机械加工工艺编程与实施课件-任务5.1圆柱齿轮的加工

项目5圆柱齿轮零件机械加工工艺编制与实施

《机械加工工艺编制与实施》项目本课程目标

【教学目标】最终目标：能编制圆柱齿轮零件的机械加工工艺规程，正确填写机械加工工艺文件。促成目标：1.能正确分析圆柱齿轮零件的技术要求；2.能合理编制圆柱齿轮零件的加工工艺规程；3.能对零件的加工工艺进行合理性分析，并提出改进建议；4.能考虑圆柱齿轮零件加工成本；5.能查阅并贯彻相关国家标准和行业标准。齿轮传动类型项目5圆柱齿轮零件机械加工工艺编制与实施项目5圆柱齿轮零件机械加工工艺编制与实施（a）盘形齿轮（b）套筒齿轮（d）轴齿轮（c）扇形齿轮（e）齿条

齿轮常见结构形式任务5.1项目5圆柱齿轮零件机械加工工艺编制与实施任务5.2任务5.3一二三六布置工作任务相关知识学习

制定实施计划

加工零件检测四工作任务实施

五工作结果评估

任务5.1直齿圆柱齿轮零件机械加工工艺编制直齿圆柱齿轮零件材料为40Cr，生产类型为小批生产。任务5.1直齿圆柱齿轮零件机械加工工艺编制一、布置工作任务

模数m3齿数Z26齿形角a20°精度等级7-7-8FH/GB/T10095—2008齿圈径向跳动公差Fr0.045公法线长度变动公差Fw0.040齿距极限偏差

0.020基节极限偏差

0.018齿向公差Fβ

0.018跨齿数k3公法线平均长度及极限偏差一、布置工作任务

模数m3齿数Z26齿形角a20°精度等级7-7-8FH/GB/T10095—2008齿圈径向跳动公差Fr0.045公法线长度变动公差Fw0.040齿距极限偏差

0.020基节极限偏差

0.018齿向公差Fβ

0.018跨齿数k3公法线平均长度及极限偏差任务5.1直齿圆柱齿轮零件机械加工工艺编制分析图样。（1）功用技术要求分析：（2）结构形体分析：（3）精度分析：（4）材料及毛坯分析一、布置工作任务

按规定的速比传递运动和动力。齿部高频淬火。属于盘套类零件，有内孔、键槽、外圆、齿形。加工方法：车、插、齿形加工？内孔IT7，齿形8级，齿顶圆IT11。键槽宽度IT9；位置公差：圆跳动、平行度、对称度要求，内孔、端面粗糙度为1.6，键槽侧面、分度圆为3.2，其余6.3。齿形精度？材料：40Cr，毛坯：锻件。1-齿轮毛坯；2-连皮；3-上模；4-下模；5-飞边◆传递运动的准确性（运动精度）34◆传递运动的平稳性（工作平稳性）◆合理的齿侧间隙◆载荷分布均匀性（接触精度）★1、圆柱齿轮的精度要求二、相关知识学习

GB/T10095—2001标准中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从1~12顺次降低。其中◆1~2级为超精密等级，◆3~5级为高精度等级，◆6~8级为中精度等级，◆9~12级为低精度等级。常用的精度等级为6～9级，7级精度是基础级，★2.齿轮传动的精度等级二、相关知识学习

★★★★表2-1圆柱齿轮各项公差和极限偏差的分组★★2.齿轮传动的精度等级★3、圆柱齿轮的精度检验组及测量条件表2-2齿轮精度检验组及测量条件

778

F

H（GB/T10095－2008）第Ⅰ公差组的精度等级（传递运动的准确性）第Ⅱ公差组的精度等级（传递运动的平稳性）第Ⅲ公差组的精度等级（载荷分布的均匀性）（法向）齿厚或公法线平均长度的上偏差（法向）齿厚或公法线平均长度的下偏差合理齿侧间隙★示例成形法展成法齿轮切削方法加工原理铣削、拉削、插削及磨削等滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等无切削加工有切削加工热轧或冷轧、精锻、粉末冶金等齿形加工方法加工中有无切削★4、齿轮的齿形加工方法◎成形法加工齿轮的原理：利用与被加工齿轮齿槽法向截面形状相符的成型刀具，在齿坯上加工出齿轮的方法◎成形法加工齿轮的方法：铣齿、拉齿、插齿及磨齿等。◎最常用铣齿，m<8,在卧式铣床上用盘状铣刀铣削；

