齿轮齿形加工课件

1、主编：重庆大学 吴桓文 主讲：张 建学时：24 机械加工工艺基础（工程材料及机械制造基础）第七章齿轮齿形的加工7-1 概 述一、圆柱齿轮传动的精度要求与精度等级1.齿轮的精度要求传递运动的准确性(第公差组)：即要求齿轮在一转 中的转角误差不超过一定范围。常用公法线长 度变动公差Fw、齿圈径向跳动公差Fr表示。 作用：使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动准确。传递运动的平稳性(第公差组) ：即要求齿轮在一 齿转角内的最大转角误差在规定范围内。常用 基节极限偏差fpb、齿距极限偏差fpt和齿 形公差Ff表示。 作用：使齿轮副的瞬时传动比变化小，以保证传动的 平稳性，减少振动、冲击和噪声。载荷分布的

2、均匀性(第公差组)：要求齿轮工作时 齿面接触良好，并保证有一定的接触面积和 符合要求的接触位置，以保证载荷分布均匀。 常用齿向公差F表示。 作用：不至于齿面应力集中，引起齿面过早磨损， 从而降低使用寿命。传动侧隙的合理性：要求啮合轮齿的非工作齿面间 留有一定的侧隙。 作用：方便于存储润滑油，补偿弹性变形和热变形 及齿轮的制造安装误差。 表示：用齿厚极限偏差或公法线平均长度偏差代号表 示。偏差代号共14种，如下表。齿厚极限偏差 的上偏差Ess及下偏差Esi从齿厚极限偏差表来 选用。例如上偏差选用F(=-4fPt)，下偏差选 用L(=-16fPt)，则齿厚极限偏差用代号FL表示。 齿 厚 极 限

3、偏 差 注：对外啮合齿轮，公法线平均长度上偏差 Ewms=ESScosa0.72Frsina 公法线平均长度下偏差 Ewmi=ESicosa+0.72Frsina公法线平均长度公差 Ewm=TScosa1.44FrsinaC=+1fPtG=-6fPtL=-16fPtR=-40fPtD=0H=-8fPtM=-20fPtS=-50fPtE=-2fPtJ=-10fPtN=-25fPt F=-4fPtK=-12fPtP=-32fPt 2.齿轮的精度等级 GB1009588渐开线圆柱齿轮精度规定了12个精度等级，由高到低依次为1，2，3，.，12级。12级是远景级，36级为高精度级，78中等精度级，91

4、2低精度级齿距极限偏差(fpt)值um 分度圆直径 mm法向模数 mm精度等级大于到567891012513.53.56.36.31068910131414182020252828364040505612540013.53.56.36.3101016791011111416181620222522283236324045504556637140080013.53.56.36.31010168911131314182018202528252836403640505650567180800160013.53.56.36.310101691011131416182020222528283236404

5、045505656637180二、齿轮精度的选择 选择：选择齿轮精度时，应以传动的用途、传 递功率的大小、齿轮的圆周速度及工作 条件等为依据，并参考同类机械进行具 体选择。一般情况下，齿轮的三个公差 组选用相同的精度等级。标准规定根据 齿轮使用要求的不同，允许对三个公差 组选用不同的精度等级。 图样标注：在齿轮零件图上应标注齿轮的精度 等级和齿厚极限偏差的字母代号。 标注示例： a)齿轮三个公差组精度 同为 7级，其齿厚上 偏差为F，下偏差为L：b)第公差组精度为7级，第、公差组精度为6级，齿厚上偏差为G，齿厚下偏差为M：c)齿轮的三个公差组精度同为4级，其齿厚上偏差为-330um，下偏差为-

6、405um：7-2 圆柱齿轮齿形的加工方法及其特点无屑加工：主要有热扎、冷扎、压铸、注塑、粉末冶 金等。无屑加工生产率高，材料消耗小， 成本低，但由于受到材料塑性和加工精度 低的影响，目前尚未广泛应用。齿形切削加工：成形法：采用与被加工齿轮齿槽形状相同的刀刃的 成形刀具来进行加工，常用的有指状铣刀 铣齿、盘形铣刀铣齿、齿轮拉刀拉拉齿和 成形砂轮磨齿。展成法：是使齿轮刀具和齿坯严格保持一对齿轮啮 合关系进行运动，工件的齿形由刀具切削 刃包络而成的加工方法。有滚齿、插齿、 剃齿、珩齿、挤齿和磨齿等。常用的齿形加工方案：8级或8级精度以下的齿轮： 对于不淬硬的齿轮用滚齿或插齿即可满足加工要求； 对于

