渐开线斜齿圆柱齿轮的工艺和工装设计

1、概 述齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200年的手工制作阶段，18世纪后的机械仿形阶段，19世纪后的机械范成加工阶段以及20世纪80年代至今的数控技术加工阶段。齿轮现在在国内绝大部分仍采用普通机床加工，精度难以提高。据有关资料显示，到1995年底，我国拥有齿轮机床79485台，其中数控齿轮加工机床仅385台。齿轮加工机床设备陈旧，其中53的机床已使用16年以上，已使用了615年的机床占31，只有不到16的机床使用年限

2、不到15年。而对齿轮特别是汽车齿轮制造要求也不断提高，在我国，由于齿轮的质量不能达到图纸要求，致使齿轮箱噪音大，寿命短，从而严重制约了整机的质量，这点在汽车行业表现得尤为严重。为了满足对齿轮加工中质量和加工效率得要求，从1995年以来大量进口数控齿轮加工机床。近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨-珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工技术必定会朝着数控化、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。关键词：齿轮、机床、机械目 录第一章齿轮结构分析1第二章齿轮介绍及渐开线斜齿圆柱齿轮2第三章齿轮毛坯材料确定8第四章斜齿圆柱齿轮轴的工艺分析13第5章 齿轮加工方

3、法17第6章 第六章加余量25第七章夹具 刀具 量具27第八章 切削用量的选择致谢29致谢30- 2 -第一章零件结构分析1.零件结构特点:零件是一矿用刮板传动齿轮，零件一端加工出227.5h11，齿数为63，模数3.5的齿轮，另一端凸台为85H6的内孔有一键槽，具体见图1.1所示。2. 零件的工艺分析2.1齿轮机构传动比恒定，寿命长，可靠性高。2.2齿轮机构传递的功率和圆周率速度分别可达到100000kw、300m/s2.3齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。- 31 -第二章齿轮介绍及渐开线斜齿圆柱齿轮2.1 齿轮的功用与结构特点 齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是

4、按规定的速比传递运动和动力。齿轮的结构由于使用要求不同而具有各种不同的形状，但从工艺角度可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮和齿条等等，如图91所示。在上述各种齿轮中，以盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮(图91b、c)。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚

5、或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。2.2齿轮的技术要求齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。2.2.1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。2.2.2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。2.2.3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

6、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。2.2.4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化和加工、装配时的一些误差。齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从112

7、顺次降低。其中12级是有待发展的精度等级，35级为高精度等级，68级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组,分别规定出各项公差和偏差项目，见表9?1。表21齿轮公差组公差组公差及偏差项目对传动性能的影响· Fi、Fp(Fpk)、F”i、Fr、Fw 传递运动准确性· fI、ff、fpt、fpb、f”I、fpb 传动平稳性、噪声、振动F、Fpx承载均匀性2.3渐开线斜齿圆柱轮轮2.3.1齿面形成研究直齿圆柱齿轮时知道，两轮的齿廓面沿一条平行于齿轮轴的直线KK相接触，KK与发生面在基圆柱上的切线NN平行。当发生面沿基圆柱做纯滚动时，直线KK在空间形成的轨

8、迹就是一个渐开面，即直齿轮的齿廓曲面，如图1示。图1 直齿齿轮渐开线的形成斜齿圆柱齿轮齿面的形成原理和直齿圆柱齿轮的情况相似，所不同的是发生面上的直线KK与直线NN不平行，即与齿轮轴线不平行面是与基圆杆母线NN成一夹角b。故当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线KK上的每一点都依次从基圆柱面的接触点开始展成一条渐开线，而直线KK上各点所展成的渐开线的集合就是斜齿轮的齿面。由此可知，斜齿轮齿廓曲面与齿轮瑞面(与基圆柱轴线垂直的平面)上的交线(即端面上的齿廓曲线)仍是渐开线。而且由于这些渐开线有相同的基圆柱，所以它们的形状都是一样的，只是展成的起始点不同面己，即起始点依次处于螺旋线K0K0上的各点。所以

