機(jī)械制造技術(shù)-電子教案第8章齒形加工

機(jī)械制造技術(shù)第8章齒形加工@高等教育出版社ContentsPage目錄頁(yè)04其他齒形加工方法01齒形加工方法02滾齒加工03插齒加工TransitionPage過(guò)渡頁(yè)04其他齒形加工方法01齒形加工方法02滾齒加工03插齒加工一、齒形加工方法概述1．無(wú)切削加工齒輪齒形的無(wú)切削加工方法有鑄造、熱軋、冷擠、粉末冶金、注塑等方法。無(wú)切削加工具有生產(chǎn)率高、材料消耗小和成本低等優(yōu)點(diǎn)。鑄造齒輪的精度較低，常用于農(nóng)機(jī)和礦山機(jī)械。2．切削加工對(duì)于有較高傳動(dòng)精度要求的齒輪來(lái)說(shuō)，切削加工仍是目前主要的加工方法。通常要通過(guò)切削和磨削加工來(lái)獲得所需的齒輪精度。根據(jù)所用的加工裝備不同，齒輪的切削加工有銑齒、滾齒、插齒、刨齒、磨齒、剃齒、珩齒等多種方法。8.1齒形加工方法二、齒形加工原理1．成形法（1）加工原理

用單齒廓成形刀具加工時(shí)，每次僅加工齒輪的一個(gè)齒槽，通過(guò)分度，依次對(duì)各個(gè)齒槽進(jìn)行加工，形成齒形。最常用的方法是在普通銑床上用成形銑刀銑削齒形。成形法銑齒的優(yōu)點(diǎn)是可以在普通銑床上加工，但由于刀具的近似齒形誤差和機(jī)床在分齒過(guò)程中的轉(zhuǎn)角誤差影響，加工精度一般較低，為9～12級(jí)，表面粗糙度值為Ra6.3～3.2μm，生產(chǎn)效率不高，一般用于單件小批量生產(chǎn)加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪，或用于重型機(jī)器制造業(yè)的大型齒輪加工。8.1齒形加工方法（2）齒輪銑刀

成形法銑削齒輪所用的刀具有盤(pán)形齒輪銑刀和指形銑刀，前者適用于中小模數(shù)（m＜8mm）的直齒、斜齒圓柱齒輪，后者適于加工大模數(shù)（m＝8～40mm）的直齒、斜齒齒輪，特別是人字齒輪。同一模數(shù)的齒輪只要齒數(shù)不同，齒形漸開(kāi)線形狀就不相同，為了加工出準(zhǔn)確的齒形，就需要備有數(shù)量很多的齒形不同的齒輪銑刀，這將是不經(jīng)濟(jì)的。為減少刀具的數(shù)量，同一模數(shù)的齒輪銑刀按其所加工的齒數(shù)通常制成8把一套（精確的是15把一套），每種銑刀用于加工一定齒數(shù)范圍的一組齒輪。8.1齒形加工方法2．展成法

