机械制造技术 课件 齿轮加工工艺过程设计

齿轮机械加工工艺过程机械制造技术教学目标知识目标：了解齿形加工原理；掌握齿形加工方法；了解各种齿形加工机床结构及使用；掌握常用齿轮刀具的结构、特性及使用。能力目标：具有合理设计齿轮机械加工工艺过程的能力。素质目标：仔细、认真、严谨的工作态度；良好的团队协作精神。01齿形加工方法02齿形加工机床03齿形加工刀具任务1齿形加工教学内容任务2齿轮机械加工工艺过程设计

齿坯的加工过程设计齿形的加工过程设计0102人字齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动齿轮齿条传动内啮合齿轮传动直齿圆柱齿轮传动行星齿轮传动直齿锥齿轮传动蜗轮蜗杆传动任务1齿形加工大部分齿轮都是经过切削加工获得的。按成形原理可分为成形法和展成法。无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。1无切削加工齿轮2切削加工任务1齿形加工任务1齿形加工一、成形法加工齿轮的工作原理与刀具一、成形法加工齿轮1工作原理加工精度低由于存在分度误差及刀具的安装误差，以及齿形近似误差所以加工精度较低，一般只能加工出IT9-IT10级精度和表面粗糙度为Ra6.3-3.2um的齿轮。成本低能在普通铣床上加工各种齿轮，特别是加工人字圆柱齿轮是其它加工方法无法代替的。生产效率低刀具的切削刃形状与被加工齿轮的齿槽横截面形状相同。利用成形法加工齿轮有：铣齿、拉削、插削、成形磨齿等。最常用的方法是在普通铣床上铣削齿轮，如所示。2铣齿特点任务1齿形加工3盘形齿轮铣刀盘形铣刀适用于加工中小模数（m<8）的直齿、斜齿圆柱齿轮或齿条。盘形齿轮铣刀中小模数的盘形齿轮铣刀，一般都采用整体结构，对大模数可采用镶齿结构。盘形锥齿轮铣刀直齿锥齿轮的齿形是球面渐开线，因此锥齿轮铣刀只能用于粗加工和加工低精度的直齿锥齿轮。直齿锥齿轮铣刀在端面上印有“伞”标记。刀号应按照齿轮的当量齿数来选择。标准盘形齿轮铣刀zv=z/cosδ直齿锥齿轮节锥角一、成形法加工齿轮任务1齿形加工4指形齿轮铣刀指状铣刀适于加工大模数（m=8～40）的直齿、斜齿圆柱齿轮，也是人字齿轮的主要加工刀具之一，是多于两列人字齿轮的唯一加工刀具。通用指形齿轮铣刀大螺旋角尖齿指形齿轮铣刀刀具规格为模数m=8~40mm，齿形坐标尺寸和盘形齿轮铣刀相同。可改善通用指形铣刀的工作条件，提高铣刀耐用度和生产率，提高齿形精度、降低齿面粗糙度。a)通用指形齿轮铣刀b)大螺旋角尖齿指形齿轮铣刀一、成形法加工齿轮任务1齿形加工5齿轮铣刀的选用由于同一模数不同齿数的形状不同，需要不同的刀具来完成这样刀具的数目就会有许多，为简化刀具数目，通常生产上采用刀号（8把或15把一套）的办法，如下表所示。即用某一刀号的铣刀铣制模数和压力角相同而齿数不同的一组齿轮。每号铣刀的齿形均按所铣制齿轮范围中最小齿数的齿形设计的。刀号12345678加工齿轮范围/齿12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上8把一套的盘形齿轮铣刀刀号及加工齿数范围一、成形法加工齿轮任务1齿形加工展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。齿数不同的齿轮，只要模数和压力角相同，都可以用同一把刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。特点：展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。二、展成法加工齿轮任务1齿形加工滚齿加工相当于交错轴斜齿轮副的啮合过程。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。滚刀实质就是一个蜗杆，其切削刃位于该蜗杆的螺纹表面上。(

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)滚齿加工原理1滚齿二、展成法加工齿轮任务1齿形加工(

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)滚齿运动(

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)滚齿加工特点主运动：滚刀的旋转工件的旋转运动沿工件轴向进给沿工件径向进给展成运动：滚齿加工采用展成原理，适应性好，解决了成形铣齿的铣刀数过多的问题，并解决了铣刀相似齿形误差和间断分度误差，精度高；滚齿加工是连续分度，连续切削，无空行程，生产效率高；由于受结构的限制，加工齿面的表面粗糙度大于插齿加工。主要用于直齿、斜齿圆柱齿轮、蜗轮的加工，不能加工多联齿轮。(

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)滚刀的安装在滚切直齿和斜齿圆柱齿轮时，为保证加工出的齿形的正确性，滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。因此在滚刀安装时，应根据滚刀的螺旋角和工件的螺旋角使滚刀相对于工件转动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过的角度称为滚刀的安装角。安装角等于滚刀的螺旋角。滚刀的旋向不同，转角的方向也不同。安装角由滚刀螺旋角和工件螺旋角决定。当两者旋向相同时，安装角为工件螺旋角与滚刀螺旋升角之差；反之为二者之和。加工斜齿时：加工直齿时：二、展成法加工齿轮任务1齿形加工(