m≥8在立式铣床上用指状铣刀铣削。

★5、成形法加工齿轮◎

成形法加工齿轮的特点（1）齿廓形状有模数铣刀刀刃形状保证；齿廓分布的均匀性有分度头分度保证。（2）渐开线齿轮的齿廓形状由该齿轮的模数m和齿数z决定。因而同一m不同z都要有一把相应的模数铣刀。（3）同一m，铣刀做8把,齿轮铣刀形状按最小齿数设计◎优点：用普通铣床可加工齿轮，模数铣刀结构简单，生产成本低。加工直齿、斜齿和人字圆柱齿轮，也可加工精度不高的大型齿轮。◎缺点：加工时间、辅助时间长；铣齿精度低，精度9-12级。Ra6.3－3.2μm

,适于单件小批生产或机修工作。刀号12345678加工齿数范围12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上

★5、成形法加工齿轮◎展成法加工齿轮利用一对齿轮啮合的原理。把其中一个转化为具有切削能力的齿轮刀具，另一个转化为被切工件。通过专用齿轮加工机床，强制刀具和工件做严格的啮合运动展成运动），在运动中，切削刃的运动轨迹逐渐包络出工件的齿形。◎展形法加工齿轮的方法：滚齿、插齿。

★6、展成法加工齿轮滚齿加工原理展成法加工齿轮。成形运动有滚刀的旋转运动和工件的旋转运动组成，滚刀和工件间必须保持严格的相对运动关系，滚刀转过1转时，工件相应的转过K/z转。成为展成运动。滚刀沿工件轴线的运动为进给运动。★1）滚齿

★6、展成法加工齿轮加工直齿圆柱齿轮的传动原理◎主运动传动链联系动力源和滚动主轴电动机—1—2—uv—3—4—滚刀◎展成运动传动链联系滚刀旋转和工件旋转4—5—ux—6—7—工作台◎垂直进给运动传动链联系工作台和刀架7—8—uf—9—10

★6、展成法加工齿轮★1）滚齿加工斜齿圆柱齿轮的传动原理◎形成渐开线齿廓的展成运动；形成齿长螺旋线的运动◎差动运动传动链联系刀架和工件刀架A21—12—13—uy—14—15—合成机构—6—7—uf—8—9

★6、展成法加工齿轮滚刀的合理使用按国家标准《高精度齿轮滚刀通用技术条件》的规定，Ⅰ型适用于JB3227－1999规定的AAA级滚刀、GB/T6084－2001《齿轮滚刀通用技术条件》规定的AA级滚刀；Ⅱ型适用于GB/T6084－2001所规定的AA、A、B、C级四种精度的滚刀。

★6、展成法加工齿轮★1）滚齿滚齿加工的工艺特点◎加工精度高，可加工7-8级齿轮◎生产率高◎一把滚刀可加工模数和压力角相同而齿数不同的圆柱齿轮,刀具通用性好。◎应用广泛，可单件小批也可大批大量生产。主要加工直齿、斜齿、圆柱齿轮和蜗轮、齿轮轴但不能加工内齿轮和双联齿轮。Y3150E滚齿机的组成加工工件最大直径500mm最大模数8mm最小齿轮5k（k为滚刀头数）

★6、展成法加工齿轮插齿原理◎

主运动◎

展成运动◎

径向进给运动◎

圆周进给运动◎

让刀运动

★6、展成法加工齿轮★2）插齿◎

主运动◎圆周进给运动◎

展成运动◎

径向进给运动◎让刀运动★2）插齿插齿机运动传动链

★6、展成法加工齿轮插齿机：分为立式、卧式两种，其中立式使用最普遍Y5132型：立式加工外齿轮最大分度圆直径320mm，最大宽度80mm；加工内齿轮最大分度圆直径500mm，最大宽度50mm.

