齿轮的齿形加工

齿轮的齿形加工

齿轮的齿形加工齿轮在各种机械、仪器、仪表中应用广泛，它是传递运动和动力的重要零件，齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、承截能力、使用寿命和工作精度等。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。齿轮的齿形曲线有渐开线、摆线、圆弧等，其中最常用的是渐开线。1、圆柱齿轮齿形加工方法在齿轮的齿坯上加工出渐开线齿形的方法很多，按齿廓的成形原理不同，圆柱齿轮齿形的切削加工可分为成形法和展成法两种。（1）成形法成形法加工齿轮齿形的原理是利用与被加工齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具，在齿坯上加工出齿形的方法。成形法加工齿轮的方法有铣齿、拉齿、插齿及磨齿等，其中最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。用成形法加工齿轮的齿廓形状是由模数铣刀刀刃形状来保证；齿廓分布的均匀性则由分度头分度精度保证。标准渐开线齿轮的齿廓形状是由该齿轮的模数m和齿数Z决定的。刀号12345678加工齿数范围12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上模数铣刀刀号及其加工齿数范围

成形法铣齿的特点：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；模数铣刀比其它齿轮刀具结构简单，制造容易，因此生产成本低。由于每铣一个齿槽均需进行切入、切出、退刀以及分度等工作，加工时间和辅助时间长，所以生产效率低。由于受刀具的齿形误差和分度误差的影响，加工的齿轮存在较大的齿形误差和分齿误差，故铣齿精度较低。加工精度为9～12级、齿面粗糙度Ra值为6.3～3.2µm。成形法铣齿一般用于单件小批量生产或机修工作中，加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮，也可加工重型机械中精度要求不高的大型齿轮。（2）展成法展成法加工齿轮齿形是利用一对齿轮啮合的原理来实现的。即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。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；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。滚齿和插齿是展成法中最常见的两种加工方法。2、滚齿加工（1）滚齿加工原理滚齿加工是按照展成法的原理来加工齿轮的。滚齿加工相当于一对轴线相叉的螺旋齿轮的空间啮合，滚刀相当于一个蜗杆，即是一个螺旋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作空间啮合，按包络(展成)原理来完成渐开线、花键、摆线等各种齿形加工。滚齿是加工直齿和斜齿渐开线圆柱齿轮最常用的方法。（2）滚齿加工

滚齿时，滚齿机必须有以下几个运动：切削运动：亦称主运动，即滚刀的旋转运动(no)

。分齿运动：即工件的旋转运动(nw)，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1转时，被切齿坯需转过一个齿的相应角度，即1/Z转(Z为被加工齿轮的齿数)，如图所示。垂直进给运动：即滚刀沿工件轴线的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动，动画4中为垂直向下箭头va所示。它的运动是由进给挂轮的传动比uf再通过与滚刀刀架相连的丝杆螺母来实现的。（3）滚齿加工的工艺特点加工精度高：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，一般可加工8～7级精度的齿轮。生产率高：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。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。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。但一般不能加工内齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批量生产和大批大量生产。（4）Y3150E滚齿机的组成

Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。可以加工的工件最大直径为500mm，最大模数8mm，右图为该机床的外形图。3、插齿加工（1）插齿原理

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。插齿过程如同一对齿轮作无侧隙的啮合运动,其中一个是被加工齿轮,另一个是插齿刀(在每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被加工齿轮的模数和压力角相同。当插削圆柱直齿轮时，插齿机必须有以下几个运动：主运动：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。展成运动：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（1/Z刀转）时，工件也必须转过一个齿（1/Z工转）。径向进给运动：为了逐渐切至工件的全齿深，插齿刀必须有径向进给运动。径向进给量是用插齿刀每次往复行程中工件或刀具径向移动的毫米数来表示。当达到全齿深时，机床便自动停止径向进给运动，工件和刀具必须对滚一周，才能加工出全部轮齿。圆周进给运动：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mm/往复行程。让刀运动：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动。（2）插齿加工的工艺特点插齿加工精度较高：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：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：由于插齿刀是沿轮齿全长连续地切下切屑，还由于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粗糙度优于滚齿。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、齿条、扇形齿等。4、齿形的其它加工方法对于6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，常用的齿面精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。（1）剃齿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（HRC35以下）的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达7～6级，齿面的Ra值可达0.8～0.4µm。剃齿在原理上属于展成法加工。剃齿刀的形状类似螺旋齿轮，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