第8章齿形加工

1、1概述概述滚齿加工滚齿加工插齿加工插齿加工齿面的精加工齿面的精加工2 齿轮齿轮(gears)(gears)是机械传动中传递运动和动力的重要零件是机械传动中传递运动和动力的重要零件, ,常用的齿轮副有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮等。其中，常用的齿轮副有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮等。其中，外啮合直齿圆柱齿轮是最基本的，也是应用最多的。齿轮外啮合直齿圆柱齿轮是最基本的，也是应用最多的。齿轮的齿形曲线有渐开线、摆线、圆弧等，其中最常用的是渐的齿形曲线有渐开线、摆线、圆弧等，其中最常用的是渐开线。开线。 常见齿轮传动的类型3u齿轮传动的精度要求齿轮传动的精度要求（1 1）传递运动的准确性）传递运动的准

2、确性 要求齿轮在一转范围内，产生的最大转角误差应限制在要求齿轮在一转范围内，产生的最大转角误差应限制在一定的范围内，使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动的一定的范围内，使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动的准确性。准确性。（2 2）传递运动的平稳性）传递运动的平稳性 要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时传动比的变化，保证传递运动的平稳性。限制齿轮传动时传动比的变化，保证传递运动的平稳性。（3 3）载荷分布的均匀性）载荷分布的均匀性 要求在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿高和全齿长上要求在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿高和全

3、齿长上保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。（4 4）齿轮副侧隙的合理性）齿轮副侧隙的合理性 要求一对齿轮啮合时，在非工作齿面间应留有合理的间要求一对齿轮啮合时，在非工作齿面间应留有合理的间隙，否则会出现卡死或烧伤现象，也可以储存润滑油。隙，否则会出现卡死或烧伤现象，也可以储存润滑油。4 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法 在齿轮的齿坯上加工出渐开线齿形的方法很多，按齿廓在齿轮的齿坯上加工出渐开线齿形的方法很多，按齿廓的成形原理不同，圆柱齿轮齿形的切削加工可分为的成形原理不同，圆柱齿轮齿形的切削加工可分为成形法成形法和和展成法展成法两种。

4、两种。5u成形法成形法成形法加工齿轮齿形的原理是成形法加工齿轮齿形的原理是利用与被加工齿轮齿槽形状相利用与被加工齿轮齿槽形状相符的成形刀具，在齿坯上加工符的成形刀具，在齿坯上加工出齿形的方法出齿形的方法。成形法加工齿。成形法加工齿轮的方法有轮的方法有铣齿、拉齿、插齿铣齿、拉齿、插齿及磨齿及磨齿等，其中最常用的方法等，其中最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。削齿形。 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法6 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法u成形法成形法7铣直齿圆柱齿轮示意图 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方

5、法 用用成形法成形法加工齿轮的加工齿轮的齿廓形状齿廓形状是由是由齿轮铣刀刀刃形状齿轮铣刀刀刃形状来保来保证；齿廓分布的均匀性则由分度头分度精度保证。证；齿廓分布的均匀性则由分度头分度精度保证。u成形法成形法8 标准渐开线齿轮的齿廓形状是由该齿轮的模数标准渐开线齿轮的齿廓形状是由该齿轮的模数m m和齿数和齿数Z Z决定的。因此，要加工出准确的齿形，就必须要求决定的。因此，要加工出准确的齿形，就必须要求同一模同一模数不同齿数的齿轮都有一把相应的齿轮铣刀数不同齿数的齿轮都有一把相应的齿轮铣刀，这将导致刀具，这将导致刀具数量非常多，在生产中是极不经济的。实际生产中，将同一数量非常多，在生产中是极不经济

6、的。实际生产中，将同一模数的铣刀一般只做出模数的铣刀一般只做出8 8把，分别铣削齿形相近的一定齿数把，分别铣削齿形相近的一定齿数范围的齿轮。范围的齿轮。 刀号刀号1 12 23 34 45 56 67 78 8加工齿数范围加工齿数范围1212131314141616171720202121252526263434353554545555134134135135以上以上齿轮铣刀刀号及其加工齿数范围齿轮铣刀刀号及其加工齿数范围 每种刀号齿轮铣刀的刀齿形状均按加工齿数范围中每种刀号齿轮铣刀的刀齿形状均按加工齿数范围中最最少齿数的齿形设计少齿数的齿形设计。所以在加工该范围内加工其它齿数齿。所以在加工该