展成法是利用一對(duì)齒輪嚙合的原理進(jìn)行加工的。刀具相當(dāng)于一把與被加工齒輪具有相同模數(shù)的特殊齒形的齒輪。加工時(shí)刀具與工件按照一對(duì)齒輪（或齒輪與齒條）的嚙合傳動(dòng)關(guān)系（展成運(yùn)動(dòng)）作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，刀具齒形的運(yùn)動(dòng)軌跡逐步包絡(luò)出工件的齒形。同一模數(shù)的刀具可以在不同的展成運(yùn)動(dòng)關(guān)系下，加工出不同的工件齒形。所以用一把刀具就可以切出同一模數(shù)而齒數(shù)不同的各種齒輪。展成法加工時(shí)能連續(xù)分度，具有較高的加工精度和生產(chǎn)率，是目前齒輪加工的主要方法。8.1齒形加工方法TransitionPage過(guò)渡頁(yè)04其他齒形加工方法01齒形加工方法02滾齒加工03插齒加工一、滾齒加工原理滾齒加工的齒形成形原理實(shí)質(zhì)上是模擬一對(duì)交錯(cuò)軸螺旋齒輪的嚙合傳動(dòng)過(guò)程。8.2滾齒加工滾齒過(guò)程如圖所示，當(dāng)滾刀旋轉(zhuǎn)時(shí)，在其螺旋線的法向剖面內(nèi)的刀齒，相當(dāng)于一個(gè)齒條作連續(xù)移動(dòng)。根據(jù)嚙合原理，其移動(dòng)速度與被切齒輪在嚙合點(diǎn)的線速度相等，即被切齒輪的分度圓與該齒條的節(jié)線作純滾動(dòng)。由此可知，滾齒時(shí)，滾刀的轉(zhuǎn)速與齒坯的轉(zhuǎn)速必須嚴(yán)格符合如下關(guān)系：8.2滾齒加工二、滾齒加工的應(yīng)用1．直齒圓柱齒輪加工滾切直齒圓柱齒輪時(shí)所需的加工運(yùn)動(dòng)包括形成漸開(kāi)線的復(fù)合展成運(yùn)動(dòng)、形成全齒長(zhǎng)所需的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和切出全齒深所需的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。8.2滾齒加工2．斜齒圓柱齒輪加工滾切斜齒圓柱齒輪需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)，即形成漸開(kāi)線齒廓的展成運(yùn)動(dòng)和形成齒長(zhǎng)螺旋線的運(yùn)動(dòng)。除形成漸開(kāi)線需要復(fù)合展成運(yùn)動(dòng)外，要形成齒長(zhǎng)螺旋線也需要一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)。即在滾刀沿工件軸線移動(dòng)（垂直進(jìn)給）與工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間也必須建立一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。8.2滾齒加工3．蝸輪加工加工蝸輪時(shí)，展成運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)與加工直齒圓柱齒輪時(shí)相同。