9、其齿面为渐开螺旋面，如图2示。由此可见斜齿圆柱齿轮的端面齿廓曲线仍为渐开线。可将直齿圆柱齿轮看成斜齿圆柱齿轮的一个特例。从端面看，一对渐开线斜齿轮传动就相当于一对渐开线直齿轮传动，所以它也满足齿廓啮合基本定律。图2 斜齿齿轮的渐开线形成斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。如果两斜齿轮分度圆上的螺旋角不是大小相等且方向相反，则这样的一对斜齿轮还可以用来传递既不平行又不相交的两轴之间的运动。为了便于区别，把用于传递两平行轴之间的运动，称为斜齿圆柱齿轮传动；用于传递两交锗轴之间的运动，称为交错轴斜齿轮传动。斜齿圆柱齿轮传动中的两轮齿啮合为线接触，而交错轴斜齿轮传动中

10、的两轮齿啮合为点接触。一对斜齿圆柱齿轮啮合时，齿面上的接触线是由一个齿轮的一端齿顶(或齿根)处开始逐渐由短变长，再由长变短，至另一端的齿根(或齿顶)处终止。这样就减少了传动时的冲击和噪声，提高了传动的平稳性，故斜齿轮适用于重载、高速传动。图3 斜齿轮啮合总之：斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。2.3.2斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算螺旋角图4所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角称为斜齿轮在分度圆

11、柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。图4 斜齿轮分度圆柱面展开图旋向有左右之分，角度也有正负之分。旋向的判断方法：沿齿轮轴线方向观看齿轮，轮齿向左偏为左旋齿轮，向右偏为右旋齿轮，如图5所示。图5旋向区分左旋 右旋螺旋角：对于基圆柱同理可得其螺旋角b：所以有通常用分度圆上的螺旋角斜进行几何尺寸的计算。螺旋角越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取8°20° 。对于人字齿轮，其轴向力可以抵消，但加工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。模数如图6所示，为端面齿距，为法面齿距，因为，故端面模数与法面模数关系为：。图6 参数之间的关系压力角因斜齿圆柱齿

12、轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法面压力角和端面压力角的关系可通过斜齿条得到。在图7所示的斜齿条中，平面ABD在端面上，平面ACE在法面S上，ACB=90°。在直角ABD、ACE及ABC中，、，所以有：图7 压力角间的关系齿顶高系数及顶隙系数无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，即，式中：法面齿顶高系数，；法面顶隙系数,。2.4 当量齿轮与当量齿数在用仿形法加工斜齿轮时，铣刀是沿垂直于其法面方向进刀的，故应按法面的齿形来选择铣刀，在计算轮齿的强度时，由于力是作用在法面内，因而也需要知道法面的齿形。渐开线齿轮的齿形取决

13、于其基圆半径的大小，在模数、压力角一定的情况下，基圆的半径取决于齿数，即齿形与齿数有关。因此，在研究斜齿轮的法面齿形时，可以虚拟一个与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮，称这个虚拟的直齿轮为该斜齿轮的当量齿轮；这个当量齿轮的模数和压力角即为斜齿轮的法面模数和压力角，其齿数则称为该斜齿轮的当量齿数。为了确定斜齿轮的当量齿数，过斜齿轮分度圆螺旋线上一点C，作该轮齿螺旋线的法向剖面，该剖面与分度圆柱的交线为一椭圆。在此剖面上，点C附近的齿形可近似地视为斜齿轮法面上的齿形；将以椭圆上点C的曲率半径为半径所作的圆作为虚拟直齿轮的分度圆，即该斜齿轮的当量齿轮的分度圆，其模数利压力角即为斜齿轮的法面模数和法面压力

14、角，其齿数则称为该斜齿轮的当量齿数，用表示。图10 当量齿轮与斜齿轮参数的几何关系椭圆的长半轴，短半轴，而，故得渐开线标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数式中为当量直齿标准齿轮不发生根切的最少齿数。第三章、齿轮毛坯材料的合理选择在加工之前，为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据实际的工作条件和材料的特点来选取。在本文的一些条件下，对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。可以知道的是，常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁

15、和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。1满足材料的机械性能在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和

16、接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。2满足材料的工艺性能 材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。3材料的经济性要求在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因

