《机械制造工艺》-项目四

任务一圆柱齿轮制造简述一、圆柱齿轮的功用和结构特点1.圆柱齿轮的功用圆柱齿轮在机器和仪器中应用极为广泛，其功用是按一定的速比传递运动和动力。2.圆柱齿轮的结构特点齿轮在机器中的功用不同，结构各异，但总的来说:齿轮是由齿圈和轮体组成。在齿圈上切出直齿、斜齿等齿面，而在轮体上有孔、花键、轴等。按齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿、斜齿和人字齿等;按轮体的结构形式，齿轮可分为盘类、套类、轴类齿轮和齿条等，如图4-1所示。下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述圆柱齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。单齿圈盘类齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿;双联或三联等多齿圈齿轮的小齿圈的加工受其轮缘间的轴向距离的限制，其齿形加工方法的选择就受到限制，加工工艺性差。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述二、齿轮传动的精度要求齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载能力、噪声及使用寿命影响很大，因此，齿轮制造必须满足齿轮传动的使用要求。(1)传动的准确性

即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。要求齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过一定的限度，即一转转角精度或第Ⅰ公差组。(2)工作平稳性

要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度，或第Ⅱ公差组。(3)载荷均匀性

齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量，即第Ⅲ公差组。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述(4)齿侧间隙

一对相互啮合的齿轮，其非工作面必须留有一定的间隙，即为齿侧间隙，其作用是储存润滑油，使工作时在齿面形成油膜，减少磨损;同时可以补偿变热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的侧隙减小;为防止卡死，应当根据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。以上四项要求根据齿轮传动装置的用途和工作条件各项可能有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮传动副，对传动准确性要求高，对工作平稳也有一定要求，而对载荷的均匀要求一般不严格。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述三、齿面加工方法齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是:齿面的切削加工和齿面的磨削加工。前者由于加工效率高，有较高的加工精度，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加工原理，齿面加工可以分为成形法和展成法两大类。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述(1)成形法

成形法是利用与被加工齿轮的齿槽形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。成形铣削一般在普通铣床上进行，如图4-2所示。铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一个齿，再加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于8mm的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角β，工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转形成螺旋齿槽。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。后者适于加工大模数的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。用成形铣刀加工齿轮时，齿轮的齿廓精度是由铣刀切削刃形状来保证的，而渐开线齿廓是由齿轮的模数和齿数决定的。所以齿轮的模数、齿数不同，渐开线齿廓就不一样，因此，要加工出准确的齿廓，每一个模数，每一种齿数的齿轮，就相应地用一种形状的齿轮铣刀，这样做显然是行不通的。在实际生产中，是将同一模数的齿轮，按其齿数分为8组，每一组只用一把铣刀，见表4-1。例如m=2mm的齿轮有8把铣刀，m=3mm的齿轮也有8把铣刀。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述标准齿轮铣刀的模数、压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上。由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中最小齿数设计，因此，加工该范围内的其他齿数的齿轮时，就会有一定的齿廓误差。盘状齿轮成形铣刀适用于加工m≦8mm的齿轮。当所加工的斜齿圆柱齿轮精度要求不高时，可以借用加工直齿圆柱齿轮的铣刀。但此时铣刀的号数不应根据斜齿圆柱齿轮的实际齿数选择，而应按照法向截面内的当量齿数(假想齿数)Z当来选择。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述斜齿圆柱齿轮的当量齿数Z当可按下式求出式中

β一斜齿圆柱齿轮的螺旋角。成形法铣齿一般用于单件小批量生产和机修工作中，加工精度为IT12~IT9级，齿面粗糙度值为Ra6.3~3.2μm的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述(2)展成法