由于在蝸輪的軸向平面內(nèi)蝸輪齒底部是圓弧形，滾刀軸線就在圓弧中心，所以不需要垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為切出全齒深，滾刀相對(duì)于蝸輪的切入運(yùn)動(dòng)可以有兩種方式，一種是徑向進(jìn)給，另一種是切向進(jìn)給。8.2滾齒加工采用切向進(jìn)給時(shí)，蝸輪齒面有更多的包絡(luò)切線，加工表面粗糙度值小。對(duì)大螺旋升角的蝸輪，應(yīng)盡可能采用切向進(jìn)給。但切向進(jìn)給時(shí)，需要機(jī)床有切向進(jìn)給刀架，并使用帶切削錐的蝸輪滾刀。4．滾齒時(shí)滾刀的安裝在滾切直齒和斜齒圓柱齒輪時(shí)，為保證加工出的齒形的正確性，滾刀與工件的相對(duì)位置關(guān)系應(yīng)符合相應(yīng)的螺旋齒輪嚙合的相互位置關(guān)系，即滾刀的齒形螺旋線的方向應(yīng)與被加工齒輪的齒向相同。為實(shí)現(xiàn)這一要求，在滾刀安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)滾刀的螺旋角和工件的螺旋角使?jié)L刀相對(duì)于工件轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。滾刀軸線相對(duì)于工件端面轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為滾刀的安裝角。8.2滾齒加工三、齒輪滾刀1．滾刀基本蝸桿齒輪滾刀相當(dāng)于一個(gè)螺旋角很大的斜齒圓柱齒輪，成為蝸桿形狀。為了使這個(gè)“蝸桿”能起到切削作用，需在這個(gè)蝸桿沿其長(zhǎng)度方向開(kāi)出若干個(gè)容屑槽，以形成切削刃和前后刀面。根據(jù)滾刀的成形原理，滾刀基本蝸桿在螺旋齒的法向截面內(nèi)應(yīng)該是漸開(kāi)線齒形，才能加工出理論上正確的漸開(kāi)線齒輪。這種蝸桿稱為漸開(kāi)線蝸桿，但這種具有漸開(kāi)線齒形的基本蝸桿制造困難，在生產(chǎn)中很少使用。為便于制造，實(shí)際上多采用在軸向截面內(nèi)的齒形是直線的基本蝸桿，稱為阿基米得基本蝸桿，這種蝸桿滾刀的齒形在理論上存在誤差，但便于制造、刃磨、測(cè)量，能滿足一定精度范圍內(nèi)的齒輪加工要求。8.2滾齒加工2．滾刀基本結(jié)構(gòu)滾刀結(jié)構(gòu)分為整體式、鑲齒式等類(lèi)型。目前中小模數(shù)滾刀都做成整體結(jié)構(gòu)，大模數(shù)滾刀，為了節(jié)省材料和便于熱處理，一般做成鑲齒式結(jié)構(gòu)。8.2滾齒加工3．滾刀的幾何參數(shù)（1）齒輪滾刀的外徑與孔徑（2）齒輪滾刀的長(zhǎng)度（3）齒輪滾刀的頭數(shù)（4）齒輪滾刀的圓周齒數(shù)（5）滾刀的前刀面和前角（6）滾刀的后刀面和后角8.2滾齒加工4．滾刀的精度滾刀按精密程度分為AAA級(jí)、AA級(jí)、A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)，表8.2列出了滾刀精度等級(jí)與被加工齒輪精度等級(jí)的關(guān)系。8.2滾齒加工四、Y3150E滾齒機(jī)1．機(jī)床組成

