圆柱齿轮的加工课件

第一节概述

一、圆柱齿轮的功用及结构特点圆柱齿轮是传递运动和动力的重要零件，在一般的减速箱或变速箱中，约占零件总数的60%以上，图5-1为常见的结构类型。圆柱齿轮的加工二、圆柱齿轮的传动精度要求1、传递运动的准确性齿轮在一转内,主动与从动齿轮相对运动准确协调。2、传递运动的平稳性在传递运动过程中,瞬时传动比变化小,工作平稳,振动小,噪音低。3、载荷分布均匀要求齿轮啮合时,齿面接触良好,以免使齿面承受载荷不均,造成齿面局部磨损,影响齿轮的使用寿命。4、传动侧隙齿轮啮合时,非工作齿间应有一定的间隙,以便储存润滑油,补偿弹性变形,热变形,以及齿轮传动装置的制造和安装误差。但侧隙过大,特别是反转时会引起较大的换向冲击,产生噪声。三、圆柱齿轮的材料与毛坯1、铸钢:直径大而形状复杂,强度高及承受冲击载荷的齿轮,一般用:Z35,Z40Z50铸钢件。要求耐磨,承受冲击载荷的齿轮,用:35SiMn、40Cr、

35CrMo铸造毛坯。2、锻钢:对强度有一定要求,结构简单的齿坯,一般用45,40Cr,或40MnB等合金钢锻坯。3、铸铁:受力小,无冲击的低速齿轮常用HT15-32,HT20-40等牌号的灰口铸铁铸造毛坯。4:棒料:一些受力小,尺寸小,不重要的齿轮,可直接用棒料做毛坯。第二节圆柱齿轮工艺过程特点一、齿轮的主要技术条件齿形的加工精度和齿侧间隙,齿圈主要表面的尺寸精度和表面相互位置精度,表面粗糙度及热处理。二、圆柱齿轮主要的加工阶段(一)齿坯的加工1、单件小批生产齿坯在普通车床上,采用“两次调头,四次装夹”的方法加工。即:三爪卡盘装夹小外圆,粗车大端面,大外圆和孔—调头,装夹大外圆,粗车小端面,小外圆和台阶面。调质--装夹大外圆,精车小端面,小外圆和台阶面,调头,装夹小外圆,精车内孔,大端面,大外圆。这齿轮坯的加工方案,既遵循粗,精分开原则,又在一次装夹中精加工出孔,大外圆和大端面,保证了它们之间的位置精度.至于小端面对内孔轴线的位置精度,则可以大端面定位,磨小端面来保证,也可采用内孔心轴定位,一次精车大,小端面和大外圆来保证。对于不是阶梯外圆的齿轮坯如光套式的,其加工方法与轴承套的加工方法类似。2、成批生产

齿轮坯则采用(钻)-车-拉-车,方案；3、大批大量生产

齿轮坯则采用(钻)--拉-多刀车方案。(二)齿形加工1、成形法1)模数铣刀铣齿,加工精度一般9级,生产率低.2)齿轮拉刀拉齿,加工精度高,成本高,生产率高。2、展成法1)滚齿,8~7级,生产率高,通用性大,精密滚齿机结合高精度滚刀,滚齿精度可6-5级.2)插齿,9-7级,最高可达6级,生产率高,通用性大；3)锑齿,7-5级,生产率高,主要用于加工滚,插后,没有淬火的齿轮.

4)冷挤齿,加工精度8-6级,生产率高于剃齿,成本低,属无切屑加工,可代替剃齿。5)珩齿,加工精度7-6级,多用于剃齿后,齿面高频淬火后的齿形精加工。6)磨齿,加工精度7-3级,生产率一般较低,加工成本高,多用于齿面淬硬后的精加工。三、定位基准的选择(一)齿坯加工时的定位基准1、精基准:内孔(外圆)与端面；2、粗基准:毛坯外圆与端面。(二)齿形加工时的定位基准