展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副(齿条齿轮或齿轮齿轮)中的一个制作为刀具，另一个则作为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。下面以滚齿加工为例进一步说明。在滚齿机上滚齿加工的过程，相当于一对螺旋齿轮互相啮合运动的过程[如图4-3(a)所示]，只是其中一个螺旋齿轮的齿数极少，且分度圆上的螺旋升角也很小，所以它便成为蜗杆形状[如图4-3(b)]。再将蜗杆开槽并铲背、淬火、刃磨，便成为齿轮滚刀[如图4-3(c)]。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述一般蜗杆螺纹的法向截面形状近似齿条[如图4-4(a)所示]，因此，当齿轮滚刀按给定的切削速度转动时，它在空间便形成一个以等速二移动着的假想齿条，当这个假想齿条与被切齿轮按一定速比作啮合运动时，便在轮坯上逐渐切出渐开线的齿形。齿形的形成是由滚刀在连续旋转中依次对轮坯切削的数条刀刃线包络而成[如图4-4(b)所示]。用展成法加工齿轮，可以用一把刀具加工同一模数不同齿数的齿轮，且加工精度和生产率也较高，因此各种齿轮加工机床广泛应用这种加工方法，如滚齿机、插齿机、剃齿机等。此外，多数磨齿机及锥齿轮加工机床也是按展成法原理进行加工的。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述四、齿轮的材料与毛坯1.齿轮的材料及热处理齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响，选择时主要应考虑齿轮的工作条件，以及结构尺寸、失效形式(如折断、磨损或点蚀等)，使其具有良好的力学性能。常用的齿轮材料及热处理有:上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述(1)中碳钢(如45钢)进行调质或表面淬火其中综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。(2)合金调质钢(如40Cr)进行调质或表面淬火其综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。(3)合金渗碳钢(如20Cr,20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共渗其齿面硬度可达58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载或有冲击载荷的齿轮。(4)铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述2.齿轮毛坯齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有:(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。上一页下一页返回任务一圆柱齿轮制造简述五、齿轮的加工工艺过程图4-5所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为IT7级，中批生产，其加工工艺过程见表4-2

。从表4-2可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下儿个阶段:毛坯加工及热处理、齿坯加工、齿形粗加工、齿端加工、齿面热处理、修正精基准及齿形精加工等。上一页返回任务二滚齿一、滚齿加工的工艺特点及应用滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种加工方法。滚齿的通用性较好，用一把滚刀可加工模数相同而齿数和螺旋角不同的直齿圆柱、斜齿轮。滚齿法还可用于加工蜗轮。滚齿的加工尺寸范围也较大，从仪器仪表中的小模数齿轮到矿山和化工机械中的大型齿轮都广泛采用滚齿加工。下一页返回任务二滚齿滚齿既可用于齿形的粗加工，也可用作精加工。滚齿加工精度一般为IT9~IT6级，对于IT8、IT9级精度齿轮，滚齿后可以直接得到，对于IT7级精度以上的齿轮，通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工。当采用AA级齿轮滚刀和高精度滚齿机时，可直接加工出ITS级精度以上(最高可达IT4级)的齿轮。滚齿加工时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，由于参加切削的刀齿数有限，工件齿面的表面质量不高。为提高加工精度和表面质量，宜将粗、精滚齿分开。精滚的加工余量一般为0.5~1mm，且应取较高的切削速度和较小的进给量。上一页下一页返回任务二滚齿二、Y3150E型滚齿机Y3150E型滚齿机主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮。其主要技术参数为:加工齿轮最大直径500mm,最大宽度250mm,最大模数8mm,最小齿数5k(滚刀头数)。上一页下一页返回任务二滚齿(一)滚齿机的主要组成部件如图4-6所示，机床由床身1、立柱2、刀架溜板3、滚刀架5、后立柱8和工作台g等主要部件组成。立柱2固定在床身上。刀架溜板3带动滚刀架可沿立柱导轨作垂直方向进给运动或快速移动。滚刀安装在刀杆4上，滚刀架5的主轴带动滚刀作旋转主运动。滚刀架可绕自己的水平轴线转动，以调整滚刀的安装角度。工件安装在工作台9的心轴7上或直接安装在工作台上，随同工作台一起作旋转运动。工作台和后立柱装在同一溜板上，可沿床身的水平导轨移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架6可通过轴套或顶尖支承工件心轴的上端，以提高滚切工作的平稳性。上一页下一页返回任务二滚齿(二)机床运动的调整计算1.加工直齿圆柱齿轮的调整计算(1)工作运动

