圆柱齿轮制造

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本章主要讲述渐开线圆柱齿轮制造工艺的特色，加工方法及设备选择，典型齿轮机械加工工艺文件制订方法等。通过本章的学习，可以对圆柱齿轮零件加工工艺知识有一个系统的认识，具备独立制订齿轮零件工艺与实施加工的能力。目录4.1圆柱齿轮制造概述4.2圆柱齿轮零件工艺分析4.3圆柱齿轮齿槽加工4.4圆柱齿轮精加工4.5圆柱齿轮其他辅助加工及检验4.6综合训练齿轮的主要功用是通过一对齿轮的啮合来传递任意两轴之间的运动和动力，是现代机械中应用最广的一类机械传动元件。

齿轮由齿圈和轮体两部分组成，在齿圈上可切制直齿，斜齿和人字齿等齿形，轮体可以制成各种不同形状，以适应各种不同场合。轮体的结构形状直接影响到齿轮加工工艺过程中各工艺因素的确定。因此，齿轮的工艺分类，可以按齿轮轮体的结构形状为依据。在机器中，常见的圆柱齿轮有以下几类，如图4-1所示。4.1圆柱齿轮制造概述4.1.1圆柱齿轮的功用和结构特点（1）传递运动准确主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的速比转过相应的角度。齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过一定的限度。（2）传动平稳齿轮传动平稳、无冲击、振动和噪声小。这就需要限制齿轮传动中瞬时传动比的变化，即一齿转角精度。（3）载荷分布均匀要求齿轮啮合时，齿面接触良好，接触面积较大，载荷分布均匀。避免产生应力集中，造成齿面局部磨损，影响齿轮的使用寿命。（4）传动侧隙合理一对相互啮合齿轮的非工作齿侧面之间必须留有一定的间隙，其作用是贮存润滑油，使工作齿面形成油膜，减少磨损。4.1.2齿轮传动的精度要求

1.成形法成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。常见齿轮成型法加工方法有铣削和拉削两种方式。铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完后退出进行分度，依次逐个完成各齿槽的铣削。铣齿加工特点如下：1）用普通的铣床设备，且刀具成本低。2）生产效率低，每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。3）齿轮精度低，齿形精度达仅IT9～11级。4.1.3齿轮加工方法简介

2.展成法展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下分类：（1）插齿加工一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加工精度一般为IT7～8级。齿面粗糙度Ra值为1.6μm。（2）滚齿加工一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮，滚齿精度一般为IT7～9级，当采用高精度滚刀和滚齿机时，可滚切5级精度的齿轮。（3）剃齿加工剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的方法，剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。（4）珩齿加工珩齿的加工表面粗糙Ra0.4～0.2μm。主要作用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工IT6～8级精度的淬火齿轮。（5）磨齿加工磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达IT4～6级,Ra0.2～0.4μm。磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大类。

3.齿轮加工的其它方法（1）齿轮滚制（2）热间锻造（3）冷间锻造（4）冲剪（5）普通铸造（6）精密铸造有毂模法、石膏模法等。此外，还有粉末冶金法、射出成形法等齿轮加工方法。4．齿形加工工艺比较不同精度等级、生产批量的齿轮加工工艺方案有所不同，齿轮加工工艺过程大致可划分为如下几个阶段：1）齿轮毛坯的形成：棒料、锻件或铸件；

2）粗加工：切除较多的余量；

3）精加工：车、滚、插齿；

4）热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等；

5）齿面的精加工：精修基准、精加工齿形（磨、剃、珩、研、抛等）。4.1.4齿轮加工工艺过程本节我们以典型渐开线圆柱齿轮为例学习圆柱齿轮工艺设计的方法。

下图零件为拖拉机变速箱中倒档中间轴齿轮，其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。请认真分析后制订此“中间轴齿轮”零件（见图4-2）的机械加工工艺规程，生产批量为5000件/年。4.2圆柱齿轮零件工艺分析4.2.1圆柱齿轮加工精度分析本零件为回转体零件，其最主要加工面为φ62H7孔和齿面。其次，两轮毂端面由于装配要求，对φ62H7孔有端面跳动要求。最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对φ62H7孔也有端面跳动要求。4.2.2确定材料及毛坯制造方法齿轮材料的种类较多，生产上主要采用15钢和45钢。对速度较高，受力较大或精度要求高的齿轮，常采用合金结构钢20Cr、40Cr、18CrMnTi、40MnVB、20MnVB等。此外，为了减少金属切削加工，可用尼龙、塑料压铸成形的齿轮。齿轮毛坯的选择决定于齿轮材料、结构形状、尺寸规格、使用条件以及生产批量。常用的有下面几种：（1）棒料一些不重要，受力不大而尺寸较小，结构简单的齿轮，可直接采用棒料毛坯。（2）锻坯用于重要而受力较大的齿轮。（3）铸钢毛坯用于直径很大或结构形状复杂的齿轮。