17、此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。从齿轮生产过程的耗费来考虑。首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本 。结论？ 4齿轮的材料及热处理材料成形原理与工艺中对齿轮材料的基本要求如下：齿面要硬,齿芯要韧易于加工及热处理软齿面齿轮齿面配对硬度差为30-50HBS常用的齿轮材料及其热处理方法有：（1）中碳钢(如45钢)进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。（2）合金调质钢(如40Cr)进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要

18、求较高的齿轮。（3）合金渗碳钢(如20Cr，20CrMnTi)进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮（4）铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。由于本文用到的齿轮材料为钢制齿轮，因此主要介绍一下它的的热处理方法（本篇文章的加工工艺过程的选用中需要用到的热处理方法是正火和调质）：a.表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受

19、不大的冲击载荷。 b.渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削加工。 c.渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAl等。 d.调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处

20、理后齿面硬度一般为220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。e.正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。 表1-2 常用齿轮材料及其力学性能类别材料牌号热处理方法抗拉强度b/MPa屈服点s/MPa硬度HBS或HRC优质碳素钢35正火500270150180HBS调质550294190230 HBS45正火588294169217 HBS调质647373229286 HBS表面淬火4050 HRC50正火628373180220 HBS合金结构钢40Cr调质700500240258 HB

21、S表面淬火4855 HRC35SiMn调质750450217269 HBS表面淬火4555 HRC40MnB调质735490241286 HBS表面淬火4555 HRC20Cr渗碳淬火后回火6373925662 HRC20CrMnTi10798345662HRC38CrMnAlA渗氮980834850HV铸钢ZG45正火580320156217 HBSZG55650350169229 HBS灰铸铁HT300300185278 HBSHT350350202304 HBS球墨铸铁QT600-3600370190270 HBSQT700-2700420225305 HBS非金属夹布胶木1002535

22、 HBSv5齿轮的技术要求齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。 5.1传递运动准确性 我们要求齿轮能较准确地传递运动并使传动比恒定。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 我们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 我们要求齿轮工作时，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

23、我们要求齿轮工作时，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化和加工、装配时的一些误差。 由于齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。在实际运用中：对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。 6齿轮毛坯由于齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有：(1)下料件用于

24、一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。（由于实际需求，本文使用的就是下料件）(2)锻件用于重要而受力较大的齿轮。(3)铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。(4)铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。 结论：最终选择45钢，因为本齿轮为批量生产所以使用模锻方法获得毛坯。一般煤矿都使用软齿面，因为软齿是存在齿面点蚀而硬齿面存在齿面折断的问题会影响煤矿生产安全。最终热处理为：锻造毛坯后正火消除内应力，细化组织，改善切削性能（最佳切削硬度170-230）。进行一部分工序后表面淬火，提高硬度。第四章斜齿圆柱齿轮轴的工艺分析一、轴类零件加工的工艺路线由于我们加工的是齿轮轴工件，因

25、此，要对外圆进行加工。外圆加工的基本加工路线可归纳为四条：（1）粗车半精车精车对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。（2）粗车半精车粗磨精磨对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。（3）粗车半精车精车金刚石车对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。（4）粗车半精粗磨精磨光整加工（5）对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路二、重点工艺说明1、 本零件的加工的除较多的余量。半精加工：

26、是齿轮工件，材料为45钢，以公差等级和粗糙度选择加工工艺。外圆加工的基本加工路线。2、 齿轮毛坯的形成；锻件、棒料和铸造。3、 粗加工：切车、滚、插齿。4、 热处理:调质、渗碳淬火、齿面高频感应加淬火。5、 精加工：精修基准、精加工齿形。3、 加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片工序号工序名称工序内容工艺装备1锻造毛坯锻造2热处理正火3粗车精车外形，各处留加工余量2mm车床4精车精车各处，内孔至84.8mm留磨削余量0.2mm，其余至规定尺寸车床5滚齿滚切齿面，留磨削余量0.25mm滚齿机6倒角倒角至尺寸7钳工去毛刺8热处理齿面：HRC529插键槽至尺寸插床10磨平面磨床11磨平面磨床12磨内