根据展成法滚齿原理可知，用滚刀加工齿轮时，除具有切削工作运动外，还必须严格保持滚刀与工件之间的运动关系，这是切制出正确齿廓形状的必要条件。因此，滚齿机在加工直齿圆柱齿轮时的工作运动有[如图4-3(c)]:①主运动。主运动即滚刀的旋转运动。根据合理的切削速度和滚刀直径，即可确定滚刀的转速。②展成运动。展成运动即滚刀与工件之间的啮合运动。两者应准确地保持一对啮合齿轮的传动比关系。设滚刀头数为k，工件齿数为z，则每当滚刀转1转时，工件应转k/z转。③垂直进给运动。垂直进给运动即滚刀沿工件轴线方向作连续的进给运动以切出整个齿宽上的齿形。上一页下一页返回任务二滚齿为了实现上述三个运动，机床就必须具有三条相应的传动链，而在每一传动链中，又必须有可调环节(即变速机构)，以保证传动链两端件间的运动关系。图4-7即为加工直齿圆柱齿轮时滚齿机传动原理图。图中，主运动链的两端件为电动机和滚刀，滚刀的转速可通过改变uv的传动比进行调整;展成运动链的两端件为滚刀及工件，通过调整uc的传动比，保证滚刀滚刀转1转，工件转k/z转，以实现展成运动;垂直进给运动链的两端件为工件和滚刀，通过调整uf的传动比，使工件转1转时，滚刀在垂直进给封杠带动下，沿工件轴向移动所要求的进给量。上一页下一页返回任务二滚齿(2)加工直齿圆柱齿轮的调整计算根据上面讨论的机床在加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理图，即可从图4-8所示的传动系统图中找出各个运动的传动链并进行运动的调整计算。①主运动传动链。主运动传动链的两端件及其运动关系是:主电动机1430r/min滚刀主轴，n刀r/min。其传动路线表达式为:上一页下一页返回任务二滚齿

上一页下一页返回任务二滚齿②展成运动传动链。展成运动传动链的两端件及其运动关系是:当滚刀转一转时，工件相对于滚刀转k/z转。其传动路线表达式为:传动链的运动平衡式为:滚切直齿圆柱齿轮时，运动合成机构用离合器M1连接，此时运动合成机构的传动比u合=1。化简上式可得展成运动挂轮的计算公式:上一页下一页返回任务二滚齿

上一页下一页返回任务二滚齿③垂直进给运动传动链。垂直进给运动传动链的两端件及其运动关系是;当工件转一转时，由滚刀架带动滚刀沿工件轴线进给/mm。其传动路线表达式为:上一页下一页返回任务二滚齿传动链的运动平衡式为:化简上式可得垂向进给运动挂轮的计算公式:式中f——垂直进给量，单位为mm/r，根据工件材料、加

工精度及表面粗糙度等条件选定;uⅦ-Ⅷ——进给箱中轴Ⅶ-Ⅷ之间的滑移齿轮变速组的三

种传动比。当垂直进给量确定后，可从表4-4中查出进给挂轮。上一页下一页返回任务二滚齿2.加工针齿圆柱齿轮的调整计算(1)工作运动和加工直齿圆柱齿轮时一样，加工斜齿圆柱齿轮时同样需要主运动、展成运动、垂直进给运动。此外，为了形成螺旋形的轮齿，还必须给工件一个附加运动，这同在普通车床上切削螺纹相似、即刀具沿工件轴线方向进给一个螺旋线导程时，工件应均匀地转一转。如图4-9所示，ut为附加运动链的变速机构。所以，在加工斜齿圆柱齿轮时，机床必须有四条相应的传动链来实现上述四个工作运动。展成运动要求工件作有规律的旋转运动，而附加运动又要求工件作有规律的补充旋转运动，因此，传动链中必须设置一个合成运动的机构，称为运动合成机构(一般用周转轮系作为合成机构，图中以一方框，加以符号∑表示)。上一页下一页返回任务二滚齿

上一页下一页返回任务二滚齿③垂直进给运动传动链。加工斜齿圆柱齿轮时，垂直进给传动链及其调整计算和加工直齿圆柱齿轮相同。④附加运动传动链。加工斜齿圆柱齿轮时，附加运动传动链的两端件及其运动关系是:当滚刀架带动垂向移动工件的一个螺旋线导程L时，工件应附加转动±1转。其传动路线表达式为:传动链的运动平衡式为:上一页下一页返回任务二滚齿

