工程学教案(3.6)

1、 学科机械制造工程学第3章 机床与刀具第6节 齿轮加工教学类型授新课授课时数2授课班级0916班教学目的和要求1、了解齿轮的加工方法。2、了解齿轮加工工艺特点及刀具。教学重点和难点重点： 加工工艺特点难点： 刀具类型教具准备挂图复习提问齿轮？作业布置附后教学方法主要教学内容和过程附记滚齿视频3.6 齿轮加工齿轮机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构，可以用来传递空间任意两轴间的运动和动力。传动准确、平稳、传递动力大、机械效率高、使用寿命长、工作安全可靠。3.6.1 齿坯的精度要求及其加工1、齿轮类型花键主要用于运动传递中传动元件的连接，具有传递动力大、可靠性高的优点。均为直齿。有矩形花键、

2、渐开线花键、三角形花键。 教学方法主要教学内容和过程附记2、齿轮的技术要求（1）圆柱齿轮传动的精度要求1）传递运动准确性要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。2）传递运动平稳性要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。3）载荷分布均匀性要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。4）传动侧隙的合理性要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变

3、化和加工、装配时的一些误差。（2）精度等级齿轮共有13个精度等级，用数字012由低到高的顺序排列，0级最高，12级最低。3-5级为高精度齿轮，6-8级为中等精度齿轮。9-12级为低精度齿轮，0-2级是为了发展前景规定的。3、齿坯的精度要求及其加工方法材料：棒料、锻件、铸件方法：铸造、锻造、精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧、冷挤等。 教学方法主要教学内容和过程附记3.6.2 齿形加工方法按轮齿成形原理分两大类：1.成形法 （加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。）2.展成法（加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮）1、齿轮铣刀铣齿用与被加工齿轮齿槽形

4、状相符的成形铣刀在齿坯上加工出齿形的方法，称为成形法。可在卧式铣床上用盘状铣刀或在立式铣床上用指状铣刀进行加工。如图所示。 铣齿轮的齿形属于铣成形面，因此要用专门的齿轮铣刀模数铣刀，可根据齿轮的模数和齿数选择模数铣刀。同一模数的齿轮铣刀由8个号组成一组，每一号铣刀仅适用于一定齿数范围的齿轮，如表8-4所示。能加工一个齿槽。完成一个齿槽，必须对工件进行一次分度，再接着铣下一个齿槽，直到完成整个齿轮。所以，铣齿轮时，齿坯要套在芯轴上，用分度头卡盘和尾架顶尖装夹。 齿深不大时，可一次粗铣完，留下大约0.2mm的精铣余量；齿深较大时，应分几次进行粗铣。 使用成形法加工齿轮的特点是：1）不需专用设备，刀

5、具成本低。2）铣刀每铣一次，都要重复一次分度、切入、退刀的过程，因此生产效率较低。3）加工精度低，一般加工精度为912级，Ra6.3-3.2。精度不高的原因是同一模数的铣刀只有8把，每号铣刀的刀齿轮廓只与该号铣刀规定的铣齿范围内最少齿数齿轮的理论轮廓相一致，其它齿数的齿轮只能获得近似的齿形。此外分度的误差也较大。 因此，成形法加工齿轮一般多用于修配和加工单件，某些转速不高且精度要求较低的齿轮。 教学方法主要教学内容和过程附记2、滚齿机滚齿滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来的。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、齿轮齿轮)中的一个转化为刀具，另一个转

6、化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。滚齿机运动分析：主运动滚刀旋转运动；展成(啮合)运动齿坯与滚刀按一定速比转动；进给运动滚刀沿齿坯轴向运动。滚齿加工的精度一般为89级，表面粗糙度Ra为3.21.6m。3、插齿机插齿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。 教学方法主要教学内容和过程附记运动分析：主运动-插齿刀上下往复运动，插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动；展成运动-插齿刀与齿坯按一定速比转动；让刀运动-径向进给运动。滚齿插齿比较：A、生产率切制模数较大的齿轮时，插齿速度要受到插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性的制约；切削过程又有空程的时间损失，故生产

7、率不如滚齿高。只有在加工小模数、多齿数并且齿宽较窄的齿轮时，插齿的生产率才比滚齿高。 B、加工质量（1）插齿的齿形精度比滚齿高滚齿时，形成齿形包络线的切线数量只与滚刀容屑槽的数目和基本蜗杆的头数有关，它不能通过改变加工条件而增减；但插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，制造齿轮滚刀时是近似造型的蜗杆来替代渐开线基本蜗杆，这就有造形误差。而插齿刀的齿形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确的渐开线齿形。所以插齿可以得到较高的齿形精度。 （2）插齿后齿面的粗糙度比滚齿细这是因为滚齿时，滚刀在齿向方向上作间断切削，形成鱼鳞状波纹；而插齿时插齿刀沿齿向方向的切削是连续的