27、孔磨内孔至85H5磨床13磨齿齿面磨削齿轮磨床第五章齿轮加工方案选择1、齿轮加工方案选择由于齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出我在选择齿轮加工方案时的几条原则，以供参考：1.1对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。1.2对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔。1.3对于67级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。1.4对于67级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：1.4.1剃珩磨方案滚（插）齿齿端加工剃齿齿面淬硬修正内孔珩齿。

28、1.4.2磨齿方案滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔磨齿。剃珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。1.4.3对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。1.4.4对于大批量生产，用滚（插）齿冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。2齿轮加工方法2.1斜齿轮切制原理如图16所示，斜齿轮的齿宽是与轴线有一夹角( ) 的螺旋线，具有一定的导程。加工时除须实现滚切直齿轮的三个基本运动即刀具回转、齿坯回转(分齿)和刀具沿齿坯轴向进给外，齿坯还必须有相应的附加运动(即刀具从A点到a点时，工件的B点应转到a点)。图16 斜齿轮加工时的附加转动

29、滚切斜齿轮附加运动的计算方法有二。其一是以滚刀旋转为基础，将滚刀视为传动链的首端，将回转工作台视为末端，如图17 所示。设用右旋滚刀加工右旋斜齿轮，则除分齿运动外，还应有附加运动(即刀从A 点到a点时，工件由a转到B点)，设齿坯导程为H，式中：K滚刀头数，通常取1；被加工齿轮的齿数；滚刀每转沿被加工齿轮轴线的进刀量，单位。图17 以滚刀为基础的加工（a）加工右旋齿轮（b）加工左旋齿轮因此滚刀转动一转时齿坯的转数为：当用右旋滚刀加工左旋斜齿轮时， 齿坯也必须有相应的附加运动(即刀具从A点到a时，工件的a点应退至B点)，所以，上式“+”号应变为“-”号。综合两种情况，有：滚刀转过转，齿坯转过()转

30、。其中，“+”号用于刀具与工件螺旋线方向相同，“-”号用于刀具与工件螺旋线方向相反。其二是以工作台(工件)旋转为基础，计算附加运动，如图18所示。设右旋滚刀加工左旋齿轮，若齿坯不作附加运动，则滚刀必须沿轴线从B点至a点平移，其速度为，因滚刀齿分布在滚刀螺旋线上，可使滚刀附加转动代替平行移动，其方向与滚刀旋转速度方向相反，数值与齿坯有一定传动比，既当齿坯转过1转时，滚刀除有转动外，还应有附加转动(通常K=1)。即有以工件为基础计算附加转动时有：齿坯转过1转，滚刀转过()转。其中，+号用于刀具与工件螺旋线方向相反，-号用于刀具与工件螺旋线方向相同。图18 以工作台为基础的加工为了便于我们了解齿轮加

31、工，下面我们对齿轮加工的方法进行一个简单的探讨。齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加工原理，可分为成形法和展成法两大类。一般情况下:a.加工直齿圆柱齿轮用插齿机b.加工斜齿轮用滚齿机c.加工伞齿轮用刨齿机(滚齿机也可以加工斜齿轮)所选用的刀具由齿轮加工机床决定：b.滚齿机有专用的齿轮滚刀b插齿机有专用的齿轮插刀c.刨齿机有转用的齿轮刨刀以上刀具都是标准件,可以在刀具书中选型(根据模数)齿轮轴的加工一般用滚齿机就可以加工,选用相应模数的齿

32、轮滚刀,不需要专门的夹具就可以加工。2.2成形法成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。2.2.1齿轮铣刀的选择铣刀应选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。同时按齿轮齿数根据下页表选择合适号数的铣刀。刀号12345678加工齿数范围12131416172021252634355455134135以上及齿条2.2.2铣削方法我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完成齿数的铣削。2.2.3铣齿加工特点1）用普通的铣床设备，且刀具成本

33、低。2）生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。3）齿轮精度低。齿形精度只达11-9级。以上主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。2.3展成法展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下分类：2.3.1插齿加工插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切成的。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被