上一页下一页返回任务二滚齿式中的“±”值，表明工件附加运动的旋转方向，它取决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，应按照机床说明书规定配加惰轮。在Y3150E型滚齿机上，备有模数为2mm的一套挂轮，供配换展成运动、垂直进给运动和附加运动三条传动链的挂轮，其齿数为:20(两个),23,24,25,26,30,32,33,34,35,37,40,41,43,45,46,47,48,50,52,53,55,57,58,59,60(两个),61,62,65,67,70,71,73,75,79,80,83,85,89,90,92,95,97,98,100共47个。上一页下一页返回任务二滚齿3.滚刀架的快速垂直移动滚刀架的快速垂直移动由点动按钮控制，便于滚刀快速接近或退离工件。此外，如将ⅩⅧ上的三联滑移齿轮移到空挡位置，脱开轴ⅩⅦ和ⅩⅧ间的传动联系，即可点动快速电动机，经附加运动传动链传动工作台回转，以检查工作台的附加运动(适用于加工螺旋齿圆柱齿轮)的旋转方向是否正确。上一页下一页返回任务二滚齿(三)机床的工作调整及主要部件结构(l)运动方向的确定

滚刀的旋转方向，一般情况下，应按图4-10及图4-11所示的方向转动，与滚刀螺旋线方向无关。当滚刀按图示方向转动时，滚刀的垂直进给运动一般是从上向下，此时工件的展成运动方向只取决于滚刀的螺旋方向(如图4-10及图4-11的实线箭头所示);工件的附加运动方向只取决于工件的螺旋方向(如图4-10的虚线箭头所示)。滚切齿轮前，应按图4-10或图4-11检查机床各运动的方向是否正确，如发现运动方向相反，只需在相应的传动链挂轮中装上(或拿去)一惰轮即可。上一页下一页返回任务二滚齿(2)滚刀安装角的确定

滚齿时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置，即滚刀在切削点处的螺旋线方向应与被加工齿轮齿槽的方向一致。为此，需将滚刀轴线与工件顶面安装成一定的角度，称为安装角。根据上述要求，即可确定滚刀安装角的大小和倾斜方向。加工直齿圆柱齿轮时，安装角δ等于滚刀的螺旋升角λ，即δ=λ。倾斜方向与滚刀螺旋方向有关，见图4-12(a)和图4-12(b)。上一页下一页返回任务二滚齿加工斜齿圆柱齿轮时，安装角δ与滚刀的螺旋升角λ和工件的螺旋角β大小有关且与二者的螺旋线方向有关，即δ=β±λ(二者螺旋线方向相反时取“＋”号，相同时取“－”号)，倾斜方向见图4-12(c)~(f)。滚切斜齿圆柱齿轮时，应尽量采用与工件螺旋方向相同的滚刀，使滚刀的安装角较小，有利于提高机床运动的平稳性和加工精度。上一页下一页返回任务二滚齿(3)运动合成机构

图4-13为Y3150E型滚齿机所用的运动合成机构，主要由四个模数m=3mm,齿数z=30,螺旋角β=0°的弧齿锥齿轮组成。当加工斜齿圆柱齿轮时，合成机构应做如下调整[图4-13(a)]，在Ⅹ轴上先装上套筒G，并有键连接，再将离合器M2空套在套筒G上，使M2的端面齿与空套齿轮zf的端面齿及转臂H端面同时啮合，此时，可通过齿轮zf的将运动传递给转臂H。根据行星传动原理对合成机构进行分析得出，Ⅹ轴与齿轮套Ⅸ的传动比为:Ⅹ轴与转臂的传动比为:上一页下一页返回任务二滚齿因此，在加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动分别由Ⅸ轴与齿轮zf输入合成机构，其传动比分别为u合1=-1及u合2=2，经合成后由Ⅹ轴上的齿轮e传出。加工直齿圆柱齿轮时，工件不需要附加运动，合成机构应作如下调整:卸下离合器M:及套筒G，在I轴上装上离合器M1[如图4-13(b)]。通过端面齿和键连接，将转臂H与Ⅹ轴连接为一体。此时，4个锥齿轮之间无相对转动，齿轮zc的转动经Ⅸ轴直接传至Ⅹ轴和齿轮e。这时u合=nⅩ/nⅨ=1，即Ⅹ轴与Ⅸ轴同速同向转动。上一页下一页返回任务二滚齿(4)滚刀刀架结构和滚刀的安装调整