8、。所以插齿时齿面粗糙度较细。 （3）插齿的运动精度比滚齿差这是因为插齿机的传动链比滚齿机多了一个刀具蜗轮副，即多了一部分传动误差。另外，插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。而滚齿时，因为工件的每一个齿槽都是由滚刀相同的23圈刀齿加工出来，故滚刀的齿距累积误差不影响被加工齿轮的齿距精度，所以滚齿的运动精度比插齿高。 （4）插齿的齿向误差比滚齿大插齿时的齿向误差主要决定于插齿机主轴回转轴线与工作台回转轴线的平行度误差。由于插齿刀工作时往复运动的频率高，使得主轴与套筒之间的磨损大，因此插齿的齿向误差比滚齿大。 所以就加工精度来说，对运动精度要求不

9、高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度），则用滚齿较为有利。4、齿轮的精加工6级精度以上齿轮或淬火后的硬齿轮，一般要在滚齿或插齿后进行热处理再进行齿轮的精加工。方法：剃齿、珩齿、磨齿等。（1）剃齿：软齿面精加工（5-7级） 教学方法主要教学内容和过程附记剃齿刀实质上是一个在齿面上沿渐开线方向开了很多小槽，以形成切削刃的高精度斜齿轮。剃齿刀及剃齿原理（2）珩齿（6-7级）（3）磨齿磨齿是用磨削方法对齿轮齿面进行精加工，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达6级或更高。磨齿分两大类：成形法磨齿（6-5级）和展成法磨齿（5-4级）1）成形

10、法磨齿 教学方法主要教学内容和过程附记2）展成法磨齿A、连续磨齿(砂轮为蜗杆形)图aB、分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型、锥形，利用齿条和齿轮啮合原理)图b、c、d。3.6.3 齿轮加工机床齿轮加工机床：圆柱齿轮加工机床（滚齿机、插齿机、磨齿机等）；锥齿轮加工机床（刨齿机、铣齿机、拉齿机等）。1、滚齿机（1）加工直齿圆柱齿轮的传动原理主运动传动链B11 电机12uv34滚刀 uv为主运动传动比。展成运动传动链 滚刀旋转运动B11 1/K转(1齿) 齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿) 内传动链为：滚刀45ux67齿坯 ux为啮合运动传动比。垂直进给运动传动链A2 齿坯78uf910丝杠-刀架

11、升降，uf为进给运动传动比。（2）加工斜齿圆柱齿轮的传动原理主运动传动链B11、展成运动传动链、垂直进给运动传动链A21与直齿圆柱齿轮的传动原理相同，增加一条附加传动链B22（刀架与工件之间）。 教学方法主要教学内容和过程附记附加运动（B22 (螺旋线)）传动链：刀架1213uy1415合成机构67ux89工件 （3）滚刀的安装 滚刀螺旋升角为0，A、加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜角，称为安装角。 =0右旋滚刀如图左旋相反B、加工斜齿时安装角取决于滚刀螺 旋升角0 、旋向及齿轮 螺旋角、旋向。 二者同向时= 0 ； 二者反向时= 0 右旋滚刀如图左旋相反（4）滚齿机结构1-床身 2-立柱3

12、-刀架 4-滚刀主轴5-刀架体 6-支架7-工件心轴 8-后立柱9-工作台 10-床鞍Y3150E型滚齿机可加工最大直径为500mm，最大加工宽度250mm，最大加工模数8mm。2、插齿机（1）插齿的传动原理 教学方法主要教学内容和过程附记（2）插齿机结构Y54型插齿机可加工齿轮最大直径500mm，最大加工宽度105mm，最大加工模数6mm。 教学方法主要教学内容和过程附记3、数控滚齿机（1）数控滚齿机的性能特点1）各个传动环节都是独立驱动2）高度自动化和柔性化，工艺范围广3）所有内联系传动，都是电子元件完成，代替机械传动，传动链缩短，简化了结构，增强机床的刚性。4）传动链缩短，提高了传动精度。5）完善的操作程序和提示功能，保证机床的宜人性，操作简单可靠，且便于多机床管理。6）控制系统多采用模块式多微机控制，硬件和软件结构已标准化，与市场产品兼容，便于维修与扩展功能。（2）数控滚齿机的主要组成部分按主轴在空间的位置：立式、卧式1-径向滑座（立柱） 2-轴向滑座3-切向滑座 4-滚刀架5-工作台（运动分析）（