7、范围内加工其它齿数齿轮时，会有一定的齿形误差产生。轮时，会有一定的齿形误差产生。 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法9可在一般铣床上进行，对于缺乏专用齿轮加工设备的工厂可在一般铣床上进行，对于缺乏专用齿轮加工设备的工厂较为方便；较为方便；模数铣刀比其它齿轮刀具结构简单，制造容易，因此模数铣刀比其它齿轮刀具结构简单，制造容易，因此生产生产成本低成本低。由于每铣一个齿槽均需进行切入、切出、退刀以及分度等由于每铣一个齿槽均需进行切入、切出、退刀以及分度等工作，加工时间和辅助时间长，所以工作，加工时间和辅助时间长，所以生产效率低生产效率低。由于受刀具的齿形误差和分度误差的影响，加工的

8、齿轮存由于受刀具的齿形误差和分度误差的影响，加工的齿轮存在较大的齿形误差和分齿误差，故在较大的齿形误差和分齿误差，故铣齿精度较低铣齿精度较低。加工精。加工精度为度为912级、齿面粗糙度级、齿面粗糙度Ra值为值为6.33.2m。 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法仿形法铣齿一般用于仿形法铣齿一般用于单件小批量生产或机修工作中单件小批量生产或机修工作中，加工，加工直齿、斜直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮齿和人字齿圆柱齿轮，也可加工，也可加工重型机械中精度要求不高的大型齿轮重型机械中精度要求不高的大型齿轮。10u 展成法展成法展成法加工齿轮齿形是利用展成法加工齿轮齿形是利用一对齿轮啮合的

9、原理来实现的一对齿轮啮合的原理来实现的。即即把其中一个转化为具有切削能力的齿轮刀具，另一个转把其中一个转化为具有切削能力的齿轮刀具，另一个转化为被切工件，通过专用齿轮加工机床，强制刀具和工件化为被切工件，通过专用齿轮加工机床，强制刀具和工件作严格的啮合运动（展成运动），在运动过程中，刀具切作严格的啮合运动（展成运动），在运动过程中，刀具切削刃的运动轨迹逐渐包络出工件的齿形。削刃的运动轨迹逐渐包络出工件的齿形。展成法加工齿轮，一种模数和压力角的刀具，可以加工展成法加工齿轮，一种模数和压力角的刀具，可以加工出相同模数和压力角而齿数不同的齿轮；出相同模数和压力角而齿数不同的齿轮；其加工过程是连续的，

10、具有较高的加工精度和生产效率，其加工过程是连续的，具有较高的加工精度和生产效率，是齿轮齿形主要的加工方法。是齿轮齿形主要的加工方法。滚齿滚齿和和插齿插齿是展成法中最常见的两种加工方法。是展成法中最常见的两种加工方法。 8.1.1 8.1.1 齿形的加工方法齿形的加工方法11滚齿加工是按照滚齿加工是按照展成法展成法的原理来加的原理来加工齿轮的。滚齿加工相当于工齿轮的。滚齿加工相当于一对轴一对轴线相叉的螺旋齿轮的空间啮合线相叉的螺旋齿轮的空间啮合，滚滚刀相当于一个蜗杆刀相当于一个蜗杆，即是一个螺旋，即是一个螺旋角很大的具有切削能力的斜齿圆柱角很大的具有切削能力的斜齿圆柱齿轮，与工件在一定速比关系下

11、作齿轮，与工件在一定速比关系下作空间啮合，按包络空间啮合，按包络( (展成展成) )原理来完原理来完成渐开线、花键、摆线等各种齿形成渐开线、花键、摆线等各种齿形加工。加工。滚齿是加工滚齿是加工直齿直齿和和斜齿渐开线圆柱斜齿渐开线圆柱齿轮齿轮最常用的方法。最常用的方法。 12 a)、b)滚齿原理 c)包络线 d）滚刀1314滚刀是由蜗杆经开槽、铲背以后形成的齿轮加工工具。滚刀是由蜗杆经开槽、铲背以后形成的齿轮加工工具。15滚刀螺旋升角为滚刀螺旋升角为0 0，工件的螺旋角为，工件的螺旋角为加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜角，称为安装角，角，称为安装角， = =0