Y3150E型滾齒機(jī)是一種中型通用滾齒機(jī)，主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可以采用徑向切入法加工蝸輪，可以加工工件的最大直徑為500mm，最大模數(shù)為8mm。8.2滾齒加工2．傳動(dòng)系統(tǒng)分析滾齒機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)是由主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈組成的。此外，還有用于快速調(diào)整機(jī)床的空行程快速傳動(dòng)鏈。（1）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是：電動(dòng)機(jī)－滾刀主軸Ⅷ。其傳動(dòng)路線表達(dá)式為：8.2滾齒加工（2）展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是：滾刀主軸－工作臺(tái)，其傳動(dòng)路線表達(dá)式為：滾切直齒圓柱齒輪時(shí)合成機(jī)構(gòu)用離合器M1，故u合成＝1。由上式可得展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈換置公式為：8.2滾齒加工（3）垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏈垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是：工作臺(tái)－刀架。計(jì)算位移是：工作臺(tái)轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，刀架垂直進(jìn)給f（單位為mm），其傳動(dòng)路線表達(dá)式為：上式中，a1/b1

和軸XVII－XVIII之間的三聯(lián)滑移齒輪是垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的換置機(jī)構(gòu)。由上式得出換置公式為：8.2滾齒加工（4）附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈8.2滾齒加工3．運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)在加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，展成運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要通過(guò)合成機(jī)構(gòu)合成后傳遞給工作臺(tái)。在Y3150E上采用了行星輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由4個(gè)z＝30的錐齒輪組成。8.2滾齒加工五、數(shù)控滾齒機(jī)簡(jiǎn)介隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控滾齒機(jī)克服了普通滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高度自動(dòng)化和柔性化控制，大大簡(jiǎn)化了普通滾齒機(jī)機(jī)械傳動(dòng)。普通滾齒機(jī)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)鏈，在數(shù)控滾齒機(jī)上全部分解成單個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，彼此之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系則由數(shù)控系統(tǒng)中專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。8.2滾齒加工TransitionPage過(guò)渡頁(yè)04其他齒形加工方法01齒形加工方法02滾齒加工03插齒加工一、概述1．插齒加工原理插齒加工的齒形成形原理模擬一對(duì)圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)過(guò)程，其中一個(gè)是工件，另一個(gè)是端面磨有前角、齒頂及齒側(cè)均磨有后角的插齒刀。8.3插齒加工2．插齒加工的特點(diǎn)（1）由于插齒刀在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有滾刀的近似齒形誤差，在制造時(shí)可通過(guò)高精度磨齒機(jī)獲得精確的漸開(kāi)線齒形，所以插齒加工的齒形精度比滾齒高。（2）齒面的表面粗糙度值小。這主要是由于插齒過(guò)程中參與包絡(luò)的刀刃數(shù)遠(yuǎn)比滾齒時(shí)多。（3）運(yùn)動(dòng)精度低于滾齒。由于插齒時(shí)，插齒刀上各個(gè)刀齒順次切削工件的各個(gè)齒槽，所以刀具制造時(shí)產(chǎn)生的齒距累積誤差將直接傳遞給被加工齒輪，從而影響被切齒輪的運(yùn)動(dòng)精度。（4）齒向偏差比滾齒大。因?yàn)椴妪X的齒向偏差取決于插齒機(jī)主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差。由于插齒刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁，主軸與套筒容易磨損，所以齒向偏差常比滾齒加工時(shí)要大。（5）插齒的生產(chǎn)率比滾齒低。這是因?yàn)椴妪X刀的切削速度受往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性限制難以提高，目前插齒刀每分鐘往復(fù)行程次數(shù)一般只有幾百次。此外，插齒有空行程損失。（6）插齒可以加工內(nèi)齒輪、雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪、齒條、扇形齒輪等滾齒無(wú)法完成的加工。8.3插齒加工二、插齒加工的應(yīng)用1．直齒圓柱齒輪加工由插齒的加工原理可知，插齒的展成運(yùn)動(dòng)是插齒刀與被加工齒輪之間的嚙合傳動(dòng)。這是一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，二者的轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格符合下式的關(guān)系：在插齒加工中，主運(yùn)動(dòng)是插齒刀的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而，齒輪的齒長(zhǎng)是由主運(yùn)動(dòng)的軌跡形成的。顯然，通過(guò)調(diào)整插齒刀的軸向往復(fù)行程，就可以加工不同齒長(zhǎng)的齒輪。為切出全齒高，還有一個(gè)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為避免空行程時(shí)刀具與工件的摩擦，還有一個(gè)讓刀運(yùn)動(dòng)。8.3插齒加工2．斜齒圓柱齒輪加工加工斜齒圓柱齒輪時(shí)的展成運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)與直齒輪加工時(shí)相同，其特殊之處在于必須使插齒刀附加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，以形成斜齒輪的齒向螺旋線。這一附加轉(zhuǎn)動(dòng)與插齒刀的軸向運(yùn)動(dòng)之間也必須保持嚴(yán)格的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以得到齒向螺旋角。所以，這也是一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈。8.3插齒加工三、插齒刀1．插齒刀的類(lèi)型（1）

Ⅰ型———盤(pán)狀直齒插齒刀（圖a）這是最常用的一種形式，用于加工直齒外齒輪和大直徑內(nèi)齒輪。插齒刀的內(nèi)孔直徑由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，因此不同的插齒機(jī)應(yīng)選用不同的插齒刀。（2）Ⅱ型———碗形直齒插齒刀（圖b）它和Ⅰ型插齒刀的區(qū)別在于其刀體凹孔較深，以便容納緊固螺母，避免在加工雙聯(lián)齒輪時(shí)螺母碰到工件。（3）Ⅲ型———錐柄直齒插齒刀（圖c）這種插齒刀的直徑較小，只能做成整體式，它主要用于加工較小的內(nèi)齒輪。8.3插齒加工2．插齒刀的選擇插齒刀是一個(gè)特殊的變位齒輪，即除了原始剖面O－O內(nèi)具有標(biāo)準(zhǔn)齒形（變位系數(shù)x0

＝0）外，整個(gè)插齒刀可看成是由無(wú)窮多的每片厚度為無(wú)限小，且具有不同變位系數(shù)的薄片齒輪疊加而成。O－O剖面以下（如A－A剖面）和以上的每一薄片齒輪的變位系數(shù)分別為x0