★6、展成法加工齿轮★2）插齿插齿刀

★6、展成法加工齿轮★2）插齿◎

插齿加工精度较高插齿刀的制造、刃磨和检验均较滚刀简便，易保证制造精度。可加工7-8级齿轮◎

插齿齿向偏差比滚齿大插齿机主轴轴线于工件轴线平行度误差；主轴与套筒易磨损。插齿运动精度比滚齿差◎齿面粗糙度值较小形成齿形包络线的切线数目比滚齿多，齿面粗糙度优于滚齿。◎

插齿生产率比滚齿低插齿切削速度受往复运动惯性限制难以提高，空行程损失大。★适于加工模数小，齿宽较窄的内齿轮、双联及多联齿轮、齿条、扇形齿等。插齿加工的工艺特点

★6、展成法加工齿轮★2）插齿剃齿★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿01:25剃齿加工需要有以下几种运动：（1）主运动―剃齿刀带动工件的高速正、反转运动。（2）工件沿轴向往复运动－使齿轮全齿宽均能剃出。（3）工件每往复一次做径向进给运动－以切除全部余量。剃齿时注意的问题剃前齿轮材料：硬度22-32HRC时，剃齿刀校正误差能力最好剃前齿轮精度：剃齿后精度只能提高一级，剃齿不能修正公法线长度变动△Fw

剃齿余量：（P169表2－16）剃前齿形加工刀具：剃前滚齿刀剃前插齿刀剃齿刀的选用：分度螺旋角有5°、10°、15°多联齿轮中的小齿轮、斜齿轮直齿圆柱齿轮特别提示剃齿★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿剃齿刀的选用精度分级：A、B、C三级加工6、7、8精度齿轮分度圆直径：85、180、240mm

GB/T14333－2008《盘形轴向剃齿刀》分度圆螺旋角：5°、10°、15°

★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿剃齿YW4232型剃齿机★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿剃齿特点◎剃齿展成法加工，剃齿能提高齿形、齿向精度，降低Ra，不能修正分齿误差。◎剃齿用于成批和大量生产精加工齿面未淬硬的圆柱齿轮。◎加工35HRC以下的圆柱齿轮，精度可达6-7级，Ra可达0.8-0.4um◎剃齿生产效率高，设备简单，刀具耐用度高，但修磨不便。珩齿◎加工35HRC以上，代替剃齿。用于去除氧化皮、毛刺、降低Ra,不能提高齿形精度。★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿对热处理后的齿轮进行精整加工。珩齿原理及特点珩齿的应用主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺Ra1.60.4m一般可加工6-7级精度的齿轮珩轮：含有磨料的塑料齿轮珩齿修正误差的能力较差珩磨轮02:29珩齿★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿对热处理后的齿轮进行精整加工。滚齿——剃齿——热处理——珩齿滚齿——热处理——蜗杆式珩齿(a)外啮合珩齿(b)内啮合珩齿(c)蜗杆式珩齿图5.30珩齿方法◎成形法磨齿精度6-5级，Ra可达0.2-0.4um◎展成法磨齿精度6-4级,Ra可达0.2-0.4um磨齿；用砂轮在专用磨齿机上对齿轮进行精加工。★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿图5.31成形法磨齿