（4）铸铁件铸铁齿轮易加工，成本低，但抗弯强度，抗冲击和耐磨性较差，故常用于受力小、无冲击、低速的齿轮，常用牌号为HT200。4.2.3圆柱齿轮加工工艺规程的制订

1.确定表面加工方法齿面加工是整个齿轮加工的关键。齿面加工方法的选择主要取决于齿轮的精度等级、生产批量、生产条件和切齿厚时所采用的热处理方法。对于7～8级精度的齿轮，用滚齿或插齿能满足要求。采取滚(插)齿—齿端加工—齿面热处理—校正内孔的加工工艺方案。6～7级精度不淬硬齿轮可采用滚齿—剃齿。由于剃齿是用自由啮合来完成切削的，对齿轮的传递运动准确性精度提高较少，该项精度由滚齿来保证。

6～7级精度淬硬齿轮，当生产批量较少时可采用滚(插)齿——齿端加工——齿面热处理——修正基准——磨齿的加工工艺方案。

5、6级精度齿轮，可采用粗滚齿——精滚(插)齿——齿面热处理——修正基准——磨齿的加工工艺方案。

“中间轴齿轮”表面的加工方法为：（1）φ62K7孔加工要考虑：①生产批量较大，应采用高效加工方法；②零件热处理会引起较大变形，为保证φ62K7孔的精度及齿面对φ62K7孔的同轴度，热处理后需对该孔再进行加工。故确定热处理前采用扩孔－拉孔的加工方法，热处理后采用磨孔的加工方法。（2）齿面根据精度8-7-7的要求，并考虑生产批量较大，故采用滚齿－剃齿的加工方法。（3）大小端面采用粗车－半精车－精车加工方法。（4）环槽采用车削方法。

2.选择定位基准齿轮加工定位基准的选择应符合“基准重合”的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致，同时在齿轮加工整个过程中(如滚、剃、珩等)应选用同一个定位基准，以保持基准统一。选定“中间轴齿轮”加工的定位基准如下：（1）精基准选择齿轮的设计基准是φ62K7孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选φ62K7孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠，选一大端面作为第二定位精基准。在磨孔工序中，为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。在加工环槽工序中，为装夹方便，选外圆表面作为定位基准。（2）粗基准选择着重考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。3.拟定加工工艺路线孔的加工主要采用三种方案：钻—扩—铰—插；钻—扩—拉—磨；镗—拉(或插)—磨。单件、小批生产时，一般采用普通车床加工齿坯，但必须注意将内孔和基准端面的精加工在一次安装内完成(基准端面须作记号)。方案1（见表4-3）采用工序分散原则，各工序工作相对简单。方案2（见表4-4）工序相对集中，便于管理，普通机床，较少使用专用夹具，易于实现。生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案1较好。成形法是利用与被加工齿轮齿槽法面截形相一致的刀具，在齿坯上加工出齿形。成形法加工齿轮的方法有铣削、拉削、插削及磨削等，其中最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。