7、淬硬齿轮可采用滚（或插）齿端加工齿面热处 理修正内孔的加工方案。热处理前的齿形加工精度应 比图样要求提高一级。6-7级精度的齿轮： 对于淬硬齿面的齿轮可以采用滚(插)齿齿端加工表 面淬火校正基准磨齿，这种方案加工精度稳定；也 可以采用滚（插）剃齿或冷挤表面淬火校正基准- 内啮合珩齿的加工方案，此方案加工精度稳定，生产率高。5级精度以上的齿轮： 一般采用粗滚齿-精滚齿-表面淬火-校正基准粗磨齿- 精磨齿的加工方案。大批量生产时也可采用粗磨齿-精磨 齿-表面淬火-校正基准-磨削外珩自动线的加工方案。 加工方法加 工 质 量生产率设备适 用 范 围精度等级齿面粗糙度Ra铣齿96.33.2低普通铣床单

8、件小批生产。修理或不重要齿轮加工。不宜加工内齿轮。硬度低于30HRC滚齿693.21.6高滚齿机批量不限，常用于较大批量生产。外圆柱直齿、斜齿轮的生产及精密齿轮的预加工。不能加工内齿轮和多联齿轮的小齿轮。插齿683.21.6较高插齿机批量不限，常用于成批量生产。适于加工各种圆柱齿轮，尤宜加工内齿轮或扇形齿轮。也可用于精密齿轮的预加工。不宜加工斜齿轮。剃齿670.80.4高剃齿机用于各种渐开线齿轮的精加工，可在预加工基础上提高12级。拉齿71.60.4很高拉床大批量生产7级精度的内齿轮。常用的齿形加工方法珩齿相对前道工序约提高1级0.40.2很高珩齿机生产批量、工件硬度不限。对工件塑性要求低于磨

9、削。常光整加工各种已淬火的圆柱齿轮。对齿轮精度改善不大，表面完整性得到改善。成形砂轮磨齿560.2稍高磨齿机生产批量、工件硬度不限，但塑性不宜太高。可精加工各种渐开线或非渐开线外圆柱齿轮。尤宜精加工已淬火的齿轮。其中成形砂轮可磨尺寸稍大的内齿轮，较小内齿轮难以磨削。成形磨削生产率较高而精度低，双碟形砂轮磨削生产率最低而精度最高。锥形砂轮磨齿50.2一般碟形砂轮磨齿450.1较低研齿45比前提高1级0.10.025低研齿机生产批量、工件硬度和塑性不限。可加工各种渐开线齿轮。主要提高齿面的表面完整性，对齿形误差微量纠正。类型不淬火齿轮淬火齿轮精度等级3456734567表面粗糙度0.20.10.4

10、0.20.8041.60.80.40.10.40.20.80.41.60.8滚齿或插齿剃齿挤齿珩齿粗磨齿精磨齿常用的齿形加工方法一、铣齿 1.铣齿的方法 铣齿：是用成形铣刀在铣床上加工齿形的方法. 2.铣齿的工艺特点：特点：成本较低 铣齿的设备和刀具的费用较低。生产率低 铣齿过程不是连续的，每铣一个齿，都 要重复消耗切入、切出、退刀和分度的时间。加工精度低 加工精度为9级或9级以下，齿面粗糙 度值Ra为6.33.2m。同一模数的铣刀分成8组， 每号铣刀的形状与最小齿数的齿槽形状相同，其余 的是近似加工。应用：仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度 不高的低速齿轮。刀 号12345678加工的

11、齿数范围12131416172021252634355455134135以上表 齿轮铣刀的刀号及其适用的齿数范围二、滚齿1.滚齿的原理和滚刀 滚齿：是利用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿. 滚齿原理：在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理, 相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的 啮合，滚刀参与切削的刀齿运动轨迹的 包络线就形成了齿轮的渐开线齿形。 齿轮滚刀：滚刀实际上是一个齿数为 1而螺旋角很 大(近90)的斜齿圆柱齿轮，此齿轮就 相当于是用高速钢制造的蜗杆，并在垂 直于螺旋线方向开出多条沟槽（即容屑 槽），从而形成多排刀齿，在铲背并刃 磨后，蜗杆就变成齿轮滚刀。 标准齿轮滚刀精度分为四级：AA、A

