模块二 金属切削加工 课题七 齿轮加工.ppt

1、机械制造工艺与装备,模块二 金属切削加工,课 题 七 齿 轮 加 工,知识点,齿轮加工概述 铣齿加工 滚齿加工、插齿加工 剃齿、珩齿、磨齿加工,技能点,掌握齿轮加工方法及应用特点 掌握滚齿、铣齿、插齿加工特点及应用 了解剃齿、珩齿、磨齿加工特点及应用,课题七 齿轮加工,一、任务引入,图2-157为双联齿轮加工简图，其中，m=2，Z1=28，Z2=42。工件毛坯为锻件，批量生产。试选择齿轮加工方法和加工要点。,图2-157 为双联齿轮加工简图,二、任务分析,本任务加工的双联齿轮，齿轮材料为40Cr，加工精度为7-6-6级，齿面高频淬火，硬度HRC52，齿轮加工分齿坯加工和齿面加工，齿坯加工一般由

2、车削加工完成，齿面加工须由齿轮加工机床完成。 齿轮传动广泛应用于机床、汽车、飞机、船舶及精密仪器等行业中，是传递运动和动力的重要零件，机械产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等，均与齿轮的质量有着密切的关系。在机械制造中，齿轮生产占有极其重要的位置，因此，学习齿轮加工机床和齿面加工方法具有很大的现实意义。,二、 任务分析,齿轮是机械传动中的重要零件，它具有传动比准确、传动力大、效率高、结构紧凑、可靠性好等优点，应用极为广泛。随着科学技术的发展，对齿轮的传动精度和圆周速度等方面的要求越来越高，因此，齿轮加工在机械制造业中占有重要的地位。,图7-2 常见的齿轮传动,6-1 齿轮加工工艺装备

3、,一 齿轮加工概述： 二 齿轮加工机床介绍（教材P102）：,三 齿轮刀具,分类介绍： 滚刀介绍： 插齿刀介绍：,四 滚刀安装,加工圆柱齿轮：,加工 斜齿 圆柱 齿轮：,6-2 齿轮加工方法,1、仿形法齿形加工,用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀具切出齿形的方法。如铣齿、成形法磨齿等。,图2-159 成形法铣齿 a）用盘状铣刀铣齿 b）用指状铣刀铣齿,图2-159 成形铣刀 （a）盘状铣刀 （b）指状铣刀,m16时，用盘状铣刀；m16时，用指状铣刀。,2、展成法齿形加工（范成法）,图2-160 齿廓展成原理 a）展成过程 b）生成齿廓,展成法加工齿面的原理是利用齿轮副的啮合运动实现齿廓的

4、切削，是将齿轮副中的一个齿轮制成具有切削能力的齿轮刀具，另一个齿轮换成待加工的齿坯，由专用的齿轮加工机床提供和实现齿轮副的啮合运动。这样，在齿轮刀具与齿坯的啮合运动中进行切削，齿坯将逐渐展成渐开线齿廓。,利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等,铣刀装在刀杆上旋转作主运动，工件紧固在心轴上，心轴安装在分度头和尾座顶尖之间随工作台作直线进给运动。 每铣完一个齿槽，铣刀沿齿槽方向退回，用分度头对工件进行分度，然后再铣下一个齿槽，直至加工出整个齿轮。,在卧式铣床上用盘状铣刀铣齿：,铣齿是用成形铣刀在万能卧式铣床上进行的。,（二）铣齿,铣齿视频,生产中，把同一模数的齿

5、轮按齿数划分成若干组，同一组只用一个刀号的铣刀加工。 为了保证铣出的齿轮在啮合时不致卡住，各号铣刀的齿形是按该号范围内最小齿数齿轮的齿槽轮廓制作的。为此，各号铣刀加工范围内的齿轮除最小齿数的外，其它齿数的齿轮，只能获得近似的齿形，产生齿形误差。另外铣床所用分度头是通用附件，分度精度不高。,表239 模数铣刀刀号及其加工齿数的范围,铣齿的工艺特点：,（1）成本较低 齿轮铣刀结构简单，在普通的铣床上即可完成铣齿工作，铣齿的设备和刀具的费用较低。 （2）生产率低 铣齿过程不是连续的，每铣一个齿，都要重复消耗切入、切出、退刀和分度的时间。 （3）齿形误差较大，加工精度低。 （4）铣齿不但可以加工直齿、

6、斜齿和人字齿圆柱齿轮,还可以加工齿条、锥齿轮及涡轮等。 （5）适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。 （6）铣齿的加工精度为9级或9级以下，齿面粗糙度值Ra为6.33.2m。,图2-161 滚齿机,1、滚齿机 滚齿是利用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿，其滚切原理是刀具和工件的运动相当于一对蜗杆与蜗轮的合啮原理。,（三）滚齿,2、齿轮滚刀,滚刀相当于一个蜗杆，为了形成切削刃，在垂直于螺旋线的方向，开出沟槽，并经铲齿，使刀具有前角和后角，成为齿轮滚刀。,图2-162 齿轮滚刀,（1）主运动 滚刀的旋转运动。 （2）分齿运动 滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动。