1、外圆与端面:需找正,生产率低,无需专用心轴,多用于单件小批生产。2、内孔与端面:符合基准重合,基准统一的原则,定位精度高,不需找正,生产率高,多用于大批大量生产。四、齿形加工方案主要根据生产纲领,加工精度,热处理等影响因素进行确定。1、8-7级精度,不淬火的齿轮,插齿,滚齿即可。2、7-6级精度,不淬火的齿轮(插齿)滚齿-剃齿。3、7-6级精度,淬火的齿轮,单件小批生产,(插齿)滚齿-齿面热处理—修整定位基准-磨齿。大批大量生产,滚齿-剃齿-齿面热处理—修整定位基准-珩齿。4、6-5级,淬火,成批生产的齿轮:粗滚齿-精滚(插)齿-齿面热处理-修正基准-磨齿。(五)齿端加工倒圆,倒尖,倒棱和去毛刺等,主要是换档时,便于轴向滑动啮合。第三节圆柱齿轮工艺过程举例一、花键齿轮的工艺过程花键齿轮的零件图如图5-2所示:精度等级8-7-7HL,模数8,齿数35,小端面,装配基面对花键外圆轴线的跳动允差0.02mm,齿面粗糙度Ra0.8µm,内花键顶圆表面粗糙度Ra1.6µm,齿面渗碳淬火HRC58-62,材料20CrMnTi,中批生产。图5-2序号工序内容机床01下料锻坯正火02粗车,以Φ298外圆及端面D为粗基准,加工Φ130外圆及B,C端面;以Φ130外圆及B端面作为精基准,加工Φ298外圆及端面D,Φ82孔及E端面。

普车

03半精车,以Φ298外圆及端面D为基准,加工Φ130外圆及B,C端面;以Φ130外圆及B端面作为精基准,加工Φ298外圆及端面D,Φ82孔及E端面。

普车

04以Φ82孔及E端面定位,拉花键孔.拉床05精车,以花键孔外径定位精车Φ298外圆及B,E两端面。

车床06用钻模钻减重孔。钻床07滚齿,以花键孔及E端面定位,粗,精滚齿。滚齿机08钳工去毛刺。09齿面渗碳淬火。10用推刀精整花键孔。压力机11以花键孔外径定位光车B,E两端面。车床12磨齿,以花键孔及E端面定位磨齿面。

磨齿机13检验,按设计图检验所有尺寸。钳工台三、小齿轮的工艺过程小齿轮如图5-4所示，其主要技术要求:精度等级7-6-6JL，模数3,齿数42,齿顶圆、两端面对Φ75+0.03内孔轴线的跳动公差0.05,齿面粗糙度Ra0.8µm,Φ75+0.03内孔粗糙度Ra0.8µ，两端面粗糙度Ra1.6µm。齿坯调质HB220-240,齿部高频淬火HRC50-55,齿端倒圆.小批生产,其工艺过程如下:图5-4第四节齿形加工一:齿形加工方法分类1:按加工原理不同进行分类成形法:用与被加工齿轮齿间形状完全相同的成形刀具,直接切出渐开线齿形的方法.如铣齿,成形法磨齿等.展成法:用齿轮刀具与被加工齿轮作啮合传动的过程中包络出渐开线齿形的方法.如插齿,滚齿等.2:按加工精度不同进行分类齿形加工方法:在齿坯上形成渐开线齿形的加工方法.如铣齿,插齿和滚齿.齿形精加工方法:在形成的齿形的基础上,作进一步的加工,以提高齿面的精度,降低表面粗糙度的加工方法.如剃齿,珩齿和磨齿等.二:齿形加工方法(一):铣齿1:概述在普通铣床上加工齿形,属于成形法,加工精度可达9级,表面粗糙度Ra6.3–3.2µm.2:铣齿方法在普通铣床上加工齿形的方法如图5-5所示:3:铣齿要求1):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.2):模数m<8,;一般用盘铣刀加工:模数m>8,用指状铣刀加工.如图5-6所示：图5-5图5-63)铣刀分号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.若每一模数的每一齿数的齿轮都制备一把铣刀,既不经济也不便于管理.因此,同一模数的齿轮铣刀,一般只制作8把,分为8个刀号,分别用以铣削一定齿数范围内的齿轮.刀号12345678齿数:12-13,14-16,17-20,21-25,26-34,35-54,55-134,>1354:铣齿加工范围1):铣直齿圆柱齿轮2):铣螺旋齿圆柱齿轮为使铣刀的回转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β角(齿轮的螺旋角).如图5-7所示：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.为铣出螺旋槽,工件沿轴向移动一个导程的同时,必须绕自身轴线旋转一周.其传动关系如图5-7所示:图5-73):铣齿条