（一）成型法铣齿加工铣齿加工是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形的一种方法。如图4-4a、b所示，铣削时工件安装在分度头上，铣刀对工件进行切削加工，工作台带动工件作直线进给运动，加工完一个齿槽后将工件分度转过一个齿，再加工另一个齿槽4.3圆柱齿轮齿槽加工4.3.1成形铣削加工（二）齿轮铣刀及分类铣削齿轮所用的刀具有模数盘形齿轮铣刀和指状铣刀。1．盘形铣刀如图4-5a所示。适用于模数m为0.3～50mm范围内低精度的直齿、斜齿圆柱齿轮的加工，其生产率和加工精度都比较低，适于单件生产或修配工作中加工要求不高的圆柱齿轮。2．指状铣刀如图4-5b所示。每铣完一个齿，也要借助分度头分度。这种刀具适于加工大模数(m为8～40mm)的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。（三）齿轮铣刀的选用1.铣刀刀号的选择用铣刀加工直齿圆柱齿轮时，其截形应与工件端剖面内的齿槽廓形相同。当加工齿轮的模数、压力角相同，而齿数不同时，齿槽形状各不相同。对m≦8㎜的通用齿轮铣刀，规定由8件铣刀组成一套。对m>8mm通用齿轮铣刀，则有15件组成一套。在被切齿轮模数较大且精度较高时，一套铣刀也可由26件组成。每号铣刀的齿形均按所加工齿轮齿数范围内最少齿数的齿形设计齿廓，而按齿数最多的齿轮确定齿高，以获得比较有利于啮合传动的铣刀齿廓，见表4-5。例如，6号铣刀的齿形，是按齿数为35的齿形设计的。当用6号铣刀加工齿数为36～54的齿轮时，使被加工齿轮除分度圆齿厚相同外，其齿顶与齿根处的齿厚均变薄，这种齿形误差，对低精度齿轮是允许的。2.加工斜齿轮时铣刀的选择用铣刀加工斜齿轮时，刀具是在齿轮的法剖面内进行铣削的。因此，选择铣刀号时，其模数及齿数应分别按斜齿轮的法向模数mn法剖面中的当量齿数zv选择。mn和zv可由下式求出：mn=mcosβzv=z／cos3β式中mn—法向模数；

zv—当量齿数；

m—斜齿轮的端面模数；

β—斜齿轮的螺旋角；

z—斜齿轮的齿数。

（一）滚齿加工原理及应用1.滚齿加工原理滚齿加工过程实质上是一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动过程，如图4—6所示。4.3.2滚齿加工滚齿过程如图4-7所示。当滚刀旋转时，其移动速度与被切齿轮在啮合点的线速度相等。设所用的滚刀为单头，被切齿轮的齿数为z，当滚刀绕自身轴线转一转时，相当于刀齿沿法向移动一个齿距（πmn）,则被切齿轮必须转过一个齿（1/Z转）。2.滚齿加工的应用（1）加工直齿圆柱齿轮的传动原理由滚齿原理分析可知，滚切直齿圆柱齿轮时所需的加工运动包括形成渐开线齿形的展成运动、形成全齿宽所需的轴向进给运动和切出全齿高所需的径向进给运动。如图4—8所示。1）展成运动传动链联系滚刀主轴旋转和工作台旋转的传动链(刀具—4一5一ux一6—7一工作台)为展成运动传动链，由它保证工件和刀具之间严格的运动关系，其中换置机构ux用来适应工件齿数和滚刀螺旋线头数的变化。

2）主运动传动链主运动传动链是联系动力源和滚刀主轴的传动链，它是外联系传动链。主运动传动链为：电动机一1—2一uv一3—4一滚刀。这条传动链产生切削运动，其传动链中换置机构uv。

3）轴向进给运动传动链为了使刀架得到该运动，轴向进给运动传动链为：“工件—7—8一uf一9—10—刀架”。传动链中的换置机构uf用于调整轴向进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。（2）加工斜齿圆柱齿轮的传动原理滚切斜齿圆柱齿轮需要两个复合成形运动，除了形成渐开线齿形需要展成运动外，齿向螺旋线的实现也需要一个复合运动。图4—9是滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图。其中展成运动传动链、轴向进给运动传动链、主运动传动链与直齿圆柱齿轮的传动原理相同，只是在刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链(刀架一12—13一uy一14—15一合成机构一6—7—ux一8—9一工作台)，以保证形成齿向螺旋线。（3）蜗轮加工蜗轮滚刀加工蜗轮的原理是模拟蜗杆与蜗轮的啮合传动过程。加工蜗轮所用的滚刀与该蜗轮实际工作时的蜗杆完全相同，只是在上面做出了切削刃，这些切削刃位于原蜗杆的齿廓螺旋线上，如图4-10所示。（4）滚齿时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，滚刀与工件的相对位置关系应符合相应的螺旋齿轮啮合的相互位置关系，即滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。为实现这一要求，在滚刀安装时，应根据滚刀的螺旋角和工件的螺旋角大小使滚刀相对于工件端面扳动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过的角度称为滚刀的安装角。图4—11a是加工直齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角的调整示意图。这时安装角等于滚刀的螺旋升角λf。滚刀的旋向不同，转角的方向也不同。如果使用的是右旋滚刀，则应顺时针扳动；反之，则逆时针扳动。图4—11b、c是加工斜齿圆柱齿轮时的安装角调整示意图。这时安装角由滚刀螺旋升角和工件螺旋角决定。当二者旋向相同时，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。滚刀扳动的方向为：左旋工件，顺时针扳动；右旋工件，逆时针扳动。

