于电加工系统关于电加工系统: 1）系统构成）系统构成 2）各部分作用（阐述要比较充分，与填空不一）各部分作用（阐述要比较充分，与填空不一样）样）工作液循环系统：冷却、除屑和绝缘工作液循环系统：冷却、除屑

3、和绝缘2. 电加工的极性问题电加工的极性问题 1) 涉及放电加工的基本原理：涉及放电加工的基本原理： 放电通道的形成，电离后的放电通道的形成，电离后的电子和离子速度和运动方向；电子和离子速度和运动方向； 2）为实现工具电极的接近）为实现工具电极的接近无损耗加工无损耗加工，采用负极性加工。，采用负极性加工。3. 放电间隙特性曲线与自动放电间隙特性曲线与自动调节特性曲线调节特性曲线 1) 特殊点特殊点:无间隙与间隙无间隙与间隙最大最大之间；之间； 2) 希望自动调节到合理希望自动调节到合理间隙，此时加工效率最高。间隙，此时加工效率最高。即自适应系统即自适应系统激光加工激光加工的特点和的特点和应用应

4、用 1）功率密度大，功率密度大，108-1010W/cm2，可以加工任何金，可以加工任何金属和非金属材料。属和非金属材料。 2）无明显机械力，加工速度快，热影响区小，易实）无明显机械力，加工速度快，热影响区小，易实现加工过程自动化。现加工过程自动化。 3）可通过透明材料进行加工，如对真空管内部的器）可通过透明材料进行加工，如对真空管内部的器件进行焊接等。件进行焊接等。 4）聚焦后光斑尺寸小，功率大小可调节，可实现精）聚焦后光斑尺寸小，功率大小可调节，可实现精密微细加工。密微细加工。 5）加工精度）加工精度0.01-0.001mm，Ra值值0.4-0.1m。应用应用范围：焊接、打孔、范围：焊接、

5、打孔、切割切割、打标、打标、雕刻雕刻、微细加、微细加工、表面处理、合金熔复等。工、表面处理、合金熔复等。激光加工器：激光加工器：主要有固体激光器和二氧化碳气体激主要有固体激光器和二氧化碳气体激光器。光器。激光工作物质激光工作物质：钇铝石榴石：钇铝石榴石yttrium aluminitum garnet (组成组成 Y3AI2O12 分子量分子量 593.7 )、红宝石、红宝石、钕玻璃等。钕玻璃等。 超声波超声波加工（加工（Ultrasonic Machining, 简称简称USM） 利用利用工具端面做超声频振动（或通过磨料悬浮液工具端面做超声频振动（或通过磨料悬浮液）加工脆硬材料的一种方法。）

6、加工脆硬材料的一种方法。1.1.适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属脆脆材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等；材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等；玻璃：玻璃：100%；半导体：；半导体：250%；淬火钢：；淬火钢：1%2.2.工具较软易于制造；宏观切削力小；工具较软易于制造；宏观切削力小；3.3.加工表面质量好，尺寸精度加工表面质量好，尺寸精度0.01mm0.01mm，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa值值1.00.1m1.00.1m；4.4.工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。加工力工具

7、工件振动方向磨料工作液工 具 振 幅第第5 5讲讲 齿形螺纹加工齿形螺纹加工Gear and Thread machining第第1节节 齿形加工齿形加工第第2节节 螺纹加工螺纹加工第第3节节 成形面成形面加工加工*第第1节节 齿形加工齿形加工Gear machining第第1节节 齿形加工齿形加工Gear machining1.1 概述概述1.2 圆柱齿轮精度圆柱齿轮精度1.3 铣齿（成形法）铣齿（成形法）1.4 插齿和滚齿（展成法）插齿和滚齿（展成法）1.5 齿形精加工方法齿形精加工方法1.1 概述概述 Introduction 1.常见齿轮类型常见齿轮类型 variety of gear

8、s2. 齿形曲线：渐开线等。齿形曲线：渐开线等。 渐开线的形成：渐开线的形成： 渐开线的发生圆为基圆。用线渐开线的发生圆为基圆。用线绳沿基圆缠好绷紧展开，或用直尺绳沿基圆缠好绷紧展开，或用直尺沿着基圆做纯滚动无滑动的运动，沿着基圆做纯滚动无滑动的运动，线绳或直尺上任何一点的运动轨迹线绳或直尺上任何一点的运动轨迹即为渐开线。即为渐开线。3. 直齿圆柱齿轮的主要参数及其计算直齿圆柱齿轮的主要参数及其计算两个基本参数：两个基本参数：Two basic Parameters： m, 1）模数模数m module m 当齿数为当齿数为z时，分度圆时，分度圆indexed circle直径直径d与周节与周