铣削方法如图5-8所示：5:铣齿的工艺特点1):加工成本低，使用普通铣床，铣齿刀和一般的铣刀结构上类似，机床及刀具费用低，因此，铣齿的加工成本低，2):加工精度低，铣齿使用通用分度头，分度精度低；铣刀分号后，同组图5-8(二):插齿1:插齿在插齿机上进行,插齿属于展成法,加工精度为8~7级,Ra1.6µm.2:插齿刀插齿刀实际上是一个精度很高的圆柱齿轮,周面呈圆锥形,以形成轮齿刀刃的后角;端面呈凹锥形,以形成前角.齿顶高比标准圆柱齿轮大0.25mm,以保证插削的圆柱齿轮在啮合时有齿侧间隙.如图5-9所示：3):生产效率低.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，因此，铣齿的生产效率低.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。因此铣齿的加工精度低，。图5-93:插齿运动1):主运动插齿刀的上下往复运动.向下为切削行程,向上为空回程.2):分齿运动插齿刀与被加工齿轮被强制的按照传动速比保持啮合关系的运动.3：插齿运动如图5-10所示：3):圆周进给运动为分齿运动过程中,插齿刀每上下往复一次.其分度圆周转过的弧长.4):径向进给运动指插削开始阶段,插齿刀每上下往复一次,径向移动的距离.以逐渐插至全齿深.5)让刀运动为避免插齿刀回程时,擦伤已加工表面,应使工作台沿径向让开一段距离,当插削行程开始时,工作台再恢复原位.这种工作台短距离的往复移动称为让刀运动.4:齿坯的安装安装方式如图5-11所示:1):内孔定心,端面定位2)外圆定心,端面定位5:插齿工作范围1)插直齿轮，如图5-12所示：2):插螺旋齿轮插齿刀作上下往复插削运动时需要一个附加的转动依靠增加螺旋导轨来实现.刀-工之间螺旋角相等方向相反如图5-13所示：图5-12图5-11图5-133):插削齿条需安装专用夹具,在插削时,带动齿条作直线移动.如图5-14所示:(三):滚齿1:滚齿在滚齿机上进行,滚齿属于展成法,加工精度为:8~7级表面粗糙度Ra3.2~1.6µm.2:滚齿刀1):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.2):刀齿的形成在滚刀的圆柱面上开若干条沟槽,以形成刀齿并容纳切屑.图5-14:当滚刀的螺旋升角Ψ>5º时,沿螺旋齿面法向开槽,当滚刀的螺旋升角Ψ<5º时,沿轴向开槽.3):刀齿角度顶刃前角γο=0°,顶刃后角αο=10°~12°,并经成形刀具铲背,以便刃磨前刀面时,齿形不变.如图5-15所示：3:滚齿运动1):主运动滚刀的高速回转运动.2):分齿运动滚刀与被加工齿坯被强制的按照传动速比保持啮合关系的运动.图5-153):垂直进给运动