图4-14为Y3150E型滚齿机滚刀刀架的结构。刀架体25用装在环形槽内的六个螺钉5固定在刀架溜板上。调整滚刀安装角时，应先松开螺钉5。然后用扳手转动刀架上的方头P3(如图4-8)，经蜗杆副1/36及齿轮z16。带动固定在刀架体上的齿轮z148，使刀架体回转至所需的滚刀安装角。调整完毕后，应重新扳紧螺钉5上的螺母。主轴17前端用内锥外圆的滑动轴承支承，以承受径向力，并用两个推力球轴承15承受轴向力。主轴后端通过铜套12及花键套筒13支承在两个圆锥滚子轴承10上。当主轴前端的滑动轴承磨损引起主轴径向跳动超过允许值时，可拆下垫片14及16，磨去相同的厚度，调配至符合要求时为止。如仅需调整主轴的轴向窜动，则只要将垫片14适当磨薄即可。上一页下一页返回任务二滚齿调整滚刀的轴向位置，一般有两种用途:①为使滚刀的刀齿(或齿槽)对称于工件的轴线，以保证加工出的齿廓两侧齿面对称;②为使滚刀的磨损不过于集中在局部长度上，而是沿全长均匀地磨损，以提高其使用寿命。调整时，先松开压板螺钉2，然后用手柄转动方头轴4，经方头轴上的小齿轮8和主轴套筒1上的齿条3，带动主轴套筒连同滚刀主轴一起轴向移动。调整合适后，应拧紧压板螺钉。本机床的最大窜刀距离为55mm。安装滚刀的刀杆18用锥柄安装在主轴前端的锥孔内，并用拉杆11将其拉紧。刀杆左端支承在支架21的滑动轴承上，支架21可在刀架体上沿主轴轴线方向调整位置，并用压板固定在所需位置上。上一页返回任务三插齿一、插齿的工艺特点插齿是生产中一种常用的齿形加工方法。它能加工直齿圆柱齿轮，还宜于加工多联齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等。插齿既可用于齿形的粗加工，也可用作精加工。插齿通常能加工IT9~IT7级精度的齿轮，最高可达IT6级。插齿过程为往复运动，有空行程;插齿系统刚度较差，切削用量不能太大，所以一般插齿的生产率比滚齿低。只有在加工模数较小和宽度窄的齿轮时，其生产率才不低于滚齿。因此插齿多用于中小模数齿轮的加工。下一页返回任务三插齿二、插齿工作原理及所需运动插齿机是按展成原理来加工齿轮的。插齿刀实质上是一个端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的齿轮[如图4-15(a)]所示]。插齿时，插齿刀沿工件轴向作直线往复运动以完成切削主运动，在刀具和工件轮坯作“无间隙啮合运动”过程中，在轮坯上渐渐切出齿廓。加工过程中，刀具每往复一次，仅切出工件齿槽的一小部分，齿廓曲线是在插齿刀刃多次相继的切削中，由刀刃各瞬时位置的包络线所形成的(如图4-15所示)。上一页下一页返回任务三插齿加工直齿圆柱齿轮时，插齿机应具有如下运动:(1)主运动

插齿机的主运动是插齿刀沿其轴线(即沿工件的轴向)所作的直线往复运动。在一般立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向上为空行程。主运动以插齿刀每分钟的往复行程次数来表示，即双行程/min。(2)展成运动

加工过程中，插齿刀和工件必须保持一对圆柱齿轮的啮合运动关系，即在插齿刀转过一个齿时，工件也转过一个齿。工件与插齿刀所作的啮合旋转运动即为展成运动。(3)圆周进给运动

圆周进给运动是插齿刀绕自身轴线的旋转运动，其旋转速度的快慢决定了工件转动的快慢，也直接关系到插齿刀的切削负荷、被加工齿轮的表面质量、机床生产率和插齿刀的使用寿命。圆周进给运动的大小，即圆周进给量，用插齿刀每往复行程一次，刀具在分度圆圆周上所转过的弧长来表示，单位为mm/双行程。上一页下一页返回任务三插齿(4)径向切入运动

开始插齿时，如插齿刀立即径向切入工件至全齿深，将会因切削负荷过大而损坏刀具和工件。为了避免这种情况，工件应逐渐地向插齿刀作径向切入，当刀具切入工件至全深后，径向切入运动停止，然后工件再旋转一整转，便能加工全部完整的齿廓。径向进给量是以插齿刀每次往复行程，工件径向切入的距离来表示，单位为mm/双行程。(5)让刀运动