＞0和x0

＜0，插齒刀的不同剖面內(nèi)的頂圓半徑和分度圓齒厚隨著變位系數(shù)的增減而增減。因此，選擇插齒刀時(shí)，必須要考慮變位系數(shù)的大小。在插齒加工時(shí)要避免下列現(xiàn)象的發(fā)生：（1）插齒刀加工出來(lái)的齒輪嚙合時(shí)可能發(fā)生過(guò)渡曲線干涉。（2）插齒刀加工齒輪時(shí)可能發(fā)生根切。（3）插齒刀加工齒輪時(shí)可能發(fā)生頂切。（4）插齒刀加工齒輪時(shí)，刀具的齒根圓可能參加切削，從而將毛坯外圓切掉一層。8.3插齒加工TransitionPage過(guò)渡頁(yè)04先進(jìn)磨削技術(shù)簡(jiǎn)介01齒形加工方法02滾齒加工03插齒加工一、剃齒1．剃齒原理剃齒加工原理相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪作雙面無(wú)側(cè)隙嚙合的過(guò)程，其中一個(gè)是剃齒刀，它是一個(gè)沿齒面齒高方向上開(kāi)有很多容屑槽形成切削刃的斜齒圓柱齒輪，另一個(gè)是被加工齒輪。剃齒時(shí)，經(jīng)過(guò)預(yù)加工的工件裝在心軸上，頂在機(jī)床工作臺(tái)上的兩頂尖間，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；剃齒刀裝在機(jī)床的主軸上，在機(jī)床的帶動(dòng)下與工件作無(wú)側(cè)隙的螺旋齒輪嚙合傳動(dòng)，帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。8.4其他齒形加工方法2．剃齒的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用（1）剃齒加工效率高，一般2～4min便可完成一個(gè)齒輪的加工。剃齒加工的成本也很低，平均比磨齒低90％，剃齒刀一次刃磨可以加工1500多個(gè)齒輪，一把剃齒刀約可加工10000個(gè)齒輪。（2）剃齒加工對(duì)齒輪的切向誤差的修正能力差，因此，在工序安排上應(yīng)采用滾齒作為剃齒的前道工序，因?yàn)闈L齒運(yùn)動(dòng)精度比插齒好，滾齒后的齒形誤差雖然比插齒大，但這在剃齒工序中卻不難糾正。（3）剃齒加工對(duì)齒輪的齒形誤差和基節(jié)誤差有較強(qiáng)的修正能力，因而有利于提高齒輪的齒形精度。剃齒加工精度主要取決于刀具，只要剃齒刀本身精度高、刃磨質(zhì)量好，就能夠剃出表面粗糙度為Ra1.25～0.32μm、精度為7～6級(jí)的齒輪。（4）剃齒刀通常用高速鋼制造，可剃制齒面硬度低于35HRC的齒輪。剃齒加工在汽車(chē)、拖拉機(jī)及金屬切削機(jī)床等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。8.4其他齒形加工方法二、珩齒1．珩齒原理珩齒是一種用于加工淬硬齒面的齒輪光整加工方法。工作時(shí)它與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系和剃齒相同，所不同的只是用珩磨輪代替剃齒刀。作為切削工具的珩磨輪是一個(gè)用磨料和環(huán)氧樹(shù)脂等材料作結(jié)合劑澆鑄或熱壓而成的、具有很高齒形精度的塑料齒輪，它不像剃齒刀有許多切削刃。在珩磨輪與工件嚙合的過(guò)程中，依靠珩磨輪齒面密布的磨粒，以一定的壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度對(duì)工件表面進(jìn)行切削。8.4其他齒形加工方法2．珩齒的特點(diǎn)（1）珩齒時(shí)由于切削速度低，加工過(guò)程為低速磨削、研磨和拋光的綜合作用過(guò)程，故工件被加工齒面不會(huì)產(chǎn)生燒傷和裂紋，表面質(zhì)量好。（2）由于珩輪彈性大、加工余量小、磨料粒度號(hào)大，所以珩齒修正誤差的能力較差；另外珩輪本身的誤差對(duì)加工精度的影響也很小。珩前的齒槽預(yù)加工應(yīng)盡可能采用滾齒，因?yàn)闈L齒的運(yùn)動(dòng)精度高于插齒，從而可在珩齒工序中降低對(duì)齒距累積誤差等進(jìn)行修正的要求。（3）與剃齒刀相比，珩輪的齒形簡(jiǎn)單，容易獲得高精度的齒形。（4）生產(chǎn)率高，一般為磨齒和研齒的10～20倍。刀具壽命也很高，珩輪每修正一次，可加工齒輪60～80件。3．珩齒的應(yīng)用珩齒修正誤差的能力不強(qiáng)，主要用來(lái)減小齒輪熱處理后齒面的表面粗糙度值，一般可從Ra1.6μm減小到Ra0.4μm以下。珩齒一般用于大批大量生產(chǎn)中6～8級(jí)精度淬火齒輪的加工。8.4其他齒形加工方法三、磨齒磨齒加工是適用