工作台每转一周,滚刀沿被切齿轮轴向的向下移动.为使滚刀在整个齿宽上切出渐开线齿形.4):径向进给运动手摇工作台控制,模数小的齿轮可一次滚至全齿深,模数大的齿轮可两到三次滚至全齿深.如图5-16所示：4:滚齿工作范围1):滚切直齿圆柱齿轮滚刀螺旋齿的切线方向应与被加工齿轮的齿向一致.因此,滚刀轴相对水平面应板转Ψ角.即滚刀的螺旋升角.如图5-17所示：图5-162):滚切螺旋圆柱齿轮如蓝线图所示:右旋滚刀滚切右旋齿轮,刀轴板转β–Ψ角;右旋滚刀滚切左旋齿轮,刀轴板转β+Ψ角.如图5-18所示：3):滚切蜗轮则要求蜗轮滚刀的模数m,压力角α,螺旋升角Ψ及螺旋齿的旋向应于被切蜗轮相啮合蜗杆的完全一致.图5-17图5-185:滚齿与插齿的比较1):加工精度滚齿与插齿的加工精度大致相当,但插齿的分齿精度略低于滚齿,而滚齿的齿形精度略低于插齿.这是因为,插齿刀的制造误差,安装误差,及刀轴的回转误差将使插齿刀在旋转一转的过程中引起被插齿轮的分齿不均;而滚刀的制造误差,安装误差,及刀轴的回转误差将使滚刀在旋转一转的过程中引起齿形误差.2):齿面粗糙度插齿的齿面粗糙度略低于滚齿.因插齿刀沿轮齿全长连续切削,且可调整圆周进给量使形成齿形包略线的数目较多,故可降低齿面粗糙度.而滚齿的轮齿全长由滚刀刀齿多次断续切出的圆弧面组成,且滚齿形成齿形包络线的切线数目滚刀

开槽数目的限制,故Ra值略大.3):滚齿的生产率一般高于插齿.滚齿为连续切削,而插齿则有空回程,往复运动的速度提高受到限制.4):一定模数和压力角的滚刀和插齿刀,可对相同模数和压力角的不同齿数的齿轮进行加工,但螺旋插齿刀与被切螺旋圆柱齿轮还必须螺旋角相等方向相反.蜗轮滚刀的有关参数必须与被切蜗轮相啮合的蜗杆完全一致.5):滚齿和插齿在单件小批量及大批大量生产中均广泛使用.三:齿形精加工方法(一):剃齿在剃齿机上进行,主要用于加工插齿或滚齿后,没有淬火的齿轮,加工精度可达7~6级,表面粗糙度Ra0.8~0.4µm.1:剃齿刀实际上是一个精度很高的圆柱齿轮,在齿面上开有许多小沟槽,以形成切削刃并容纳切屑.如图5-19所示：图5-192:剃齿原理剃齿属于“自由啮合的”展成法加工.其加工原理如图5-20所示:工件轴线与剃齿刀轴线有一夹角β,剃齿刀高速旋转,在齿面A点的圆周线速度VA可分解为:沿齿轮圆周切线方向的分速度VAn,,与沿齿轮轴线方向的分速度VAt,Van带动工件回转;Vat在齿面上滑动,即剃齿速度.剃齿刀往复回转以剃削两个侧面;工作台带动被剃削齿轮作往复直线运动,以剃削整个齿宽,每个往复行程终了时,剃齿刀须作径向进给运动,进给量一般为0.02-0.04mm/str,多次剃削,剃去全部余量.图5-20剃齿主要是提高齿形精度和齿向精度,降低齿面粗糙度,不能修正分齿误差.可在插齿或滚齿的基础上提高一个精度等级.生产率很高,多用于大批大量生产.剃齿余量一般为0.08-0.12mm,模数小的取小值,反之取大值.(二):珩齿在珩齿机上进行,其加工原理与剃齿相同.珩磨轮的转速较高(1000-2000r/min),是一种齿面的光整加工方法.Ra0.4–0.2µm.珩磨轮用金刚砂和白刚玉磨料与环氧树脂等材料,混合后,烧结而成.如图5-21所示：图5-21m>4,带钢齿心;m<4,不带钢齿心.由于珩齿,对修正齿形,和齿向误差的作用不大,因此,多用于消除淬火后的氧化皮和轻微磕碰的伤痕与毛刺,有效降低表面粗糙度,适当减小齿轮噪音.(三)磨齿在磨齿机上进行,是高精度齿形的精加工方法.加工精度可达6~4级,甚至达3级,齿面粗糙度Ra0.4~0.2µm.可磨削淬火不淬火的齿轮,又分展成法磨齿和成形法磨齿.1:展成法磨齿又分锥形砂轮磨齿和双碟形砂轮磨齿.这里主要介绍锥形砂轮磨齿.如图5-22所示:砂轮的磨削部分修整成与被磨削齿轮相啮合的假想齿条的齿形.磨削时,强制砂轮与被磨削齿轮保持齿条与齿轮的啮合传动关系,使砂轮的锥面包