7、分齿运动由滚齿机的传动系统来实现，齿坯的分度是连续的。 （3）垂直进给运动 为切出整个齿宽，滚刀需要沿工件的轴向作进给移动，即为垂直进给运动。 （4）径向进给运动。,3、滚齿的切削运动,滚齿视频,图2-163 滚齿切削运动,4、滚齿的工艺特点,（1）滚刀的通用性好 一把滚刀可以加工与其模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。 （2）生产率高 滚齿的整个切削过程是连续的。一般比铣齿和插齿高. （3）齿形精度及分度精度高 齿距偏差小。 （4）加工成本高，齿廓粗糙度差一些。 滚齿需要专用机床,滚刀的制作比铣刀、插齿刀困难，价格较高。,5、滚齿的工艺应用,滚齿应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等，

8、但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。,插齿 则是在插齿机上用插齿刀加工齿形的过程。 其原理是刀具和工件的运动相当于一对圆柱齿轮传动。 插齿刀是一个是用高速钢制造并磨出切削刃的齿轮。,（四）插齿,图2-164 插齿机,图2-163 插齿原理图,1、插齿机,2、插齿刀,插齿刀是在轮齿上磨出前角、后角使其具有切削刃的特殊齿轮。插齿时，插齿刀回转、工件按齿轮副啮合关系相应回转，从而在齿坯上展成渐开线齿廓，插齿刀作上、下往复直线运动，即完成切齿。,图2-165 插齿刀,（1）主运动 即插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程，向上的返回行程是空行程。 （2）分齿运动 插齿刀和齿坯之间被强制的啮合运动，

9、也称为展成运动。保持一对传动齿轮的速比关系，即：nw/n0 = z0/zw （3）径向进给运动 即插齿刀逐渐向工件中心移动的运动，以切出全齿高。当进给到要求的深度时，径向运动停止，分齿运动继续进行，直到加工完成。 （4）让刀运动 为了避免插齿刀在返回行程中，刀齿的后刀面与工件的齿面发生摩擦，插齿刀返回时，齿坯沿径向让开一段距离；当切削行程开始前，齿坯恢复原位，这种运动即为让刀运动。,3、插齿切削运动,插齿视频,图2-165 插齿切削运动,4、插齿的工艺特点,（1）插齿的齿形精度比滚齿高，且齿面粗糙度值小；但运动精度低于滚齿，齿向偏差比滚齿大。 （2）插齿和滚齿选择刀具时只要求刀具的模数和压力角

10、与被切齿轮一致，与齿数无关（最少齿数z17）。 （3）插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。,5、插齿应用,插齿多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等，但不能加工蜗轮。,图2-166 双联齿轮,四 齿面精加工 一 、剃齿,1、剃齿原理,剃齿是在滚齿之后，对软齿面齿轮的齿形进行精加工的一种常用方法，在大批量生产中得到广泛应用。剃齿加工也属于展成法加工。 剃齿加工相当于一对交错斜齿圆柱齿轮啮合，剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，在客观存在的齿面上沿渐开线方向开了一些小槽，这些小槽的侧面与齿面的交棱形成了剃齿刀的切削刃（图2-169a）。,图2-169

11、剃齿刀及剃齿加工原理图 a）剃齿刀 b）剃齿加工原理图,2、剃齿刀,图2-171 剃齿刀,剃齿刀的形状类似于一个斜齿圆柱齿轮，每一个齿的两侧，沿渐开线方向开有许多小槽，以形成切削刃，材料一般为高速钢。,在与已经滚齿或插齿的齿轮啮合过程中，剃齿刀齿面上的许多切削刃，从工件齿面上剃下细丝状的切屑，以提高齿形精度和减小表面粗糙度值。,图2-170 剃齿机,由于该速度的存在，使剃齿刀刀刃能从工件齿面上切下微细的切屑，实现对工件齿面的精加工。 为了使工件齿形的两侧都能获得相同的剃削效果，剃齿刀在剃削过程中，应交替变换转动方向。 剃齿加工时，为了剃出工件齿形的全齿长，工作台必须作纵向直线往复运动。工作台每

12、次单向行程后，剃齿刀反转，工作台反向，剃削齿轮的另一侧面。工作台双向行程后，剃齿刀沿工件径向间歇进给一次，逐渐剃去齿面的余量，最终达到图样的要求。,由于剃齿刀与工件相当于一对交错轴斜齿圆柱齿轮啮合，因而在啮合点处的速度方向不一致，使剃齿刀与工件齿面之间沿齿宽方向产生相对滑动，这个滑动速度，就是剃齿的切削速度。,3、剃齿机,工件用心轴装在机床工作台的两顶尖之间，可以自由转动；剃齿刀装在机床主轴上并带动工件时而正转，时而反转，正转时剃削轮齿的一个侧面，反转时剃削轮齿的另一个侧面。 剃齿刀轴线与工件轴线间的夹角为0。此时，剃齿刀在啮合点A的圆周速度v0可分解为沿工件圆周切线方向的分速度vw（使工件旋