9、节p： d=pz；d= ( p/)z令令 P/为为m，即模数，单位，即模数，单位为为mm。则，则，d=mz。模数标准化：模数标准化：1，1.25，1.5， 2， 2.5， 3，4，等，共有等，共有50种。小于种。小于1的模数齿轮称为的模数齿轮称为小模数齿轮，用于仪器仪表。小模数齿轮，用于仪器仪表。2）压力角）压力角 Pressure angle 渐开线齿形上任意一点渐开线齿形上任意一点K的法向力和速度之间的法向力和速度之间的夹角，成为的夹角，成为K点的压力角。点的压力角。3）渐开线特性）渐开线特性 characteristics of involute 渐开线上，基圆上压力角为零；渐开线上，基

10、圆上压力角为零；齿顶圆上的压力角最大；分度圆上齿顶圆上的压力角最大；分度圆上压力角为标准压力角：一般为压力角为标准压力角：一般为20与加工刀具压力角相适应。与加工刀具压力角相适应。4) 一对渐开线齿轮的正确啮合条件一对渐开线齿轮的正确啮合条件 两相啮合齿轮的模数与压力角两相啮合齿轮的模数与压力角必须相等（直齿）。必须相等（直齿）。5) 一对螺旋齿轮正确啮合的条件一对螺旋齿轮正确啮合的条件 增加：螺旋角相等，方向相反。增加：螺旋角相等，方向相反。6）直齿圆柱齿轮尺寸表）直齿圆柱齿轮尺寸表 dimension calculation table 1. GB10095-88标准规定，齿轮加工精度分标

11、准规定，齿轮加工精度分12级级： 远远 景景 级：级：12级；级； 高级精度：高级精度：35级；级； 中级精度：中级精度：68级；级； 低级精度：低级精度：912级。级。 2. 根据对传动性能的影响，标准对每个精度等级中根据对传动性能的影响，标准对每个精度等级中的各项公差分为三个组别的各项公差分为三个组别：（：（准、平、均、准、平、均、侧）侧） 第第公差组公差组：影响传递运动的准确性；：影响传递运动的准确性； 第第公差组公差组：影响传递运动的平稳性；：影响传递运动的平稳性； 第第公差组公差组：影响载荷分布的均匀性。：影响载荷分布的均匀性。1.2 圆柱齿轮精度圆柱齿轮精度 accuracy of

12、 gear machining准准平平均均侧侧3. 齿轮精度及齿侧间隙的标注齿轮精度及齿侧间隙的标注铣铣 齿：齿：8 9级或级或9级以下；级以下；滚、插齿：滚、插齿：8 7级；级；剃剃 齿：齿： 6级；级； 珩珩 齿：齿：7 6级；级；磨、研齿：磨、研齿：6 3级级 (高速、精密齿轮）高速、精密齿轮）4. 齿轮精度应用齿轮精度应用1.3 铣齿铣齿（成形法成形法）1. 成形法成形法2. 铣削直齿圆柱齿轮铣削直齿圆柱齿轮 1）铣齿方法）铣齿方法 2）铣齿要求）铣齿要求 3）铣刀刀号）铣刀刀号 4）铣齿加工范围）铣齿加工范围3. 铣齿的工艺特点和应用铣齿的工艺特点和应用 在普通铣床上加工齿形，属于成

13、形法，加工精度在普通铣床上加工齿形，属于成形法，加工精度可达可达9级，表面粗糙度级，表面粗糙度Ra6.33.2m。成形法：成形法：用与被加工齿轮的齿槽法向截面形状相符的用与被加工齿轮的齿槽法向截面形状相符的成形刀具，直接切出齿形的成形刀具，直接切出齿形的方法。方法。如如铣齿，拉齿铣齿，拉齿及及成形法磨齿成形法磨齿等。等。1) 模数铣刀铣齿，加工精度一模数铣刀铣齿，加工精度一般般9级，生产率低。级，生产率低。2) 齿轮拉刀拉齿或成形法磨齿，齿轮拉刀拉齿或成形法磨齿，加工精度高，成本高，生产率高。加工精度高，成本高，生产率高。1.成形法成形法XD6132A型万能升降台铣床型万能升降台铣床1）铣齿方