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)齿轮滚刀滚刀的基本蜗杆渐开线基本蜗杆阿基米德基本蜗杆法向直廓基本蜗杆渐开线基本蜗杆制造困难，精度控制较难，很少使用。阿基米德蜗杆端面剖面为阿基米德螺旋线，轴向截面齿形为直线，易加工；但加工有齿形误差，齿顶与齿根处齿形误差不超过10μm，被广泛使用。法向直廓蜗杆工艺较为方便，可用直线刃车刀安装在N－N或N1－N1剖面进行车加工，其轴向剖面是延长渐开线，因此也有齿形误差。主要用于大模数、多头、螺旋槽滚刀，或用于粗加工滚刀。滚刀的基本蜗杆二、展成法加工齿轮任务1齿形加工(

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)齿轮滚刀滚刀的结构滚刀结构分为整体式和镶片式。中等模数用直槽整体结构；m>7mm时可选用镶片滚刀。滚刀安装时，以孔定位，利用孔径平行轴线的键槽和螺母压紧，保证滚刀的两个端面与轴线垂直。滚刀结构b)镶片式a)整体式二、展成法加工齿轮任务1齿形加工(

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)齿轮滚刀滚刀的精度滚刀按精密程度分为AA级、A级、B级、C级。滚刀精度等级与被加工齿轮精度的关系滚刀精度等级AA级A级B级C级可加工齿轮精度等级IT6～IT7IT7～IT8IT8～IT9IT9～IT10滚刀的头数对加工精度影响大。采用多头滚刀，参与切削的齿数增多，切削效率高，但由于头数分度误差造成加工精度较低一般用于粗加工。齿轮滚刀的头数二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（1）插齿加工原理相当于一对圆柱齿轮的啮合传动过程。插齿刀实质上是一个端面有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的渐开线齿轮。插削齿轮时，插刀与齿坯相当一对齿轮作无间隙的啮合运动，同时又沿被加工齿轮轴线方向作高速直线往复运动。插齿刀加工示意2

插齿二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（2）插齿运动（3）插齿加工特点插齿刀没有滚齿刀的近似误差，精度比滚齿高；齿面的表面粗糙度值小；运动精度低于滚齿；齿向偏差比滚齿大；插齿的生产率比滚齿低。插齿刀是加工圆柱齿轮常用的刀具之一。可加工直齿、斜齿圆柱齿轮，人字齿轮及齿条，特别对于内齿轮和双联齿轮的加工尤为方便。二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（4）插齿刀插齿刀类型插齿刀形状像齿轮，要求模数和齿形角与被加工齿轮相等。如果加工斜齿用斜齿插齿刀。主要用于加工内、外啮合的直齿、斜齿、人字齿轮及齿条盘形插齿刀主要用于加工多联齿轮和带台肩及阶梯的齿轮，也可用于盘形插齿刀应用范围内的齿轮、齿条等。碗形插齿刀主要用于加工内啮合的直齿及斜齿锥柄插齿刀二、展成法加工齿轮任务1齿形加工插齿刀的精度等级插齿刀精度等级与被加工齿轮精度的关系插齿刀型式直齿插齿刀（GB6081－85）斜齿插齿刀盘形（Ⅰ型）碗形（Ⅱ型）锥柄（Ⅲ型）盘形锥柄插齿刀精度AA、A、BAA、A、BA、BA、BA、B被切齿轮精度IT6~IT8IT6~IT8IT7~IT8IT7~IT8IT7~IT8二、展成法加工齿轮任务1齿形加工剃齿是精加工直齿或斜齿圆柱齿轮刀具。剃后齿轮精度等级可达到6~7级，获得表面粗糙度Ra0.16~1.25μm。剃齿加工相当于一对螺旋齿轮作双面无侧隙啮合的过程。（1）剃齿加工原理剃齿加工原理3剃齿二、展成法加工齿轮任务1齿形加工剃齿加工效率高，一般2~4min可以完成一件。剃齿加工对齿轮的切向误差修正能力差；对齿形误差和基节误差有较强修正能力；材料为高速钢，只能加工硬度低于35HRC的齿轮。（2）剃齿的工艺特点及应用（3）剃齿刀剃齿刀是一个沿齿面高方向上开有很多容屑槽形成切削刃的斜齿圆柱齿轮，剃齿刀是在被加工齿轮带动下旋转，双方有相对滑动。二、展成法加工齿轮任务1齿形加工珩是一种用于加工淬硬齿面的齿轮光整加工方法。与剃齿原理相同，所不同的是将剃齿刀改为珩磨轮。珩齿余量一般不超过0.025mm，切削速度为1.5m/s左右，工件的轴向进给量为0.3mm/r左右。径向进给量控制在3-5纵向行程。（1）珩齿原理珩齿加工原理示意图4