34、一刀刀地切出，齿形则被逐渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，不存在理论误差。插齿有以下切削运动:主运动插齿刀的上下往复运动展成运动确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动圆周进给运动插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量径向进给量插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深。让刀运动插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动插齿除适于加工直齿圆柱齿轮外，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加工精度一般为7-8级。齿面粗糙度Ra值为1.6m。2.3.2滚齿加工滚齿是目前应用最广的切齿方法，滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿

35、数很少（一至二齿）齿很长的齿轮，形似蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加工。这种方法可用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误差。滚齿精度一般为79级，当采用高精度滚刀和滚齿机时，可滚切5级精度的齿轮。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动：1）主运动滚刀的旋转运动。2）展成运动是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转K/Z转。其中：K是滚刀的头数，Z为齿轮齿数。3）垂直进给运动要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆

36、柱齿轮。齿轮加工精度为8-7级，齿面粗糙度Ra值为1.6m。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。2.3.4剃齿加工剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的方法。加工原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。1珩齿加工珩齿特点:珩齿的加工原理与剃齿相同，表面粗糙Ra0.40.2m。主要作用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工86级精度的淬火

37、齿轮。2磨齿加工磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达64级,Ra0.40.2m。3磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大类对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周表面（如有键槽或花键的孔）、阶梯孔及盲孔时，常采用磨孔作为精加工。磨孔时砂轮的尺寸受被加工孔径尺寸的限制，一般砂轮直径为工件孔径的0.50.9倍，磨头轴的直径和长度也取决于被加工孔的直径和深度。故磨削速度低，磨头的刚度差，磨削质量和生产率均受到影响。磨孔的方式有中心内圆磨削、无心内圆磨削。中心内圆磨削是在普通内圆磨床或万能磨床上进行。无心内圆磨削是在无心内圆磨床

38、上进行的，被加工工件多为薄壁件，不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要求较高。这种磨削方法多用于磨削轴承环类型的零件，1）磨孔用的砂轮直径受到工件孔径的限制。约为孔径的0.59倍，砂轮直径小则磨耗快，因此经常需要修整和更换，增加了辅助时间。2）由于选择直径较小的砂轮，磨削时要达到砂轮圆周速度25-30m/s是很困难的。因此，磨削速度比外圆磨削速度低的多，故孔的表面质量较低，生产效率也不高。近些年来已制成有100000r/min的风动磨头，以便磨削12mm直径的孔。3）砂轮轴的直径受到孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差，容易弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮轴的偏移，从而影响加工精度和表面质量。4

39、）砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬，工件易发生烧伤，故应选用较软的砂轮。5）切削液不易进入磨削区，排屑较困难，磨屑易积集在磨粒间的空隙中，容易堵塞砂轮，影响砂轮的切削性能。6）磨削时，砂轮与孔的接触长度经常改变。当砂轮有一部分超出孔外时，其接触长度较短，切削力较小，砂轮主轴所产生的压移量比磨削孔的中部时为小，此时被磨去的金属层较多，从而形成“喇叭口”。为了减小或消除其误差，加工时应控制砂轮超出孔外的长度不大于1/21/3砂轮宽度。内圆磨削精度可达IT7，表面粗糙度可达。4齿轮加工的其它方法滚制：齿轮的滚制加工有利用成形法与展成法。利用展成法的滚制是利用齿条与小齿轮

40、、小齿轮与大齿轮、内齿轮与小齿轮的啮合；将淬火硬化的齿条形工具、小齿轮形工具、内齿轮形工具按压于齿轮轮坯，使轮坯滚动，借塑性变形加工成齿形。利用成形法的滚制是用对应于滚制齿轮的齿轮形状的成形滚制刀具，藉特殊的滚轧加工成形齿形。热间锻造：热间锻造的主要对象为直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮及正齿轮，通常为以非铁合金为材料的齿轮，可不计加热之际发生的氧化皮时，热间锻造的精度及表面粗糙度不亚于机械加工。高速锻造：1957年由美国General Dynamics公司开发冷间锻造：主要有利用锻粗或锻头法扩大齿坯尺寸的成形与减少齿坯断面的挤出成形。冲剪：玩具等不大要求精度的小型板齿轮常用冲剪法作成。普通铸造：超大型