14、法）铣齿方法 在普通铣床上加工齿形的方法：在普通铣床上加工齿形的方法： 对准中心后，先对准中心后，先铣削一个齿，再分度铣削一个齿，再分度进行下一个齿的切削。进行下一个齿的切削。2. 铣削直齿圆柱齿轮铣削直齿圆柱齿轮2）铣齿要求）铣齿要求 铣齿刀的模数，压力角必需与被加工齿轮的模数，铣齿刀的模数，压力角必需与被加工齿轮的模数，压力角一致。压力角一致。模数模数m20；用；用指状指状铣刀铣刀加工。加工。？ 由于相同模数而齿数不同的齿轮，其分度圆，基由于相同模数而齿数不同的齿轮，其分度圆，基圆直径均不相同，因而其齿形也不相同。一般只制作圆直径均不相同，因而其齿形也不相同。一般只制作8把，分为把，分为8

15、个刀号。每把盘状铣刀的齿形按加工范围内个刀号。每把盘状铣刀的齿形按加工范围内的最小齿数设计，其他为近似齿形，的最小齿数设计，其他为近似齿形，存在刀具制造误存在刀具制造误差。差。3）铣刀刀号）铣刀刀号渐开线与基圆直径的关系：渐开线与基圆直径的关系： 基圆半径愈小，渐开线愈弯曲，愈大愈平直；基圆半径愈小，渐开线愈弯曲，愈大愈平直；（基圆半径无限大，渐开线为直线，即齿条（基圆半径无限大，渐开线为直线，即齿条 rack）4）铣齿加工范围）铣齿加工范围 可以铣可以铣直齿和螺旋齿圆柱齿轮直齿和螺旋齿圆柱齿轮。当铣削螺旋圆柱。当铣削螺旋圆柱齿轮时，为使铣刀的回转平面与螺旋槽的切线方向一齿轮时，为使铣刀的回转

16、平面与螺旋槽的切线方向一致，须将工作台由原来的位置板转致，须将工作台由原来的位置板转角（齿轮的螺旋角（齿轮的螺旋角）。当齿轮的螺旋槽为右旋时，工作台逆时针板转；角）。当齿轮的螺旋槽为右旋时，工作台逆时针板转；当齿轮的螺旋槽为左旋时，工作台顺时针板转。为铣当齿轮的螺旋槽为左旋时，工作台顺时针板转。为铣出螺旋槽，出螺旋槽，工件沿轴向移工件沿轴向移动一个导程的动一个导程的同时，必须绕同时，必须绕自身轴线旋转自身轴线旋转一周。一周。3. 铣齿的工艺特点和应用铣齿的工艺特点和应用1）生产成本低）生产成本低 使用普通铣床，铣齿刀和一般的铣刀结构上类似，使用普通铣床，铣齿刀和一般的铣刀结构上类似，结构简单，

17、机床及刀具费用低。结构简单，机床及刀具费用低。2）加工精度低）加工精度低 铣齿使用通用分度头，分度精度低；铣刀分号后，铣齿使用通用分度头，分度精度低；铣刀分号后，同组同组只有齿数最少的可获得准确的齿形，其余只能获只有齿数最少的可获得准确的齿形，其余只能获得近似的齿形。因此铣齿的得近似的齿形。因此铣齿的加工精度低加工精度低。3）生产效率低）生产效率低 每铣一个齿槽都必须消耗：对刀、铣削、切出、每铣一个齿槽都必须消耗：对刀、铣削、切出、退刀、分度、再铣另外一个齿槽，不能连续铣削，因退刀、分度、再铣另外一个齿槽，不能连续铣削，因此，铣齿的生产此，铣齿的生产效率低效率低。一般用于速度低、要求不高一般用

18、于速度低、要求不高的的9级或级或9级以下的齿轮级以下的齿轮系统误差（原理误差）。系统误差（原理误差）。1.4 插齿和滚齿（插齿和滚齿（展成法展成法） 1. 展成法展成法 2. 插齿插齿 3. 滚齿滚齿 4. 滚齿和插齿分析比较滚齿和插齿分析比较1. 展成法展成法 是利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用是利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用的齿轮加工机床上切出的齿形的一种加工方法，其中，的齿轮加工机床上切出的齿形的一种加工方法，其中，插齿和滚齿是展插齿和滚齿是展成法中最常见的两种成法中最常见的两种方法方法。其他如锑齿，。其他如锑齿，冷挤齿珩齿及磨齿。冷挤齿珩齿及磨齿。1）插齿机）插齿机2

