《機械加工技術》(侯志敏)教學課件-第十一章-圓柱齒輪加工

機械加工技術第十一章圓柱齒輪加工概述1齒形加工2圓柱齒輪加工工藝3第一節(jié)概述常見齒輪傳動種類

常用的齒輪如下圖所示。一、圓柱齒輪的結構特點常見齒輪結構如下圖所示，其中盤類齒輪應用最廣。常見齒輪結構工藝觀點齒圈上輪齒的分布形式圓柱齒輪齒圈輪體直齒齒輪斜齒齒輪人字齒齒輪輪體的結構特點盤形齒輪套筒齒輪內齒輪軸類齒輪扇形齒輪齒條二、圓柱齒輪傳動的技術要求技術要求傳動的準確性要求齒輪在一轉中,轉角誤差的最大值不能超過一定的限度。

要求齒輪傳動平穩(wěn),無沖擊,振動和噪聲小。

要求齒輪工作時,齒面接觸要均勻,以使齒輪在傳遞動力時不致

引起齒面過早磨損。

其作用是儲存潤滑油,使齒面工作時減少磨損;同時可以補償熱變形等因素引起的齒側間隙減小,防止卡死。工作平穩(wěn)性載荷均勻性齒側間隙三、圓柱齒輪齒形加工方法及設備齒輪加工的關鍵是齒形加工,它包括齒形的切削加工和齒面的磨削加工。常見的齒形加工方法與設備如下表所示。加工方法刀具車床加工精度和適用范圍成形法模數銑刀銑床加工精度與生產率均較低,精度等級為IT9一下齒輪拉刀拉床加工精度與生產率較高,但成本高,適用于大批量生產,適于拉內齒輪展成法滾齒齒輪滾刀滾齒機生產率較高,通用性好,一般精度等級為IT10~IT6,最高可達IT4,常用于直齒齒輪、斜齒外嚙合圓柱齒輪和蝸輪的加工插齒刀插齒機生產率較高,通用性好,一般精度等級為IT9~IT7,最高可達IT6,常用于內外嚙合齒輪、扇形齒輪和齒條等的加工插齒剃齒刀剃齒機生產率較高,一般精度等級為IT7~IT5,通常用于齒輪滾齒、插齒和預加工后、淬火前的精加工剃齒砂輪磨齒機生產率低且加工成本高,一般精度等級為IT7~IT3,大多用于淬硬后齒形的加工磨齒珩磨輪珩磨機一般精度等級為IT7~IT6,多用于經過剃齒和高頻淬火后齒形的精加工珩齒1.成形法成形法是使用與被加工齒輪的齒槽形狀一致的刀具,在齒坯上加工出齒面的方法。直齒圓柱齒輪的成形銑削如左圖所示，銑削時工件安裝在分度頭上,銑刀旋轉對工件進行切削加工,工作臺作直線進給運動,加工完一個齒槽,分度頭將工件轉過一個齒,再加工另一個齒槽,依次加工出所有齒槽。

盤形齒輪銑刀銑削指形齒輪銑刀銑削在采用盤形齒輪銑刀或指狀齒輪銑刀加工齒輪時,實際上是將同一模數和同一壓力角的銑刀制成8把(或15把)一套,每一號銑刀只加工一定范圍齒數的齒輪。每一號銑刀只加工一定范圍齒數的齒輪,如下邊所示。刀號12345678加工齒數范圍12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上成形法一般用于單件小批量生產和機修工作中,加工精度為IT9~IT12級,齒面粗糙度值Ra為6.3~3.2mm的直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪。2.展成法展成法是利用一對齒輪嚙合或齒輪與齒條嚙合原理,使其中一個作為刀具,在嚙合過程中加工齒面的方法。在生產實際中應用廣泛。第二節(jié)齒形加工一、銑齒概念在臥式或立式銑床上用盤形齒輪銑刀或指狀齒輪銑刀加工,是成形法加工齒輪應用較為廣泛的一種。工作過程銑齒時工件安裝在分度頭上,銑刀旋轉對工件進行切削加工,工作臺作直線進給運動,加工完一個齒槽,分度頭將工件轉過一個齒,再加工另一個齒槽,依次加工出所有齒槽。應用銑削斜齒圓柱齒輪必須在萬能銑床上進行。

成形法一般用于單件小批量生產和機修工作中,生產率和加工精度較低,加工IT9級以下的齒輪,用的是普通銑床,刀具易制造。二、滾齒特點滾齒是齒形加工中生產率較高、應用較廣的一種加工方法。精度為IT6~IT8級,齒面粗糙度Ra值為3.2~1μm,適于大批量生產。應用滾齒還可以用于加工蝸輪。