(二)齿轮滚刀1．齿轮滚刀的形成及类型齿轮滚刀是一个螺旋角很大，而齿数很少(1～3齿)、齿很长、能绕滚刀分度圆柱很多圈的交错轴斜齿轮，这样就很象一个螺旋升角很小的蜗杆，如图4-12所示

2．整体高速钢齿轮滚刀的结构形式和尺寸参数最基本和常用的齿轮滚刀结构形式如图4-13所示。（1）齿轮滚刀的外径da0与孔径D（2）齿轮滚刀的头数K（3）齿轮滚刀的长度（4）齿轮滚刀的容屑槽数zk3．其他滚刀简介（1）镶齿滚刀齿轮滚刀的模数增大，滚刀的直径也增大。对大模数滚刀，为了节省刀具材料，以及由于高速钢大件锻造困难，碳化物分布不均匀，影响刀具寿命，大都做成镶齿形式。（2）加工硬齿面滚刀齿轮经淬火后，因变形大，需要进行精加工。对精度要求不很高的齿轮，若采用磨削就很不经济，这时可采用加工硬齿面滚刀。这种滚刀的刀齿用硬质合金制成，顶刃背前角γ为-30°。用这种滚刀可加工精度低于8级、齿面硬度为60HRC左右的齿轮。（3）剃前滚刀用于剃齿前加工齿轮的滚刀，称为剃前滚刀。剃前滚刀应能保证被切齿轮齿面留有合理分布的剃齿余量。因此剃前滚刀的特点是：齿厚减薄，以便留有余量△；齿根有修缘刃，使齿轮齿顶倒角，避免毛刺与碰伤；齿顶有凸角，使齿轮齿根处切出沉割槽，以减轻剃齿刀齿顶负荷。4．齿轮滚刀的使用与刃磨（1）使用1）选用按国家标准规定，齿轮滚刀精度分为五级：AAA、AA、A、B、C。AAA级齿轮滚刀可加工6级齿轮；AA级可加工7、8级齿轮；A级可加工8、9级齿轮；B级可加工9级齿轮；C级可加工10级齿轮。滚切直齿轮时一般使用右旋滚刀。滚切斜齿轮时，滚刀的螺旋方向最好与被切齿轮相同，即选用右旋滚刀切削右旋齿轮，左旋滚刀切削左旋齿轮。2）正确安装滚刀安装在齿轮加工机床心轴上后，要用千分表检查滚刀两端轴台的径向跳动量，使其不超过允许值，并使跳动方向与数值尽可能一致，防止滚刀轴线歪斜。

3）适时窜刀滚刀在切齿过程中，由于各刀齿的负荷不均匀，使各齿的磨损也不均匀。为了能充分利用滚刀，应使滚刀在切削一定数量的齿轮后，沿滚刀轴线移动(手动或机动)一定距离，以提高滚刀寿命。（2）刃磨滚齿时，当发现齿轮齿面粗糙度大于Ra3.2μm或有光斑、声音不正常，或滚刀刀齿后刀面磨损量：精切齿时，超过0．2～0．5mm；粗切齿时，超过0．8～1．0mm，就应重磨滚刀。重磨时应保证要求的精度。

（三）Y3150E型滚齿机传动系统及调整计算

1.机床的组成Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。能加工的工件最大直径为500mm，最大模数8mm。机床的外形图如图4-14所示。

2.传动系统分析及调整计算从滚齿原理分析可知,滚齿机的主要运动是由主运动传动链、展成运动传动链、轴向进给传动链和附加运动传动链组成的。此外，还有用于快速调整机床的空行程快速传动链。Y3150E型滚齿机的传动系统图如图4—15所示。下面具体分析各传动链的调整计算。（1）主运动传动链

运动平衡式为：化简后得：

（4-1）—主运动变速挂轮齿数比，共三种：(2)展成运动传动链运动平衡式为：为展成运动换置机构（4-2）根据z工／k值，可以有如下三种选择：

5≤z工／K≤20时，取E=48，F=24；

21≤z工／K≤142时，取E=36，F=36；143<z工／K时，取E=24，F=48。(3)轴向进给运动传动链运动平衡式为：轴向进给运动换置机构（4-3）式中：