(a)双砂轮磨齿(b)单砂轮磨齿图5.32展成法磨齿03:24★7、齿形的精加工方法：剃齿、珩齿、磨齿1）双片碟形砂轮磨齿：分齿精度高

2）锥形砂轮磨齿（精度较低）3）蜗杆砂轮磨齿：连续分度适用于大量、成批生产中齿轮精加工，5级多用于单件、小批或成批生产中磨削6级精度齿轮磨齿适于淬硬齿面的精加工（3）4~6级适用于单件小批生产高精度直、斜齿轮（3~5级）★8、齿形的加工方法的选择齿轮的精度等级、结构特点、硬度、Ra、生产类型及设备条件等★9级精度以下齿轮铣齿—齿端加工—热处理—修正内孔：单件小批生产或维修★8-7级精度齿轮滚（插）齿—齿端加工—淬火——修正基准—珩齿：各种批量★7-6级精度齿轮滚（插）齿—齿端加工—剃齿—淬火—修正基准—珩齿（或磨齿）：★6-3级精度齿轮滚（插）齿—齿端加工—淬火—修正基准—磨齿：各种批量三、制定实施计划结构齿圈

+轮体（1）齿轮的结构特点直齿轮斜齿轮人字齿轮等盘类齿轮齿轮轴、内孔：多为精度较高的圆柱孔或花键孔。轮缘：具有一个或多个齿圈。单齿圈的组合结构：改善加工工艺性

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求三、制定实施计划

（2）圆柱齿轮传动的精度要求传递运动的准确性（运动精度）1234传递运动的平稳性（工作平稳性）合理的齿侧间隙载荷分布均匀性（接触精度）工作性能承载能力使用寿命噪声等三、制定实施计划

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求三、制定实施计划

（3）圆柱齿轮的精度等级

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求模数m3齿数Z26齿形角a20°精度等级7-7-8FH/GB/T10095—2008齿圈径向跳动公差Fr0.045公法线长度变动公差Fw0.040齿距极限偏差

0.020基节极限偏差

0.018齿向公差Fβ

0.018跨齿数k3公法线平均长度及极限偏差三、制定实施计划

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求（3）圆柱齿轮的精度等级举例778

F

H（GB/T10095－2008）第Ⅰ公差组的精度等级（传递运动的准确性）第Ⅱ公差组的精度等级（传递运动的平稳性）第Ⅲ公差组的精度等级（载荷分布的均匀性）（法向）齿厚或公法线平均长度的上偏差（法向）齿厚或公法线平均长度的下偏差合理齿侧间隙三个精度相同时，简化标注？？三、制定实施计划

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求

（3）圆柱齿轮的精度等级表5-6齿轮各项公差和极限偏差的分组三、制定实施计划★★★★★

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求

（3）圆柱齿轮的精度等级（4）圆柱齿轮的精度检验组及测量条件三、制定实施计划

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求本任务中的直齿圆柱齿轮：传递运动精度为7级，主要是公法线变动公差Fw为0.040mm，齿圈径向跳动公差为Fr为0.045mm；传动的平稳性精度为7级，主要有齿距极限偏差0.020基节极限偏差为0.018mm；载荷分布均匀性精度为8级，主要是齿向公差Fβ为0.018mm。端面与轴线有垂直度，两端面平行度要求。表面粗糙度为Ra1.6

m。齿轮表面需高频淬火，齿部硬度达45～50HRC。

三、制定实施计划

1.分析圆柱齿轮零件的结构和技术要求

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况

制造齿轮常用材料：锻钢和铸钢，其次是铸铁，在特殊情况下也可采用有色金属和非金属材料。三、制定实施计划齿轮材料

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况齿轮材料◆线速度较高的受力齿轮：38CrMoAIA渗氮钢◆低速重载、有冲击载荷的传力齿轮：应采用综合力学性能好的材料（如20Cr、20CrMnTi等）。◆低速、中载的重要齿轮及精度要求较高的齿轮：中碳合金钢（如40Cr）。◆低速、轻载或中载的一些不重要齿轮：中碳钢（如45钢）◆非传力齿轮：非淬火钢、铸铁、尼龙、夹布胶木等。更高的耐磨性和耐腐蚀性调质或表面淬火三、制定实施计划