19、. 插齿插齿 87级，级，Ra1.6m插插齿齿机机 插齿加工相当于一对无插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。啮合间隙的圆柱齿轮传动。2）插齿切削原理（）插齿切削原理（一对齿轮啮合一对齿轮啮合）3）插齿刀）插齿刀 实际上是一个精度很高的圆柱齿轮，周面呈圆锥实际上是一个精度很高的圆柱齿轮，周面呈圆锥形，以形成轮齿形，以形成轮齿刀刃的后角；端刀刃的后角；端面呈凹锥形，以面呈凹锥形，以形成前角。齿顶形成前角。齿顶高比标准圆柱齿高比标准圆柱齿轮大轮大0.25mm，以，以保证插削的圆柱保证插削的圆柱齿轮在啮合时有齿轮在啮合时有间隙。间隙。4）切削运动）切削运动：machining movement

20、 插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动，插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动，需需5个运动：个运动：主运动主运动；分齿运动分齿运动；圆周进给运动圆周进给运动；径向进给运动径向进给运动；让刀运动让刀运动 (relief movement)。4）插齿工作范围）插齿工作范围 同一模数的刀具可以加工同一模数的刀具可以加工不同齿轮齿数；不同齿轮齿数；直齿轮、双联直齿轮、双联齿轮、内齿轮、螺旋齿轮和齿轮、内齿轮、螺旋齿轮和插插削齿条削齿条。 2.滚齿滚齿1）滚齿和滚齿机）滚齿和滚齿机 滚齿在滚齿在滚齿机滚齿机上进行，滚齿属于展成法，加工精上进行，滚齿属于展成法，加工精度为：度为：87级，表面级

21、，表面粗糙度粗糙度Ra3.21.6m。滚齿机滚齿机 hobbing 滚刀滚刀 Hob2） 滚齿刀滚齿刀a）外形呈蜗杆状，实际上是一个齿外形呈蜗杆状，实际上是一个齿数很少的螺旋齿轮，多为单线右旋。数很少的螺旋齿轮，多为单线右旋。b）刀齿的形成刀齿的形成 滚刀圆柱面上开若干条沟槽，以滚刀圆柱面上开若干条沟槽，以形成刀齿并容纳切屑。当滚刀的螺旋形成刀齿并容纳切屑。当滚刀的螺旋升角升角5时，沿螺旋齿时，沿螺旋齿面法向开槽，当滚刀的面法向开槽，当滚刀的螺旋升角螺旋升角4，带钢齿心，带钢齿心; m Z315 Z3Z4 Z215 To protect the OD from interfering the

22、neighbor shaft， above checking should be proceeded. 512760306587例例1.车公制三角螺纹。车公制三角螺纹。When turning metric triangle threads， to calculate the relative match gears.试计算配换挂轮（看书）。试计算配换挂轮（看书）。 (自学教材：自学教材：p88p91）例例2. 车模数螺纹，试计算配换挂轮的齿数。车模数螺纹，试计算配换挂轮的齿数。 请注意普通螺纹、英制螺纹和模数螺纹的差别，请注意普通螺纹、英制螺纹和模数螺纹的差别，注意多线螺纹分线。注意多线螺纹

23、分线。防止乱扣问题：防止乱扣问题：1）机床丝杠螺距为工件螺距的整数倍时，不乱扣；）机床丝杠螺距为工件螺距的整数倍时，不乱扣；2）当不为整数倍时，乱扣）当不为整数倍时，乱扣.用打反车方式避免；用打反车方式避免；3）一旦出现乱扣，需要仔细地重新对刀）一旦出现乱扣，需要仔细地重新对刀. 思考题：用公制车床能否车削某些英制螺纹？思考题：用公制车床能否车削某些英制螺纹？3.3.保证中径保证中径To ensure medium diameter 靠多次进切深控制。靠多次进切深控制。To rely on the control of the depth of cut by multi-feed 检验方法：螺纹塞规检验方法：螺纹塞规和环规；螺纹千分尺和环规；螺纹千分尺. Inspection method：screw g