滾齒的加工尺寸范圍也較大,從儀器儀表中的小模數齒輪到礦山和化工機械中的大型齒輪都廣泛采用滾齒加工。

滾齒既可用于齒形的粗加工和半精加工,也可用于精加工。如上圖所示，滾齒的成形運動是由滾刀的旋轉運動和工件的旋轉運動組成的復合運動,為了滾切出全齒寬,滾刀還應有沿工件軸向的進給運動。1.滾齒原理滾齒加工原理2.輪滾刀特點及應用在齒面的切削加工中,齒輪滾刀的應用范圍很廣,可以用來加工外嚙合的直齒輪、斜齒輪、標準及變位齒輪。其加工的范圍大,模數為0.1~40mm的齒輪,均可用齒輪滾刀加工。漸開線加工漸開線齒輪應用漸開線蝸桿,但其制造困難阿基米德阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線,容易制造,生產中常用來代替漸開線蝸桿。法向直廓滾刀的基本蝸桿滾刀結構分為整體式和鑲片式滾刀兩大類,如下圖所示。整體滾刀的結構如上圖所示，目前中小模數(m=1~10mm)滾刀都做成整體結構,模數較大的滾刀為節(jié)省材料和便于熱處理一般做成鑲片式。滾刀的容屑槽有直槽和螺旋槽兩種,如下圖所示。滾刀的容屑槽示意圖如上圖所示，直槽滾刀制造方便,刃磨及檢查齒面精度也比較容易,目前多采用這種槽形。螺旋槽直槽3.滾刀的安裝應當使?jié)L刀的螺旋線方向與被加工齒輪的齒面線方向一致,滾刀和工件處于正確的嚙合位置。加工斜齒輪時滾刀的安裝角如左圖所示，將滾刀軸線與被切齒輪端面安裝成一定的角度,稱作安裝角δ。當加工斜齒圓柱齒輪時,滾刀的安裝角不僅與滾刀螺旋線方向及螺旋升角γ有關,而且還與被加工齒輪的螺旋方向及螺旋角β有關。4.工件的安裝工件的安裝不僅與工件的形狀、大小、精度要求等有關,而且還受到生產批量和裝備條件的限制。常用的安裝形式主要是夾具安裝。5.滾齒機的組成Y3150E型滾齒機如左圖所示，為Y3150E型滾齒機外形圖，其各組成部分均在圖中標識。Y3150E型滾齒機是一種中型通用滾齒機,主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪,也可以采用徑向切入加工蝸輪?？杉庸すぜ畲笾睆綖?00mm,最大模數8mm。6.提高滾齒生產率的途徑多件加工。徑向切入。

軸向竄刀和對角滾齒。(1)高速滾齒(2)采用多頭和大直徑滾刀(3)改進滾齒加工方法7.滾齒加工的工藝特點適應性好。生產率較高。

被切齒距偏差小。在滾齒加工中所形成工件齒廓的包絡線比插齒加工少得多。三、插齒1.插齒的基本原理插齒原理如左圖所示，插齒時,刀具沿工件軸線方向作高速的往復直線運動,形成切削加工的主運動,同時還與工件作無間隙的嚙合運動,在工件上加工出全部輪齒齒廓。2.插齒的基本運動切削加工的主運動展成運動基本運動徑向進給運動圓周進給運動插齒刀作上、下往復運動,向下為切削運動,向上為返回的退刀運動。在加工過程中,必須使插齒刀和工件保持一對齒輪的嚙合關系,即在刀具轉過一個齒時,工件也應準確地轉過一個齒。為了逐漸切至工件的全齒深,插齒刀必須要有徑向進給。圓周進給運動是插齒刀的回轉運動,其轉動的快慢直接影響生產率、刀具負荷和切削過程所形成的包絡線密度。讓刀運動讓開和恢復原位的運動稱為讓刀運動。3.插齒刀的精度插齒刀的精度AA級A級B級用于用于用于加工IT6級精度的齒輪用于加工IT7級精度的齒輪加工IT8級精度的齒輪4.插齒加工的工藝特點一齒精度高。

一轉精度差。齒向偏差大。生產率低。5.插齒的加工范圍插齒適合加工滾齒不能加工的內齒輪、階梯齒輪、齒條、扇形齒輪或雙聯(三聯)等齒輪,精度為IT6~IT8級,齒面粗糙度Ra值為μm,圓周進給量在0.2~0.5mm/雙行程,較小值用于精加工,較大值用于粗加工,適于小批量生產。四、剃齒1.剃齒的基本原理剃齒原理示意圖如左圖所示，剃齒加工是根據一對螺旋角不等的螺旋齒輪的嚙合原理。

加工時剃齒刀1與被切齒輪2的軸線空間交叉一個角度。出全部輪齒齒廓。2.基本運動剃齒刀的正、反轉運動n1。工件沿軸向的往復運動fz?；具\動工件每往復一次后的徑向進給運動fj。3.加工范圍及生產率剃齒加工范圍較廣,廣泛用于未淬火圓柱齒輪軟齒面的精加工。齒面精度為IT6~IT8級,粗糙度Ra值為μm。