13、转）和沿工件轴线方向的分速度v（使齿面间产生相对滑动）使剃齿刀从工件上切下发丝状的极细切屑，从而提高齿形精度和降低表面粗糙度值。,图2-170 剃齿机加工原理图,剃齿视频,4、剃齿特点及应用,（1）剃齿主要用来对调质和淬火前的直、斜齿圆柱齿轮进行精加工，剃齿的精度取决于剃齿刀的精度。剃齿精度可达76级，齿面粗糙度Ra值为0.80.2m。 （2）剃齿生产率高，一般24min钟便可加工好一个齿轮。 （3）剃齿机结构简单，操作方便，也可把铣床等设备改装成剃齿机使用。 （4）剃齿刀制造较困难，剃齿不便于加工双联或多联齿轮的小齿轮等，使剃齿的应用受到一定限制。 （5）剃齿通常用于大批大量生产中的齿轮齿形

14、精加工，在汽车、拖拉机及机床制造等行业中应用很广泛。,用珩磨轮在珩齿机上进行齿形精加工的方法，其原理和方法与剃齿相同。 珩齿时，珩磨轮高速旋转（1000r/min2000r/min）,同时沿齿向和渐开线方向产生滑动进行切削，珩齿过程具有剃削、磨削和抛光的精加工的综合作用，刀痕复杂、细密。,（六）珩齿,1、珩齿原理,图2-170 珩磨轮及珩齿加工原理图 a）珩磨轮 b）珩齿加工 c）蜗杆形珩轮加工,珩磨轮：将金刚砂或白刚玉磨料与环氧树脂等材料合成后浇铸或热压在钢制轮坯上的斜齿轮,2、珩磨轮,图2-171 珩磨轮,珩磨视频,3、珩齿特点及应用,与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点： （1）珩轮结构和

15、磨轮相似，珩齿后表面质量教好，珩齿速度甚低（通常为13m/s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程，齿面不会产生烧伤和裂痕。 （2）珩齿时，齿面间隙沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量。 （3）珩轮弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。但对珩前齿轮的精度要求高。 （4）珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到1000r/min以上，纵向进给量为0.050.065mm/r。 （5）

16、珩轮生产率甚高，一般一分钟珩一个，通过35次往复即可完成，成本低，设备要求简单，操作方便。,1、成形法磨齿,将砂轮靠外圆处的两侧修整成与工件齿间相吻合的形状，对已切削过的齿间进行磨削。每磨完一齿后，进行分度，再磨下一个齿。 可在花键磨床或工具磨床上进行，设备费用较低。 生产率较高，比展成法磨齿高近10倍。 但砂轮修整较复杂，且也存在一定的误差。 在磨齿过程中砂轮磨损不均以及机床的分度误差的影响，它的加工精度只能达到6级。,磨齿：用砂轮在磨齿机上对齿轮进行精加工的方法。 按磨齿原理：成形法磨齿和展成法磨齿。,（七）磨齿,图2-173 成形法磨齿,2、展成法磨齿,展成法磨齿：锥形砂轮磨齿和双碟形砂

17、轮磨齿。 展成法磨齿生产率低，但加工精度高，一般可达4级，表面粗糙度Ra值在0.40.2m。所以，实际生产中它是齿面要求淬火的高精度齿轮常采用的一种加工方法。,（1）锥形砂轮磨齿,把砂轮修整成锥形，以构成假想齿条的齿形。其原理是使砂轮与被磨齿轮强制保持齿条和齿轮的啮合关系，且使被磨齿轮沿假想的固定齿条作往复纯滚动的运动，边转动，边移动，砂轮的磨削部分即可包络出渐开线齿形。 磨削时，砂轮作高速旋转，同时沿工件轴向作往复直线运动，以便磨出全齿宽。分别磨除齿槽的1、2两个侧面。每磨完一个齿槽，砂轮自动退离工件，工件自动进行分度。,图2-174 锥形砂轮磨齿,（2）双碟形砂轮磨齿,两个碟形砂轮倾斜一定角度，其端面构成假想齿条两个（或一个）齿的两个齿面，同时对齿槽的侧面1和侧面2进行磨削。 工作时，两个砂轮同时磨一个齿间或两个不同齿间的左右齿面。 为了磨出全齿宽，被磨齿轮需沿齿向作往复直线运动。,图2-174 双碟形砂轮磨齿,3、磨齿特点,加工精度高，一般条件下磨齿精度为46级，表面粗糙度Ra值为0.40.8。因为磨齿加工采用强制啮合的方式，不仅修正误差的能力强，而且可以加工表面硬度很高的齿轮。但磨齿加工的效率低，机床复杂、调整困难，所以加工成本较高，主要应用于齿轮精度要求很高