12、 0；加工斜齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜加工斜齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜角，两者旋向不角，两者旋向不同，则同，则=0 0+ +，两者旋向相同，则两者旋向相同，则 = =0 0- -。16 滚齿时，滚齿机必须有以下几个运动：滚齿时，滚齿机必须有以下几个运动：切削运动：切削运动：亦称主运动，即滚刀的旋转运动亦称主运动，即滚刀的旋转运动( (n no o) ) 。分齿运动：分齿运动：即工件的旋转运动即工件的旋转运动( (n nw w) ) ，其运动的速度必定和滚，其运动的速度必定和滚刀的旋转速度保持啮合关系。对于单线滚刀，当滚刀每转刀的旋转速度保持啮合关系。对于单线滚刀，当滚刀每转1 1转转时，被

13、切齿坯需转过一个齿的相应角度，即时，被切齿坯需转过一个齿的相应角度，即1/1/Z Z转。转。垂直进给运动：垂直进给运动：即滚刀沿即滚刀沿工件轴线的垂直移动，这工件轴线的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必是保证切出整个齿宽所必须的运动，动画中为垂直须的运动，动画中为垂直向下箭头向下箭头v va a所示。它的运动所示。它的运动是由进给挂轮的传动比是由进给挂轮的传动比uf uf 再通过与滚刀刀架相连的再通过与滚刀刀架相连的丝杆螺母来实现的。丝杆螺母来实现的。17加工精度高加工精度高：属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣：属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一

14、般可加齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一般可加工工8 87 7级精度的齿轮。级精度的齿轮。生产率高：生产率高：滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失，滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失，生产率一般比铣齿、插齿高。生产率一般比铣齿、插齿高。滚刀的通用性好：滚刀的通用性好：一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀相同而齿数不同的圆柱齿轮。相同而齿数不同的圆柱齿轮。设备和刀具费用高：设备和刀具费用高：滚齿机为专用齿轮加工机床，其调滚齿机为专用齿轮加工机床，其调整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。在齿轮齿形加工中，滚齿应

15、用最广泛，它除可加工直齿、斜齿在齿轮齿形加工中，滚齿应用最广泛，它除可加工直齿、斜齿圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。但一般不能加工内但一般不能加工内齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批滚齿适用于单件小批量生产和大批大量生产。量生产和大批大量生产。18Y3150EY3150E型滚齿机是一种型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。向切入法加工蜗轮。可以加工的工件最大直可以加工的工件最大直径为

16、径为500mm500mm，最大模数，最大模数8mm8mm。 19插齿是利用插齿刀在插齿机上加工内、外齿轮或齿条等的齿面插齿是利用插齿刀在插齿机上加工内、外齿轮或齿条等的齿面加工方法。加工方法。 插齿过程如同插齿过程如同一对齿轮作无侧一对齿轮作无侧隙的啮合运动隙的啮合运动, ,其中一个是被加其中一个是被加工齿轮工齿轮, ,另一个是插齿刀另一个是插齿刀( (在每在每一个齿上磨出前角和后角以形一个齿上磨出前角和后角以形成刀刃，切削时插齿刀作上下成刀刃，切削时插齿刀作上下往复运动，从工件上切除切屑。往复运动，从工件上切除切屑。插齿刀的模数和压力角必须与插齿刀的模数和压力角必须与被加工齿轮的模数和压力角