插齿刀向上运动(空行程)时，为了避免擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件间应让开一小段距离(一般为0.5mm的间隙)，而在插齿刀向下开始工作行程之前，又迅速恢复到原位，以便刀具进行下一次切削，这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。插齿机的让刀运动可以由安装工件的工作台移动来实现，也可由刀具主轴摆动得到。一般新型号的插齿机通过刀具主轴座的摆动来实现让刀运动，这样可以减少让刀时的振动。上一页下一页返回任务三插齿三、插齿刀标准直齿插齿刀分为三种类型，见表4-5所示。插齿刀有三个精度等级:AA级适用于加工IT6级精度的齿轮;A级适用于加工IT7级精度的齿轮;B级适用于加工IT8级精度的齿轮。使用硬质合金插齿刀可精加工淬硬的齿轮(45~62HRC)，精度可达IT7~IT6级，表面粗糙度值Ra为0.4~0.8μm，其工艺简单，成本低。上一页下一页返回任务三插齿四、提高插齿生产率的途径1.高速插齿增加插齿刀每分钟的往返次数进行高速插齿，可缩短机动时间。现有高速插齿机的往复运动可达每分钟1000次，甚至高达1800次。2.提高圆周进给量提高圆周进给量可缩短机动时间，但齿面粗糙度变粗，且插齿回程的让刀量增大，易引起振动，因此宜将粗、精插齿分开。3.提高插齿刀耐用度在改进刀具材料的同时，改进刀具儿何参数能提高刀具耐用度。有试验表明:将刀具前后角改为γ0=15°，α0=9°，刀具耐用度能提高三倍左右，但精度有所下降。上一页返回任务四其他齿轮加工方法一、剃齿1.剃齿原理剃齿加工原理相当于一对斜齿轮作双面无侧隙啮合的过程。如图4-16所示，其中一个是剃齿刀，它实质上是一个高精度的斜齿轮，在齿面上开有小槽，沿渐开线方向形成刀刃[图4-16(b)];另一个是被加工齿轮。剃齿时，经过预加工的工件装在心轴上，顶在机床工作台上的两顶尖之间，可以自由转动;剃齿刀装在机床的主轴上，在机床的带动下与工件作无侧隙的螺旋齿轮啮合传动，带动工件旋转。根据啮合原理两者在齿长法向的速度分量相等。在齿长方向上，剃齿刀的速度分量为v1t，被加工齿轮的速度分量为v2t，两者的速度差为△vt。这一速度差使剃齿刀与被加工齿轮沿齿长方向产生相对滑动。在径向力的作用下，依靠两者的相对滑动，从工件齿面上剃下很薄的切屑(厚度可小至0.005~0.0l)。且在啮合过程中逐渐把余量剃除。下一页返回任务四其他齿轮加工方法剃齿需具备以下运动:①剃齿刀高速正反转主运动;②工件沿轴向往复进给运动剃出全齿宽;③工件每一往复行程后的径向进给运动剃出全齿深。进行剃齿切削的必要条件是剃齿刀与齿轮的齿面之间有相对滑移，相对滑移的速度就是剃齿的切削速度。由上述剃齿原理可知，剃齿刀与工件之间并无强制性的展成运动，是自由对滚，故机床传动链短，结构简单。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法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。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法(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剃齿加工精度主要取决于刀具，只要剃齿刀本身精度高，刃磨质量好，就能够剃出表面粗糙度Ra值为0.32~1.25μm、精度为IT7~IT6级的齿轮。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应用广泛。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法二、珩齿珩齿是齿轮热处理后的一种光整加工方法。目前生产中应用较广。珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密啮合，如图4-17(b)所示，珩齿所用的刀具(即珩轮)是一个由磨料、环氧树脂等原料混合后在铁心上浇注而成的斜齿轮[如图4-17(a)]。珩轮回转时的圆周速度v，可分解为法向分速度vn，以带动工件回转;齿向分速度vt，使珩轮与工件产生相对滑移。珩轮上的磨料借助珩轮齿面与工件齿面间的相对滑移速度vt，磨去工件齿面上的微薄金属。珩齿的运动与剃齿基本相同，即珩轮带动工件高速正反转;工件沿轴作向往复运动及工件沿径向作进给运动。所不同的是其径向进给是在开车后一次进给到预定位置。因此珩齿开始时齿面压力较大，随后逐渐减少，直至压力消失时珩齿结束。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法珩齿时，齿面间除沿齿向产生相对滑移进行切削外，沿渐开线方向的滑动也能切削，因此齿面形成交叉复杂的刀痕，其齿面的表面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm，且齿面不会烧伤，表面质量较好。珩齿的方法有外啮合珩齿、内啮合珩齿和蜗杆状珩磨轮珩齿三种，如图4-18所示。珩磨轮的精度对于珩齿精度影响极大。被珩齿轮的误差是由珩轮修正的，且珩轮的误差也直接反映到齿轮上，因此要提高珩齿精度，就必须采用高精度的珩轮。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法剃齿、珩齿同属自由对滚的展成加工，修正误差能力相似。珩齿对齿轮的传动平稳性误差修正能力较强;对传动准确性误差修正能力较差;对齿向误差有一定的修正能力。故珩前尽可能用滚齿，不用剃齿。可将热处理前的剃齿省去，采用蜗杆状珩轮珩齿，使传统的“滚齿剃齿热处理珩齿”工艺，改变为“滚齿热处理珩齿”新工艺。珩齿余量一般为单边0.01~0.02mm,珩轮转速在1000r/min以上，一般工作台3~5个往复行程即可完成珩齿，生产率很高。一般约一分钟珩一个齿轮。珩齿设备结构简单，操作方便，在剃齿机上即可珩齿。珩轮浇注简单，成本低。故珩齿多于成批生产中，经过淬火后齿形的精加工，加工精度可达IT7~IT6级。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法三、磨齿磨齿是齿形加工中精度最高的一种方法。适用于淬硬齿轮的精加工，其加工精度可达到IT6~IT4级，最高IT3级，齿面粗糙度Ra值为0.8~0.2μm。磨齿对磨前齿轮误差或热处理变形有较强的修正能力，故多用于高精度的硬齿面齿轮、插齿刀和剃齿刀等的精加工，但生产率低，机床结构复杂，调整困难，加工成本高。磨齿方法有仿形法和展成法两大类，生产中常用展成法。展成法可分为:锥面砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿等。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法(l)锥面砂轮磨齿如图4-19(a)所示