ƒ——轴向进给量，mm／r，根据工件材料，加工精度及表面粗糙度要求等条件选定；

——轴向进给挂轮；

uXⅦ—XⅧ—进给箱轴XⅦ—XⅧ之间的可变传动比。(4)附加运动传动链运动平衡式为：附加运动换置机构（4-4）式中的“±”表示工件附加运动有不同的旋转方向，它决定于工件的螺旋方向和刀架进给运动的方向。在计算挂轮齿数时，“±”值可不予考虑，但在安装附加运动挂轮时，应按照机床说明书配加挂轮。3．运动合成机构在加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动传动链要通过合成机构合成后传递给工作台。在Y3150E上采用了行星轮机构的速度合成机构，其结构原理，如图4-16所示。加工直齿圆柱齿轮时，不需要附加运动，不使用附加传动链，合成机构不必起运动合成作用。这时，离合器Ml结合，行星轮z2a、z2b和中心轮z1、z3之间无相对运动，转臂H与轴IX、XI形成一个整体，展成运动经齿轮zx直接传至齿轮E，所以，u合1=1（图4—16b）。加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动需要通过合成机构叠加后传给工作台。这时，离合器M2空套在轴XI上，把空套齿轮zy与转臂H联接在一起，附加运动经过齿轮zy传给转臂H（图4—16a）。因而，展成运动传来的运动nIX和附加运动传来的运动nH在合成机构中叠加，输出轴的运动为nXI。三者之间的运动关系为：nXI=2nH—nIX因此，展成运动的传动比：u合1＝＝-１；

附加运动的传动比：u合2＝=2

（四）数控滚齿机简介1．数控滚齿机的组成七坐标立式数控滚齿机基本组成如图4—17所示。2．传动特点数控滚齿机的传动系统示意图如图4—18所示。它具有以下传动特点：(1)传动系统的各个运动部分均由各自的伺服电机独立驱动。(2)数控滚齿机的各个传动环节相互独立(3)数控滚齿机的所有内联系传动都由数控系统完成3．数控滚齿机的结构特点（1）主电机装在垂直滑座上，尽量简化主传动链的传动。（2）主轴上可安装多把滚刀，实现一次安装加工不同参数的齿轮，所以切向滑座及其行程较长。（3）滚刀可快速装卸、自动夹紧。（4）所有内联系传动，都采用电传动，简化了机床结构。（5）大立柱、床身等可以设计成双重壁加强肋的封闭式框架结构，增强了机床刚性，有利于采用大切削用量滚齿，加工时无振动。

4．数控滚齿机的控制特点（1）高度自动化和柔性化。通过编程几乎可以完成任意加工循环方式，快速换刀、自动夹紧，自动调整各传动链、优选切削用量。（2）完善的操作程序和提示功能，保证机床的宜人性，操作简单可靠，且便于多机床管理。（3）数控滚齿机的控制系统多采用模块式多微机控制，硬件和软件结构已标准化，与市场产品兼容，便于维修和扩展功能。（一）插齿加工原理插齿加工的原理相当于一对圆柱齿轮的啮合传动过程。其中一个是工件，而另一个是端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的插齿刀，如图4—19所示。4.3.3插齿加工插齿加工的主要特点是：1)插齿加工的齿形精度比滚齿高。2)齿面的表面粗糙度值小3)运动精度低于滚齿。4)齿向偏差比滚齿大。5)插齿的生产率比滚齿低。6）插齿可以加工内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿轮等滚齿无法完成的加工。插齿机传动原理图如图4—20所示。插齿机需要两个成形运动：即形成渐开线齿面的展成运动和形成齿宽的轴向切削运动。有三条主要运动传动链：主运动传动链、展成运动传动链和圆周进给运动传动链。1．主运动主运动是指插刀上下往复的直线运动。以每分钟的往复次数来表示。向下为切削行程，向上为返回行程。每分钟往复次数可按下式计算