17、相被加工齿轮的模数和压力角相同。同。20插齿刀本质上一个渐开线齿轮，不同的是插齿刀具有切削刃以插齿刀本质上一个渐开线齿轮，不同的是插齿刀具有切削刃以及切削时所必须的前角及后角及切削时所必须的前角及后角21主运动：主运动：插齿刀的往复上、下运动称为主运动。以每分钟插齿刀的往复上、下运动称为主运动。以每分钟的往复次数来表示，向下为切削行程，向上为返回行程。的往复次数来表示，向下为切削行程，向上为返回行程。展成运动：展成运动：插齿时，插齿刀和工件之间必须保持一对齿轮插齿时，插齿刀和工件之间必须保持一对齿轮副的啮合运动关系，即插齿刀每转过一个齿（副的啮合运动关系，即插齿刀每转过一个齿（1/Z1/Z刀转

18、）时，刀转）时，工件也必须转过一个齿（工件也必须转过一个齿（1/Z1/Z工转）。工转）。22径向进给运动：径向进给运动：为了逐渐切至工件的全齿深，插齿刀必须为了逐渐切至工件的全齿深，插齿刀必须有径向进给运动。有径向进给运动。圆周进给运动：圆周进给运动：展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动关系，而运动快、慢由圆周进给运动来确定。插齿刀每一关系，而运动快、慢由圆周进给运动来确定。插齿刀每一往复行程在分度圆上所转过的弧长称为圆周进给量，其单往复行程在分度圆上所转过的弧长称为圆周进给量，其单位为位为mm/mm/往复行程。往复行程。23让刀运动让刀运动：为了避免插齿刀

19、在回程时擦伤已加工表面和减：为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段距离，而在插齿少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段距离，而在插齿刀重新开始向下工作行程时，应立即恢复到原位，以便刀刀重新开始向下工作行程时，应立即恢复到原位，以便刀具向下切削工件。这种让开和恢复原位的运动称为让刀运具向下切削工件。这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。动。 2414 主传动链主传动链48 圆周进给传动链圆周进给传动链811展成传动链展成传动链25插齿加工精度较高：插齿加工精度较高：由于插齿刀的制造、刃磨和检验均较滚刀由于插齿刀的制造、刃磨和检验均较滚刀简便，易保证制造精度，故

20、可保证插齿的齿形精度高。简便，易保证制造精度，故可保证插齿的齿形精度高。插齿齿向偏差比滚齿大插齿齿向偏差比滚齿大：由于插齿机的主轴回转轴线与工作台：由于插齿机的主轴回转轴线与工作台回转轴线之间存在平行度误差，加之插齿刀往复运动频繁，主轴回转轴线之间存在平行度误差，加之插齿刀往复运动频繁，主轴与套筒容易磨损，所以插齿的齿向偏差通常比滚齿大。与套筒容易磨损，所以插齿的齿向偏差通常比滚齿大。齿面粗糙度值较小：齿面粗糙度值较小：由于插齿刀是沿轮齿全长连续地切下切屑，由于插齿刀是沿轮齿全长连续地切下切屑，且形成齿形包络线的切线数目比滚齿时多，因此插齿加工的齿面且形成齿形包络线的切线数目比滚齿时多，因此插

21、齿加工的齿面粗糙度优于滚齿。粗糙度优于滚齿。插齿生产率比滚齿低：插齿生产率比滚齿低：插齿刀的切削速度受往复运动惯性限制插齿刀的切削速度受往复运动惯性限制难以提高，此外空行程损失大，因此生产率低于滚齿加工。难以提高，此外空行程损失大，因此生产率低于滚齿加工。插齿适用于加工模数小，齿宽较窄的内齿轮、双联或多联齿轮、插齿适用于加工模数小，齿宽较窄的内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿等。齿条、扇形齿等。26 对于对于6 6级精度以上的齿轮，或者淬火后的硬齿面加工，级精度以上的齿轮，或者淬火后的硬齿面加工，往往需要在滚齿、插齿之后经热处理再进行精加工，常用往往需要在滚齿、插齿之后经热处理再进行精加工，

22、常用的齿面精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。的齿面精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。 剃齿是利用剃齿刀在专用剃齿机上对齿轮齿形进行精剃齿是利用剃齿刀在专用剃齿机上对齿轮齿形进行精加工的一种方法，专门用来加工未经淬火（加工的一种方法，专门用来加工未经淬火（HRC35HRC35以下）以下）的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达7 76 6级，齿面的级，齿面的RaRa值可达值可达0.80.80.40.4m m。 8.4.1 8.4.1 剃齿剃齿27 剃齿剃齿在原理上属于展成法加工，利用在原理上属于展成法加工，利用一对交错轴斜齿轮啮合一对交错轴斜齿轮啮合原理原理。剃齿刀的形状类似。剃齿刀的形