12、、B、C。加工时按照齿轮精度的要求，选用相应的齿轮滚刀。AA级滚刀可以加工67级齿轮；A级可以加工78级齿轮；B级可加工89级齿轮；C级可加工910级齿轮。2.滚齿机和滚齿运动 滚齿机：如下图滚切齿轮的切削运动：主运动 滚刀的旋转运动，用转速n0(r/min)表示。分齿运动 滚刀与齿坯之间强制保持一对斜齿轮啮 合运动关系的运动，即： nw/n0 = z0/zw 式中，n0,nw分别为滚刀和被切齿坯的转(r/min); z0, zw为滚刀与被切齿轮的齿数。 分齿运动由滚齿机的传动系统来实现，齿坯的分度 是连续的。垂直进给运动 为切出整个齿宽，滚刀需要沿工件 的轴向作进给移动，即为垂直进给 运动。

13、齿坯每转一转或每分钟滚刀 沿齿坯轴向移动的距离(mm/r或 mm/min)，称为垂直进给量。3.滚刀的安装角度 原则：滚齿时，必须保证滚刀螺旋线的方向与被切 齿轮的齿向一致。图 螺旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮安装角a）左旋滚刀滚切左旋齿轮 b）右旋滚刀滚切右旋齿轮c）左旋滚刀滚切右旋齿轮 d）右旋滚刀滚切左旋齿轮4.滚齿的工艺特点及应用 滚齿与铣齿比较有如下特点： 滚刀的通用性好 一把滚刀可以加工与其模数、 压力角相同而齿数不同的齿轮。 齿形精度及分度精度高 滚齿的精度一般可达 87级，用精密滚齿，可以达到6级精度，表 面粗糙度Ra值为3.21.6m。 生产率高 滚齿的整个切削过程是连续的。 设备和

14、刀具费用高 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。 应用：滚齿应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆 柱齿轮和蜗轮等，但不能加工内齿轮和相 距太近的多联齿轮。三、插齿1.插齿原理与插齿刀 插齿：是在插齿机上用插齿刀加工齿形的过程。 原理：是刀具和工件的运动相当于一对圆柱齿轮传动。插齿刀：实际上是一 个是用高速 钢制造并磨 出切削刃的 齿轮。811展成传动链14 主传动链48 圆周进给传动链注：偏心轮确定插齿刀每分钟上下往复的次数（速度）。 让刀运动及径向切入运动不直接参与工件表的形成过程，图中没有表示。 2.插齿机与插齿运动 插齿机：如下图插齿的基本运动：切削运

15、动插齿刀的上、下往复运动。分齿展成运动插齿刀与工件之间应保持正确的 啮合关系。插齿刀往复一次，工件相对刀具在分 度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给量，故刀 具与工件的啮合过程也就是圆周进给过程。径向进给运动插齿时，为逐步切至全齿深，插 齿刀应有径向进给量fr。让刀运动插齿刀作上下往复运动时，向下是切 削行程。为了避免刀具擦伤已加工的齿面并减少 刀齿的磨损，在插齿刀向上运动时，工作台带动 工件退出切削区一段距离（径向）。插齿刀工作 行程时，工作台再恢复原位。3.插齿和滚齿的比较：1)插齿的加工质量插齿的齿形精度比滚齿高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，有造形误差。插齿刀的齿

16、形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确的渐开线齿形。插齿后齿面的粗糙度比滚齿细因为滚齿时，滚刀在齿 向方向上作间断切削，形成鱼鳞状波纹；插齿时插齿刀沿 齿向方向的切削是连续的。插齿的运动精度比滚齿差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， 插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。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。2)插齿的生产率 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