式中n刀—每分钟往复行程次数（次/min）;L—刀具行程长度（mm）。主运动传动链由“电动机一1—2一uv一3—4—5一曲柄偏心盘A一插齿刀主轴”组成。在电动机的驱动下插齿刀做往复切削运动。改变换置机构的传动比uv，就可以改变插齿刀的切削速度。2．展成运动插齿刀每转过一个齿，工件也必须转过一个齿。插齿刀和工件为两端件，计算位移量为：插齿刀转过1/z刀转（z刀为插齿刀齿数），工件转1/z工（z工为被加工齿轮的齿数）转。展成运动传动链由“插齿刀主轴（旋转运动）一蜗杆副B—9—8一10—ux一11—12一工作台主轴”组成。展成运动传动链是插齿机的主要传动链，传动链中的换置机构传动比ux要根据被加工齿轮的齿数和插齿刀的齿数来调整。3．圆周进给运动展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动关系，而运动快、慢由圆周进给运动来确定。插齿刀每一往复行程在分度圆上转过的弧长（mm）称为圆周进给量。圆周进给量的大小与加工生产率、刀具负荷、切削过程所形成的包络线密度等有关。圆周进给量越小，包络线密度越大，渐开线齿形的精度越高，刀具负荷也越小，但是生产率也就越低。圆周进给运动传动链由“插齿刀主轴（往复直线移动）—曲柄偏心盘A一5—4—6—uf一7—8一9—插齿刀主轴（旋转运动）”组成。改变换置机构的传动比uf,就可以改变插齿刀的旋转速度。除上述成形运动外，该插齿机还有让刀运动、径向切入运动。加工时可选择一次、两次和三次进给自动循环。机床设有换向机构，可以改变插齿刀和工件的旋转方向，使插齿刀的两个刀刃能充分利用。3．圆周进给运动展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动关系，而运动快、慢由圆周进给运动来确定。插齿刀每一往复行程在分度圆上转过的弧长（mm）称为圆周进给量。圆周进给量的大小与加工生产率、刀具负荷、切削过程所形成的包络线密度等有关。圆周进给量越小，包络线密度越大，渐开线齿形的精度越高，刀具负荷也越小，但是生产率也就越低。圆周进给运动传动链由“插齿刀主轴（往复直线移动）—曲柄偏心盘A一5—4—6—uf一7—8一9—插齿刀主轴（旋转运动）”组成。改变换置机构的传动比uf,就可以改变插齿刀的旋转速度。除上述成形运动外，该插齿机还有让刀运动、径向切入运动。加工时可选择一次、两次和三次进给自动循环。机床设有换向机构，可以改变插齿刀和工件的旋转方向，使插齿刀的两个刀刃能充分利用。（二）插齿刀

1．插齿刀的类型插齿刀是插齿加工的刀具。插齿刀的形状很像齿轮，其模数和名义齿形角就等于被加工齿轮的模数和齿形角，只是插齿刀有切削刃、前角和后角。加工直齿轮使用直齿插齿刀；加工斜齿轮和人字齿轮要使用斜齿插齿刀。常用的插齿刀结构类型有三种：

(1)I型——盘状直齿插齿刀(图4-21a)这是最常用的一种型式，用于加工直齿外齿轮和大直径内齿轮。插齿刀的内孔直径由国家标准规定，因此不同的插齿机应选用不同的插齿刀。

(2)Ⅱ型——碗形直齿插齿刀(图4-21b)它和I型插齿刀的区别在于其刀体凹孔较深，以便容纳紧固螺母，避免在加工双联齿轮时，螺母碰到工件。

(3)Ⅲ型——锥柄直齿插齿刀(图4-21c)这种插齿刀的直径较小，只能做成整体式，它主要用于加工较小的内齿轮。除此之外，还可以根据实际生产的需要设计专用的插齿刀。例如：为了提高生产效率所采用复合插齿刀，即在一把插齿刀上做有粗切齿及精切齿，这两种刀齿的齿数都等于被切齿轮的齿数，插齿刀转一转，就可以完成齿形的粗加工和精加工。插齿刀一般制成三种精度等级：AA、A和B，在正常的工艺条件下，分别用于6、7和8级精度齿轮的加工。2．插齿刀几何特性插齿刀的几何特性对插齿加工的生产率、使用寿命及加工质量影响很大，其主要几何参数有直径、齿数、变位系数和齿顶高系数。（1）分度圆直径和齿数；（2）变位系数；（3）齿顶高系数。