23、状类似螺旋齿轮螺旋齿轮，齿形做得非常准确，在齿，齿形做得非常准确，在齿面上沿渐开线方向开有许多小沟槽以形成切削刃。当剃齿刀与面上沿渐开线方向开有许多小沟槽以形成切削刃。当剃齿刀与被加工齿轮啮合运转时，剃齿刀齿面上的众多切削刃将从工件被加工齿轮啮合运转时，剃齿刀齿面上的众多切削刃将从工件齿面上剃下细丝状的切屑，使齿形精度提高和齿面粗糙度值降齿面上剃下细丝状的切屑，使齿形精度提高和齿面粗糙度值降低。低。 8.4.1 8.4.1 剃齿剃齿28剃齿刀与剃齿原理 a)剃齿刀 b)剃齿原理 8.4.1 8.4.1 剃齿剃齿29当工件硬度超过当工件硬度超过HRC35HRC35时，使用珩齿代替剃齿。珩齿是在珩

24、磨时，使用珩齿代替剃齿。珩齿是在珩磨机上用珩磨轮对齿轮进行精整加工的一种方法，其原理和运机上用珩磨轮对齿轮进行精整加工的一种方法，其原理和运动与剃齿相同。动与剃齿相同。珩磨时，珩磨轮转速高珩磨时，珩磨轮转速高, ,可同时可同时沿齿向和渐开线方向产生滑动沿齿向和渐开线方向产生滑动进行连续切削，生产率高。珩进行连续切削，生产率高。珩磨过程具有磨、剃磨过程具有磨、剃 、抛光等综、抛光等综合作用。合作用。珩齿对齿形精度改善不大，主珩齿对齿形精度改善不大，主要用于剃齿后需淬火齿轮的精要用于剃齿后需淬火齿轮的精加工，能去除氧化皮、毛刺，加工，能去除氧化皮、毛刺，改善热处理后的轮齿表面粗糙改善热处理后的轮齿

25、表面粗糙度（度（RaRa值为值为0.40.40.20.2m m）。珩）。珩齿也可用于非淬硬齿轮加工。齿也可用于非淬硬齿轮加工。 8.4.2 8.4.2 珩齿珩齿30珩磨轮 8.4.2 8.4.2 珩齿珩齿31磨齿是用磨齿是用砂轮砂轮在专用磨齿机上对已淬火齿轮进行精加工的一在专用磨齿机上对已淬火齿轮进行精加工的一种方法。磨齿按加工原理可分为成形法和展成法两种。种方法。磨齿按加工原理可分为成形法和展成法两种。u成形法成形法成形法磨齿是依靠成形法磨齿是依靠渐开线成形砂轮渐开线成形砂轮来加工来加工齿轮的齿形，其原理与成形法铣齿相同。齿轮的齿形，其原理与成形法铣齿相同。砂轮的两个侧面修成所磨齿轮的渐开线

26、形砂轮的两个侧面修成所磨齿轮的渐开线形状，砂轮的外圆修成直线形状。由于成形状，砂轮的外圆修成直线形状。由于成形法磨齿是依靠砂轮的形状保证齿形，由于法磨齿是依靠砂轮的形状保证齿形，由于受砂轮形状、修整精度和分度精度的影响，受砂轮形状、修整精度和分度精度的影响，磨齿精度较展成法低。受砂轮修整精度和磨齿精度较展成法低。受砂轮修整精度和机床分度精度的影响，其加工精度较低机床分度精度的影响，其加工精度较低（6 65 5级），在生产中应用较少。级），在生产中应用较少。 8.4.3 8.4.3 磨齿磨齿32u展成法磨齿展成法磨齿 利用展成法原理磨齿的方法称为展成法磨齿。利用展成法原理磨齿的方法称为展成法磨齿。利用两个碟形砂轮按展成法磨利用两个碟形砂轮按展