41、齿轮不得不用铸造放来加工。直接将熔融的金属注入铸模中，凝固后取出，直接使用或机械加工后使用。精密铸造法：有毂模法、石膏模法等。还有粉末冶金法、射出成形法等齿轮加工方法齿形加工方法比较滚齿、插齿与铣齿比较铣齿采用普通设备和简单刀具即可加工齿形。但是只能加工119级精度、齿面粗糙度Ra值为6.3m3.2m的齿形。滚齿和插齿的分度精度和齿形精度均较铣齿高，可以加工6级精度、齿面粗糙度值Ra为3.2m1.6m；滚齿和插齿是连续分度和切削，生产效率比铣齿高。用同一模数的滚到和插齿刀，可以各种不同齿数的齿轮，大大减少了刀具数目，提高了经济效益。滚齿与插齿比较滚齿是刀齿作连续的旋转切削、切削速度较高，插齿是

42、刃齿作往复运动，限制了切削速度，故滚齿生产率比插齿烙高，滚齿机可以加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮；插齿时播齿刀沿齿全长连续切出，包络线数量也多，而滚齿时轮齿全长是由滚刀多次连续切出，故插齿的齿面粗糙度值较小；插齿刀的制造、刃磨检验壁滚刀方便，易得到高精度，但插齿机分齿传动链比滚齿复杂，因此，加工齿轮的精度基本一样；插齿机可以加工内齿轮和多联齿轮,但不能加工蜗轮。表2-1各种齿轮加工工艺比较加工精度生产率齿面光洁度适用范围滚齿通常加工610，最高能达到4级较高较差通用性大，常用于加工直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮和蜗杆插齿通常能加工79，最高能达到6级较高较好通用

43、性大，适于加工内外啮合齿轮(包括阶梯齿轮)、扇形齿轮、齿条等剃齿能加工57级精度齿轮高，24分钟便能加工一个齿轮可达810主要用于齿轮滚插预加工后、淬火前的精加工珩齿一般用于加工68级精度齿轮低可达79多用于经过剃齿和高频淬火后，齿形的加工磨齿一90般情况下能达到37级精度较低可达79加工成本较高，多用于齿形淬硬后的精密加工确定机床：本工件加工选用Y3150E型滚齿机（工作台移动式）第6章 加工余量确定加工余量的大小对工件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量、减低生产率，而且增加了材料、刀具和电力的消耗，提高了加工成本；加工余量过小，则既不能消除前道

44、工序的各种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件的安装误差，造成废品。因此，合理的确定加工余量。确定加工余量的基本原则是：在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。实际工件中，确定加工余量的方法有以下三种：1、 查表法：根据有关手册提供的加工余量数据，再结合本产品生产实际加以修改后确定加工余量。这个是在各工厂广泛使用的。2、 经验估价法：根据有关手册3、 分析计算法：根据理论公式和一定的试验材料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算来确定加工余量。这中方法较合理，但需要全面可靠的试验材料，计算比较复杂。1、齿轮内孔毛坯表6-1齿内孔尺寸工序名工序余量基本尺寸工序经济精度磨内孔0.285H6

45、精车内孔283.8毛坯孔2.282.82、齿轮毛坯尺寸由加工工艺确定零件毛坯锻造采用锻模尺寸零件单边加工余量锻件尺寸227.5h115237.52853860d11570如表6-2所示毛坯图第七章夹具、刀具、量具1、刀具1.1滚刀渐开线齿轮的齿轮滚刀均为阿基米德整体滚刀，材料为高速钢，由齿轮模数m=3.5选用滚刀基本尺寸d=100，L=100,D=401.2车刀切削45钢，采用YT15硬质合金可转刀1.3砂轮外圆磨：陶瓷结合剂CBN砂轮，直径300mm，宽带16mm，粒度80100#,浓度20%内孔磨：陶瓷CBN砂轮，形状代号1A8 13*20*62、滚刀转速以及切削速度的关系根据被切齿轮的材料、硬度、模数、精度和表面粗糙度选择粗糙度选择切削速度V后克根据公式（I）计算滚刀转速1000·V ·Dn=n滚刀转速D滚刀直径V切削速度高速钢标准滚刀粗切齿轮时切削速