3．插齿刀的选用（1）精度等级的选择按被切齿轮的精度选择插齿刀的精度；（2）类型的选择根据齿轮的类型和模数大小来选择；（3）插齿刀齿数及变位系数的选择

加工内齿轮时，插齿刀齿数及变位系数对工件有同样的影响。要进行不产生顶切条件的检查。

（三）Y5132型插齿机的调整（1）在刀轴上安装并夹紧插齿刀（2）在工作台上安装并检查心轴和工件（3）选择并安装分度交换齿轮（4）选择并安装圆周进给交换齿轮（5）确定径向进给次数和进给量（6）调整插齿刀冲程数（7）调整插齿刀的行程长度和行程次数（8）工件液压夹紧力的调整（9）工作台位置的调整剃齿常用于未淬火圆柱齿轮的精加工。生产效率很高，剃齿齿轮质量好、刀具耐用度高，所用机床结构简单、调整方便，因此得到了广泛应用。通常剃齿可提高齿轮精度1～2级，剃齿后达到5～7级，齿面粗糙度一般Ra为1.25～0.32μm，是软齿面精加工最常用的加工方法之一。1.剃齿加工原理剃齿时，剃齿刀与工件是一对无侧隙的交错轴斜齿轮啮合。盘形剃齿刀可看作是一个圆柱齿轮，在其齿侧面上做出许多小容屑槽，槽与齿侧面的交线形成切削刃。切削时，经过预加工的工件（称为剃前齿轮）装夹在心轴上，顶在机床工作台主轴上的两顶尖间可以自由转动；剃齿刀装在机床主轴上，与工件相交成一角度，带动工件旋转，两者之间没有强制的展成运动（图4—23）。4.4圆柱齿轮精加工4.4.1剃齿根据交错轴斜齿轮啮合特点，剃齿刀和工件在接触点的速度方向不一致，使工件的齿侧面沿剃齿刀齿侧面滑移，即在刀具和工件啮合齿面间，沿螺旋线的切线方向产生相对滑动速度，这个相对滑动速度就是切削速度。图4-23中剃齿刀为左旋，逆时针转动，工件为右旋，啮合节点P的相对滑动速度为上式中，剃齿刀与工件螺旋方向相同时用“+”号，相反时用“—”号。

2．剃齿的工艺特点及应用（1）剃齿加工效率高，一般只要求2～4min便可完成一个齿轮的加工。剃齿加工的成本也很低，平均要比磨齿低90％，剃齿刀一次刃磨可以加工1500多个齿轮，一把剃齿刀约可加工10000个齿轮。（2）剃齿加工对齿轮的切向误差的修正能力差。因此，在工序安排上应采用滚齿作为剃齿的前道工序，因为滚齿运动精度比插齿好，滚齿后的齿形误差虽然比插齿大，但这在剃齿工序中却不难纠正。（3）剃齿加工对齿轮的齿形误差和基节误差有较强的修正能力，因而有利于提高齿轮的齿形精度。（4）剃齿刀通常用高速钢制造，可剃制齿面硬度低于35HRC的齿轮。剃齿加工在汽车、拖拉机及金属切削机床等行业中广泛应用。磨齿加工是齿轮的精加工方法。适用于淬硬齿轮的精加工，其加工精度可达到4～6级，表面粗糙度Ra为0.2～0.8µm。但磨齿加工的效率较低，机床结构复杂，调整困难，加工成本高。1.磨齿原理大平面砂轮磨齿原理如图4-24所示。齿轮的齿面渐开线由靠模来保证。图4-24a中，靠模3绕轴线转动，在挡块4的作用下，轴线沿导轨移动，因而相当于靠模的基圆在CPC线上纯滚动。齿坯1与靠模轴线同轴安装即可磨出渐开线齿形。图4-24b过转动一定角度可以用同一个靠模磨削不同基圆直径的齿轮。大平面砂轮磨齿精度较高，一般用于刀具或标准齿轮的磨削。4.4.2磨齿碟形砂轮磨齿的工作原理，如图4-25所示。两个碟形砂轮分别模拟与被加工齿轮相啮合的齿条的两个齿面。砂轮只作高速旋转运动，被加工齿轮的往复移动和转动实现渐开线展成运动。蜗杆砂轮磨齿的工作原理，如图4-26所示。与滚齿加工相似，利用一对螺旋齿轮的啮合原理进行加工。把砂轮做成蜗杆形状，二者按严格的啮合传动关系运动，实现渐开线齿轮的加工。

1．珩齿原理珩齿是一种用于加工淬硬齿面的齿轮精加工方法。工作时，它与工件之间的相对运动关系与剃齿相同（见图4-27a），所不同的是作为切削工具的珩磨轮为一个用金刚砂磨料加入环氧树脂等材料做结合剂浇铸或热压而成的塑料齿轮，而不像剃齿刀有许多切削刃。珩齿余量一般不超过0.025mm，切削速度为1.5m/s左右，工件的纵向进给量为0.3mm/r左右。径向进给量分散控制在3～5次纵向行程内切去齿面的全部余量。2．珩齿的特点（1）珩齿时由于切削速度低，加工过程为低速切削、研磨和抛光的综合作用过程，故工件被加工齿面不会产生烧伤和裂纹，表面质量好。