砂轮截面呈锥形，相当于齿条的一个齿。磨齿时，砂轮一面高速旋转(n);一面沿齿槽方向往复运动(f)以磨出全齿宽;工件一面旋转(w)，一面移动(v)，实现展成运动。在工件的一个往复过程中，先后磨出齿槽的两个侧面，然后工件快速离开砂轮进行分度，磨削下一个齿槽。这种磨齿法砂轮刚性好，磨削效率较高;但机床传动链复杂，磨齿精度较低，一般为IT6~IT5级，多用于成批生产中磨削IT6级精度的淬硬齿轮。(2)蝶形砂轮磨齿如图4-19(b)所示

两片蝶形砂轮倾斜安装以构成齿条齿形的两个侧面。磨齿时，砂轮作高速旋转(n);工件一面旋转(w)，一面移动(v)，实现展成运动;工件沿轴线方向慢速进给运动(f)以磨出全齿宽。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速离开砂轮进行分度，磨削下一个齿槽。上一页下一页返回任务四其他齿轮加工方法这种磨法的展成运动是通过滑座和滚圆盘钢带机构实现的，传动环节少，传动误差小，分齿精度较高，故加工精度可达IT5~IT3级;但砂轮刚性差，切深小，生产率低，故加工成本较高，适用于单件小批生产高精度的直齿圆柱齿轮、斜齿轮的精加工。(3)蜗杆砂轮磨齿如图4-19(c)所示