加工一個齒輪需2~4min,

所以生產效率較高,適于大批量生產。4.加工精度

剃齒加工精度主要取決于剃齒刀。只要剃齒刀本身的精度高,刃磨好,就能剃出表面粗糙度Ra值為1.5~0.32μm,精度為IT6~IT8級的齒輪。

剃齒余量的大小,對加工質量及生產率有一定影響。可參考下表選擇剃齒余量。模數1~1.752~33.25~44~55.5~6剃齒余量0.070.080.090.100.11五、珩齒珩齒原理示意圖如左圖所示，珩磨輪可以做成齒輪式的,直接加工直齒和斜齒圓柱齒輪。珩齒可以精加工淬硬齒輪,可得到較小的表面粗糙度和較高的齒面精度。

珩齒是一對交錯軸齒輪的嚙合傳動,所不同的只是珩磨是利用珩磨輪面上的磨料,通過壓力和相對滑動速度來切除金屬的。

蝸桿形珩磨輪的齒面比剃齒刀簡單,且易于修磨,珩磨輪精度可高于剃齒刀的精度。采用這種珩磨方式對齒輪的各項誤差能夠較好地修正,縮短生產周期,節(jié)約費用。六、磨齒

一般磨齒機都采用展成法來磨削齒面,常見的有大平面砂輪磨齒機、碟形雙砂輪磨齒機、錐面砂輪磨齒機和蝸桿砂輪磨齒機。精度最高,,精度可達IT3級,但效率較低。效率最高,被加工齒輪的精度為IT6級。

磨齒加工的主要特點是:加工精度高。修正誤差的能力強,可以加工表面硬度很高的齒輪。

效率低,機床復雜,調整困難,故加工成本較高。

被磨削齒輪的精度主要取決于機床傳動鏈的精度和蝸桿砂輪的形狀精度,如下圖所示。如左圖所示，砂輪為蝸桿狀,磨齒時,砂輪與工件兩者保持嚴格的速比關系,為磨出全齒寬,砂輪還需沿軸線方向進給。由于砂輪的轉速很高(約2000r/min),工件相應的轉速也較高,因此磨削效率高。磨齒原理示意圖第三節(jié)圓柱齒輪加工工藝1.工藝過程

圓柱齒輪的加工工藝過程包括以下內容:齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。

下圖為直齒圓柱齒輪的工序簡圖。齒輪工序簡圖

加工工藝過程如下表所示。序號工藝內容及要求定位基準設備1鍛造2正火3粗車各部、均留余量1.5mm外圓、端面CA6140車床4精車各部至尺寸要求外孔、內孔、端面CA610車床5滾齒,留剃齒余量0.007~0.10mm內孔、B端面Y3150E滾齒機6倒角內孔、B端面倒角機7插鍵槽達圖樣要求外圓、B端面插床8去毛刺9剃齒內孔、B端面Y571410熱處理:齒面高頻感應加熱淬火11珩齒達圖樣要求內孔、B端面Y571412終檢入庫對普通鏜床的坐標測量裝置的主要形式介紹如下:普通刻線尺與游標尺加放大鏡測量裝置。百分表與塊規(guī)測量裝置。

經濟刻度尺與光學讀數頭測量裝置。

光柵數字顯示裝置和感應同步器測量裝置。一、平行孔系的加工1.找正法加工孔系根據圖樣要求在毛坯或半成品上劃出界線作為加工依據,然后按劃線找正加工。劃線和找正誤差較大,所以加工精度低,一般在。劃線找正法要求各平行孔中心線之間及孔中心線與基準面之間的距離尺寸精度和位置精度。量塊心軸找正法如上圖所示，將精密心軸插入鏜床主軸孔內(或直接利用鏜床主軸),然后根據孔和定位基面的距離用塊規(guī)、塞尺校正主軸位置,鏜第一排孔。鏜第二排孔時,分別在第一排孔和主軸中插入心軸,然后采用同樣方法確定鏜第二排孔時的主軸位置。心軸和塊規(guī)找正1—心軸;2—鏜床主軸;3—塊規(guī);4—塞尺;5—工作臺樣板找正法

如上圖所示，工件孔距尺寸的平均值在10~20mm厚的鋼板樣板上加工出位置精度很高(±0.01~±0.03mm)的相應孔系,其孔徑比被加工孔徑大,以便鏜桿通過。樣板上的孔有較高的形狀精度和較小的表面粗糙度。樣板找正法千分表樣板2.用鏜模加工孔系工件裝在帶有鏜模板的夾具內,并通過定位與夾緊裝置使工件上待加工孔與鏜模板上的孔同軸。鏜桿支承在鏜模板的支架導向套里,這樣,鏜刀便通過模板上的孔將工件上相應的孔加工出來。方法鏜?？梢詰糜谄胀C床、專業(yè)機床和組合機床,用鏜模法加工孔系,可以大大提高工藝系統(tǒng)的剛性和抗振性。

鏜模法加工