4.4.3珩齿（2）由于珩齿轮弹性大、加工余量小、磨粒粒度号大，所以珩齿修正误差的能力较差；另一方面珩轮本身的误差对加工精度的影响也很小。珩前的齿槽预加工尽可能采用滚齿。因为它的运动精度高于插齿，从而降低了齿面精加工工序对齿轮累积误差等进行修整的要求。（3）与剃齿刀相比，珩磨轮的齿形简单，容易获得高精度的造型。

（4）生产率高，一般为磨齿和研齿的10～20倍。刀具耐用度也很高，珩磨轮每修整一次，可加工齿轮60～80件。3.珩齿的应用由于珩齿修正误差的能力不强，一般主要用来减小齿轮热处理后表面粗糙度值，一般可从Ra1.6um减小到Ra0.4um以下。7级精度的淬火齿轮，常采用滚齿——剃齿——齿部淬火——修正基准——珩齿的齿廓加工路线。4.珩齿技术的发展珩齿方法切削速度高、珩削能力强、生产效率高、修正误差能力强、珩轮使用寿命长。其缺点为加工台肩齿轮受到限制，修磨珩轮需要专用设备，比较麻烦。近年来，蜗杆状珩轮技术有了新发展，从而取得高速的珩齿效率。

1．齿端加工齿轮齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等如图4-28所示。用棒铣刀进行齿端倒圆如图4-29所示。齿端加工工序应安排在齿面热处理之前，通常都在滚（插）之后进行。4.5圆柱齿轮其它辅助加工及检验

2．精基准修整齿轮基准孔由于淬火后产生变形，因此必须对基准孔进行修整，以保证齿轮精加工的质量。以外径定心的花键孔定位齿轮，通常采用花键推刀修整。对于圆柱形内孔的修整，一般采用推孔或磨孔。此外，还可以采用金刚镗代替磨孔来提高生产率。3．齿轮加工过程中的热处理要求在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工性。一般在齿轮加工中进行两种热处理工序：（1）毛坯热处理在齿轮毛坯加工前后应安排预先热处理——正火或调质。（2）齿面热处理为了提高齿面硬度，增加齿轮的承载能力和耐磨性，常进行齿面高频淬火、渗碳淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工艺。4．检验齿轮加工过程中的检验，主要是帮助及时发现问题，预防成批报废，因此要加强首检和抽检。齿轮检查的项目及抽检的百分数，应根据齿轮的重要性、工艺稳定性及检验设备的具体条件而定。题目：加工双联齿轮，齿轮材料40Cr，齿面高频淬火52HRC。如图4-31所示。任务：制订工艺规程，见表4-6；滚齿机的调整计算使用Y3150E型滚齿机加工图4-31所示的普通双联直齿轮中齿数Z=80的大齿轮。解：齿轮加工是在机床→刀具→工件所组成工艺系统中完成的，这个系统以及调整操作等不可避免地存在误差，因此，要保证加工精度，就必须在这些方面采取措施，控制好原始误差，正确调整机床。4.6综合训练（1）滚刀选择与安装滚刀本身的制造精度对被切齿轮的齿形精度和基节精度都有很大的影响，为了保证加工精度，必须正确选择齿轮滚刀的精度等级。滚刀精度等级分为AA、A、B、C级，分别适用于加工7、8、9、10级精度的齿轮。滚刀的前角为00，材料为高速钢，法面模数mn大于7的滚刀，镶硬质合金作刀齿部分。根据本例要求，工件精度为7级，选择AA级精度滚刀，法面模数为3，其螺旋升角3020‘，右旋，滚刀内、外径分别为27mm、80mm，长度为71mm。要保证滚刀的安装精度，首先必须保证刀杆的安装精度，刀杆安装到滚刀主轴上之后应按图4-32检验刀杆在a、b位置的径向圆跳动，c位置的端面轴向窜动，根据齿轮的精度(7级)的要求，应分别控制在0．010mm(a位置)、0．015mm(b位置)、0．010mm(c位置)之内。刀杆安装合格后装上滚刀、刀垫和活动支架。应检查滚刀凸台a、b位置的径向圆跳动和c位置的轴向窜动(见图4-33)。（2）夹具的安装夹具在机床工作台上安装后，就必须检测夹具心轴上a、b、c三点的跳动量，如图4-34所示。a、b之间的距离视齿轮毛坯长度（几个齿轮毛坯串联加工时视几个齿轮毛坯长度的总和