蜗杆砂轮磨齿原理与滚齿相似，其砂轮作成蜗杆状，砂轮高速旋转(n)，工件通过机床的两台同步电动机作展成运动(w)，工件还沿轴向作进给运动(f)以磨出全齿宽。为保证必要的磨削速度，蜗杆砂轮直径较大(Φ200~Φ400)，且转速较高(2000r/min)，又是连续磨削，所以生产率很高。磨削精度一般为IT5级，最高可达3级，适用于大、中批生产的齿轮精加工。上一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练一、训练目标(1)机床方面通过训练能够合理的选择和使用加工设备(X6132和Y3150E);(2)工装方面通过训练能够合理的选用齿轮加工刀具、夹具和量具;(3)工艺方面通过训练能够合理的进行齿轮加工工艺规程的拟定。下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练二、训练题目(可根据实际情况自拟)试编制如图4-20所示齿轮的机械加工工艺规程。现场条件:(1)主要加工设备:Cn6140,X6132,Y3150E各一台;(2)刀具、夹具、量具若干;生产批量:200件/年(学生可自定批量)上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练三、训练要求(1)完成齿轮毛坯零件综合图一张;(2)完成齿轮机械加工工艺过程卡和工序卡一套;(3)综合训练总结一份。上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练四、训练提纲(一)工艺分析及工艺规程的制定1.与传动轴的比较(1)比较传动轴与齿轮在结构特点、功能关系方面的区别和联系。(2)从齿轮与轴的装配关系和齿轮的功能等方面考虑，应对齿轮提出哪些技术要求?(3)从齿轮的主要技术要求考虑，齿轮与传动轴的加工方案应该有什么主要区别?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练2.技术要求分析(1)内孔势mm的精度较高，表面粗糙度较低，主要出于哪些考虑(提示:齿形加工、测量及装配的基准)?(2)齿轮小端面对基准A(mm的轴线)有跳动公差要求主要出于什么考虑(提示:轴向定位基准)?(3)齿轮大端面对基准A的跳动公差要求为什么没有小端面严格(提示:大端面供装夹时压紧和装配时锁紧使用)?(3)齿顶圆精度从使用考虑要求不高，但从工艺考虑(若以齿顶圆定位)则要求较高(与内孔的同轴度，对内孔轴线的径向跳动)，为什么(提示:不以齿顶圆定位加工齿形)?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练(4)齿轮精度要求为8FH,齿面表面粗糙度Ra值为2.5μm。采用插齿或滚齿加工能否达到对齿轮的质量要求?是否还需要剃齿或珩齿加工?是否需要磨齿加工?(5)齿轮坯调质(220~240HBS),齿面高频淬火(50~55HRC)是出于什么考虑?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练3.选材和选毛坯(1)从齿轮的结构形状和组织性能要求考虑，是选用铸件毛坯还是锻件毛坯?(2)从齿轮大、小外圆直径尺寸考虑，是选用锻件毛坯还是直接截取圆钢毛坯?(3)若选用锻件毛坯，采用自由锻成形还是模锻成形?还是胎模锻成形?(4)若选用锻件毛坯，选用碳素结构钢或优质碳素结构钢材料，还是合金结构钢材料?钢材中碳的质量分数应在什么范围?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练4.工艺分析(1)齿轮加工通常分为齿轮坯加工和齿形加工两个阶段，为什么?(2)齿轮坯加工阶段的主要内容是什么(提示:齿形加工和测量的基准)?主要工艺问题是什么(提示:基准的精度)?(3)齿轮坯加工的技术要求是保证内孔和大外圆的尺寸精度与大外圆和两端面对内孔轴线的位置精度。前者通常是如何保证的(提示:分粗、精两段加工)?后者是如何保证的(提示:一次装夹中加工出有位置精度要求的各表面)?(4)齿轮坯加工通常在车床上完成。粗、精加工阶段应该有儿次安装?小端面对基准n的圆跳动公差应如何保证(提示:以内孔定位，装夹在心轴上精车小端面)?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练(5)为什么说齿形加工方案主要取决于齿轮精度和齿形热处理方法?齿形加工方案列于表4-6中，以供参考。(6)该齿轮齿形加工应采用内孔和一个端面定位，为什么(提示:批量)?内孔与定位心轴之间的间隙应尽量小，为什么(提示:保证齿轮轴线的径向位置)?齿轮的轴向位置和夹紧方式试参考图4-21来说明。(7)齿面高频淬火后齿形和内孔必然产生变形，应如何纠正?若以磨削纠正变形，应先磨齿还是先磨孔(提示:若以孔定位磨齿则先磨孔)?(8)齿轮坯调质处理通常安排在粗加工之后进行，试指出主要原因(提示:保留优良组织多，消除粗加工产生的内应力)。(9)齿面高频淬火应安排在什么位置?上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练(10)齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱(如图4-22所示)和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。用指状铣刀全倒圆时，如图4-23所示，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动，加工一个齿端后沿径向退]分度后再送进加工下一个齿端。上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练(11)齿轮淬火后基准孔常产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须进行修正。对大径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正，对圆柱孔齿轮，可采用推孔或磨孔修正。推孔生产率高，常用于内孔未淬硬的齿轮;磨孔精度高，但生产率低，对整体淬火齿轮、内孔较大齿厚较薄的齿轮，均以磨孔为宜。磨孔时应以齿轮分度圆定心，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对后续磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚锁代替磨孔也取得了较好的效果。采用磨孔(或锁孔)修正基准孔时，齿坯加工时内孔应留有加工余量;采用推孔修正时，一般可不留加工余量。上一页下一页返回任务五圆柱齿轮制造项目综合训练5.编制该齿轮的基本工艺过程具