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况齿轮毛坯◆毛坯形式主要有：棒料、锻件和铸件。三、制定实施计划图2.59

模锻齿轮毛坯1-齿轮毛坯；2-连皮；3-上模；4-下模；5-飞边

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况齿轮的热处理表面淬火渗碳淬火氮化正火调质齿坯的热处理

轮齿的热处理

三、制定实施计划

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况齿轮的热处理◆正火：消除内应力、提高强度和韧性，改善切削性能。齿坯正火一般安排在粗加工之前。正火硬度一般为：160-220HBS。（低碳钢）◆调质：常用于中碳钢，调质后硬度一般为：200-280HBS。调质多安排在齿坯粗加工之后半精加工之前进行。调质可作为最终热处理或为最终热处理做好组织准备。齿坯的热处理

三、制定实施计划齿轮的热处理◆齿面热处理：齿面高频淬火、渗碳淬火、碳氮共渗或渗氮等表面热处理。磨齿加工内孔缩，淬火后修正有键槽的齿轮，淬火后内孔椭圆，键槽宜淬火后加工或淬火后修正内孔。轮齿的热处理

2.明确圆柱齿轮的毛坯状况三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线1）确定加工方案齿形加工齿坯加工

1.齿坯加工精度：2.齿坯加工方案：a.大批大量生产时b.中批生产时c.单件小批生产时1.一般为滚齿、插齿加工2.齿形精整加工：剃齿、珩齿、磨齿齿形加工三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线1）确定加工方案齿形加工齿坯加工

1.齿坯加工精度：2.齿坯加工方案：a.大批大量生产时b.中批生产时c.单件小批生产时齿轮的内孔、基准端面或外圆经常是齿轮加工、测量和装配的基准，它们的加工精度对齿轮各项精度指标有着重要的影响。因此，切齿前齿坯的精度应满足一定的要求。三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线1）确定加工方案齿形加工齿坯加工

1.齿坯加工精度：2.齿坯加工方案：a.大批大量生产时b.中批生产时c.单件小批生产时三、制定实施计划1）确定加工方案◆齿坯的孔加工、端面和中心孔的加工以及齿圈外圆的加工。◆工艺方案取决于轮体结构、技术要求和生产类型等。（1）大批大量生产的齿坯加工（2）中批生产的齿坯加工（3）单件小批生产的齿坯加工流水线或自动线（生产率高）钻→拉→多刀车图5.44在多刀半自动车床上精车齿坯外形三、制定实施计划1）确定加工方案◆齿坯的孔加工、端面和中心孔的加工以及齿圈外圆的加工。◆工艺方案取决于轮体结构、技术要求和生产类型等。（1）大批大量生产的齿坯加工（2）中批生产的齿坯加工（3）单件小批生产的齿坯加工车床+拉床（拉孔）粗车→拉→精车加工质量稳定，生产率较高流水线或自动线钻→拉→多刀车（生产率高）齿坯的孔、端面及外圆的粗、精加工都在通用车床上经两次装夹完成。但必须注意将孔和基准端面的精加工在一次装夹内完成。三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线1）确定加工方案齿形加工1.一般为滚齿、插齿加工2.齿形精整加工：剃齿、珩齿、磨齿齿形加工三、制定实施计划本任务可采用滚齿——剃齿——热处理后珩齿◆齿轮加工工艺大致分为以下几个阶段：毛坯加工及热处理齿坯加工齿形加工之前的齿轮加工