珩齿二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（2）珩齿加工特点珩齿加工精度高，可达IT6~7，齿面粗糙度Ra1.25~0.32μm，且比磨齿加工生产率高，成本低，经济性好。齿面质量好。经珩磨后齿面压应力增大，提高了抗疲劳强度；同时珩齿时齿面不易产生烧伤和裂纹，从而延长了齿轮使用寿命。珩磨轮的精度是提高珩齿精度的关键，而高精度珩磨轮的制造与修磨比较困难。珩齿对纠正齿距误差的能力较差，必须依靠合理的工艺方法来保证。二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（3）珩齿方法及工艺特点根据珩磨轮和被加工齿轮的不同形状以及相互之间不同啮合可分为：外啮合珩齿、内啮合珩齿、蜗杆状珩磨轮珩齿二、展成法加工齿轮任务1齿形加工（4）珩磨轮m>4m<4珩磨轮珩磨轮的精度对珩齿精度影响极大，珩磨轮的精度与制造方法有关。珩磨轮类型制造方法（指齿圈）精度等级适用范围外齿珩磨轮两次复制浇注成型8~10级一般精度齿轮内齿珩磨轮一次复制浇注成型7~9级多联齿轮，带肩齿轮，少齿数齿轮蜗杆型珩磨轮浇注后，齿形面经磨削加工5~6级优先选用珩磨轮制造方法、精度及选择二、展成法加工齿轮任务1齿形加工5磨齿（1）磨齿的工作原理成形法磨齿是采用成形砂轮磨出齿轮的渐开线齿形磨齿加工是适用于淬硬齿轮的精加工方法。其加工精度可达IT4~IT6级，表面粗糙度Ra0.2~0.8um。由于磨齿加工采取强制啮合的方式，不仅修正能力强，而且可以加工表面硬度很高的齿轮。但磨齿加工效率低、机床复杂、调整困难，加工成本高，主要应用于齿轮精度要求很高的场合。成形法磨齿a)磨直齿外齿轮b)磨直齿内齿轮二、展成法加工齿轮任务1齿形加工展成法磨齿锥形砂轮磨齿原理：根据齿轮和齿条的啮合原理进行的。双碟形砂轮磨齿原理：是采用一对碟形砂轮的工作棱边进行磨齿，工作原理和锥形砂轮磨齿原理相同。碟形砂轮磨齿工作原理锥形砂轮磨齿原理二、展成法加工齿轮任务1齿形加工大平面砂轮磨齿原理：用一个大平面砂轮的工作端面作为“假想齿条”的一个齿面，利用假想齿条与齿轮啮合的原理使被磨齿轮作展成运动，磨出渐开线齿形。蜗杆砂轮磨齿原理：将蜗杆砂轮的轴向截面看成“假想齿条”，其基本原理与滚齿相似。二、展成法加工齿轮任务1齿形加工任务2齿轮机械加工工艺过程设计盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条(即齿圈半径无限大的圆柱齿轮)。其中盘类齿轮应用最广。一、齿轮类型任务2齿轮机械加工工艺过程设计二、齿轮零件的技术要求齿轮号ⅠⅡ齿轮号ⅠⅡ模数m22基节极限偏差Fpb±0.013±0.013齿数z2842齿形公差ff0.0110.011精度等级

7GK7JL齿向公差Fβ0.0110.011齿圈径向跳动Fr0.0360.036跨齿数

45公法线长度变动Fw0.0280.028公法线平均长度

21.3627.611.齿轮传动精度ⅠⅡⅢ三组公差，分别评定运动精度、工作平稳性和接触精度。运动精度要求能准确传递运动，传动比恒定；工作平稳性要求齿轮传递平稳，少无冲击、振动和噪声；接触精度要求齿轮传递动力时，载荷沿齿面分布均匀。齿坯主要技术要求包括基准孔(或轴)的直径公差和基准端面跳动。1.齿轮的材料及热处理①中碳钢(如45钢)进行调质或表面淬火。②中碳合金钢(如40Cr)进行调质或表面淬火。③低碳合金钢(如20Cr、20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共渗。④铸铁及其它非金属材料(如夹布胶木，尼龙等)。这些材料强度低，易加工，适用于一些轻载的齿轮。2.齿轮的毛坯①棒料

用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。②锻件

用于重要而受力较大的齿轮。③铸钢件

用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。④铸铁件

用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。任务2齿轮机械加工工艺过程设计三、齿轮的材料与毛坯任务2齿轮机械加工工艺过程设计四、定位基准选择1、内孔和端面定位符合“基准重合”原则，适用于在批生产。2、外圆和端面定位不符合“基准重合”原则，适用于单件小批生产。五、齿端加工齿轮的齿尖加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等。（a)倒圆（b）倒尖（c）倒棱齿端倒圆加工示意图序号工序内容定位基准1毛坯锻造

2正火

3粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ30H12外圆及端面4拉花键孔