17、制约；切削过程又有空程的时间损 失，故生产率不如滚齿高。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。3)滚插齿的应用范围加工带有台肩的齿轮以及空刀槽很窄的双联或多联齿轮， 只能用插齿。这是因为：插齿刀“切出”时只需要很小的空 间，而滚齿则滚刀会与大直径部位发生干涉。加工无空刀槽的人字齿轮，只能用插齿；加工内齿轮，只能用插齿。加工蜗轮，只能用滚齿。加工斜齿圆柱齿轮，两者都可用。但滚齿比较方便。插制 斜齿轮时，插齿机的刀具主轴上须设有螺旋导轨，来提供 插齿刀的螺旋运动，并且要使用专门的斜齿插齿刀，所以 很不方便。四、剃齿1.剃齿原理剃齿原理：剃齿加工是根据一对螺旋角不等

18、的螺旋齿 轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线 空间交叉一个角度，剃齿刀为主动轮1， 被切齿轮为从动轮2，它们的啮合为无侧 隙双面啮合的自由展成运动。在啮合传动 中，由于轴线交叉角“”的存在，齿面间 沿齿向产生相对滑移，此滑移速度v切= (vt2-vt1)即为剃齿加工的切削速度。 剃齿刀：剃齿刀的齿面开槽而形成刀刃，两侧面的切 削角度不同，一侧为锐角，切削能力强；另 一侧为钝角，切削能力弱，以挤压擦光为主。2.剃齿加工需要有以下几种运动：剃齿刀带动工件的高速正、反转运动基本运动。工件沿轴向往复运动使齿轮全齿宽均能剃出。工件每往复一次做径向进给运动以切除全部余量。3.剃齿特点剃齿加工精度一般为6

19、7级，表面粗糙度Ra为0.8 0.4m，用于未淬火齿轮的精加工。剃齿加工的生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一 般只需24 min，与磨齿相比较，可提高生产率10 倍以上。由于剃齿加工是自由啮合，机床无展成运动传动链, 故机床结构简单，机床调整容易。模数剃齿余量11.750.07230.083.2540.09450.105.560.11表 剃齿余量(mm) 五、珩齿珩齿：是用珩磨轮在珩齿机上进行齿形精加工的方法, 其原理和方法与剃齿相同。珩磨轮：是将金刚砂或白刚玉磨料与环氧树脂等材料 合成后浇铸或热压在钢制轮坯上的斜齿轮。应用：适用于消除淬火后的氧化皮和轻微磕碰而产生 的齿面毛刺与压痕，可有效地

20、降低表面粗糙度 和齿轮噪音，对齿形精度改善不大。质量：珩齿后的表面粗糙度值Ra为0.40.2m。余量：珩齿余量很小，约为 0.01mm0.02mm，且 多为一次切除，生产 率很高，一般珩磨一 个齿轮只需1min左右。 珩磨轮与珩磨原理六、磨齿1.展成法磨齿锥形砂轮磨齿 原理：是把砂轮修整成锥形，以构成假想齿条的齿 形。使砂轮与被磨齿轮强制保持齿条和齿轮 的啮合关系，且使被磨齿轮沿假想的固定齿 条作往复纯滚动的运动，边转动，边移动， 砂轮的磨削部分即可包络出渐开线齿形。双碟形砂轮磨齿 原理：两片蝶形砂轮磨齿构成假想齿条的两个侧面。 磨齿时砂轮只在原位回转（n0）；工件作相 应的正反转动(n)和往

21、复移动（v），形成展 成运动。工件还必须沿其轴线方向作慢速进 给运动（f）。当一个齿槽的两侧面磨完 后，工件快速退出砂轮，经分度后再进入下 一个齿槽位置的齿面加工。磨削直齿圆柱齿轮的切削运动：a.主运动砂轮的旋转运动；b.展成运动被磨齿轮分度圆沿假想齿条节线的往复 运动；c.轴向进给运动被磨齿轮沿齿宽方向的往复运动；d.分齿运动。特点：a.生产率低 展成法磨齿的齿面是由齿根至齿顶逐 渐磨出，不像成形法磨齿一次成形， 故生产率低于成形法磨齿。b.加工精度高 产生展成运动的传动环节少、传动 链误差小（砂轮磨损后有自动补偿 装置予以补偿）和分齿精度高，故 加工精度可达4级，表面粗糙度Ra 值在0.40.2m。 。应用：适用于单件小批生产中外啮合直齿和斜齿轮 的高精度加工。实际生产中它是齿面要求淬 火的高精度齿轮常采用的一种加工方法。2.成形法磨齿 原理：成形法磨齿与成形法铣齿的原理相同。将砂 轮靠外圆处的两侧