齿形粗加工+齿端加工

齿形精加工修正精基准齿面热处理锻造、正火等齿面淬火等外圆、内孔、端面等加工滚齿、插齿、剃齿等珩齿、磨齿等推孔、磨孔、磨端面等检验（中间）检验（中间）检验

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线2）划分加工阶段14:34◆齿轮的齿端加工方式有：倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺。◆齿端加工必须安排在齿形淬火之前，滚（插）齿之后进行。◆该直齿齿轮齿端加工采用倒圆方式◆倒圆安排在齿轮淬火之前，滚齿之后齿端加工(a)倒圆(b)倒尖(c)倒棱图5.45齿端加工图5.46齿端倒圆三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线精基准修正齿面热处理2）划分加工阶段该齿轮要求对齿面进行高频淬火，齿面硬度达45-50HRC1.对于外径定心的花键孔→花键推刀推孔2.对于圆柱孔→推孔或磨孔（1）推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮（2）磨孔，精度高，但生产率不高，一般以齿轮分度圆定心（↓Fr，利于磨齿或珩齿），见齿轮分度圆定心示意图

图5.47齿轮分度圆定心示意图三、制定实施计划：修正淬火后齿形变形，进一步提高齿形精度和齿面粗糙度。◆这个阶段首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整。（2）6~7级精度的齿轮（3）5级精度以上的齿轮粗磨－精磨珩齿或磨齿齿形精加工三、制定实施计划3）定位基准选择带孔齿轮的定位、夹紧方式（1）以内孔和端面定位基准重合、定位精度高，适于成批生产，夹具精度↑（2）以外圆和端面定位找正外圆，生产率低，适于单件小批生产盘套类带孔齿轮的定位基准三、制定实施计划

3.拟定直齿圆柱齿轮的工艺路线4）加工工序安排毛坯锻造→毛坯热处理：正火→齿坯粗、精车端面磨削→插键槽→滚齿→齿端加工→剃齿→齿圈（轮）热处理→淬火→磨内孔→珩齿→检验三、制定实施计划

4.设计工序内容1）确定加工余量和工序尺寸：（1）粗加工时，外圆、端面、内孔均留余量1.5mm（2）端面、内孔均留磨削余量0.2mm。2）选择设备、工装（见直齿圆柱齿轮加工过程卡）三、制定实施计划

5.直齿圆柱齿轮机械加工工艺过程工序号工序内容定位基准设备10锻造

20正火

30粗车小端端面、外圆及台阶端面；调头，粗车大端端面、外圆及内孔，各外均留余量1.5mm外圆、端面车床CA613240调质，硬度

50精车小端端面、外圆及台阶端面，内、外圆倒角；调头，精车大端端面、外圆，车内孔，内、外圆倒角外圆、端面车床CA613260磨小端面大端面M713270键槽划线外圆、端面B钳工台、划针80插键槽达图样要求外圆、端面B插床90滚齿内孔、端面BY3150E

5.直齿圆柱齿轮机械加工工艺过程三、制定实施计划工序号工序内容定位基准设备100齿端倒圆内孔、端面Ｂ倒角机110去毛刺

120剃齿内孔、端面Ｂ

剃齿机

130齿部高频淬火：45HRC140磨内孔达图样要求外圆、端面ＢM2120A150珩齿内孔、端面Ｂ珩齿机160检验

四、工作任务实施学生按确定的工作计划，各自独立完成自己工作任务。★采用演示性实训★普通机床零件加工综合项目实训五、加工零件检测

1）公法线长度变动量FwFw是指在齿轮转一周范围内，实际公法线长度最大值与最小值之差.2）径向综合总偏差Fi″Fi″是指在径向（双面）综合检验时，产品齿轮的左右齿面同时与测量齿轮接触，并转过一整圈时出现的中心距最大值和最小值之差。图5.39公法线千分尺图5.40齿厚游标卡尺★齿轮齿形精度检测用双啮仪测径向综合偏差

五、加工零件检测

4）一齿径向综合偏差fi″

fi″是指被测齿轮在径向（双面）综合检验时，对应一个齿距角（360°.z）的径向综合偏差值。5）齿向偏差Fβ是指在分度圆柱面上全齿宽范围内，包容实际齿线的最近两条设计齿线间的端面距离。用径跳仪测量6）齿厚极限偏差图