《机械加工技术》(侯志敏)教学课件-第十一章-圆柱齿轮加工

机械加工技术第十一章圆柱齿轮加工概述1齿形加工2圆柱齿轮加工工艺3第一节概述常见齿轮传动种类

常用的齿轮如下图所示。一、圆柱齿轮的结构特点常见齿轮结构如下图所示，其中盘类齿轮应用最广。常见齿轮结构工艺观点齿圈上轮齿的分布形式圆柱齿轮齿圈轮体直齿齿轮斜齿齿轮人字齿齿轮轮体的结构特点盘形齿轮套筒齿轮内齿轮轴类齿轮扇形齿轮齿条二、圆柱齿轮传动的技术要求技术要求传动的准确性要求齿轮在一转中,转角误差的最大值不能超过一定的限度。

要求齿轮传动平稳,无冲击,振动和噪声小。

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

引起齿面过早磨损。

其作用是储存润滑油,使齿面工作时减少磨损;同时可以补偿热变形等因素引起的齿侧间隙减小,防止卡死。工作平稳性载荷均匀性齿侧间隙三、圆柱齿轮齿形加工方法及设备齿轮加工的关键是齿形加工,它包括齿形的切削加工和齿面的磨削加工。常见的齿形加工方法与设备如下表所示。加工方法刀具车床加工精度和适用范围成形法模数铣刀铣床加工精度与生产率均较低,精度等级为IT9一下齿轮拉刀拉床加工精度与生产率较高,但成本高,适用于大批量生产,适于拉内齿轮展成法滚齿齿轮滚刀滚齿机生产率较高,通用性好,一般精度等级为IT10~IT6,最高可达IT4,常用于直齿齿轮、斜齿外啮合圆柱齿轮和蜗轮的加工插齿刀插齿机生产率较高,通用性好,一般精度等级为IT9~IT7,最高可达IT6,常用于内外啮合齿轮、扇形齿轮和齿条等的加工插齿剃齿刀剃齿机生产率较高,一般精度等级为IT7~IT5,通常用于齿轮滚齿、插齿和预加工后、淬火前的精加工剃齿砂轮磨齿机生产率低且加工成本高,一般精度等级为IT7~IT3,大多用于淬硬后齿形的加工磨齿珩磨轮珩磨机一般精度等级为IT7~IT6,多用于经过剃齿和高频淬火后齿形的精加工珩齿1.成形法成形法是使用与被加工齿轮的齿槽形状一致的刀具,在齿坯上加工出齿面的方法。直齿圆柱齿轮的成形铣削如左图所示，铣削时工件安装在分度头上,铣刀旋转对工件进行切削加工,工作台作直线进给运动,加工完一个齿槽,分度头将工件转过一个齿,再加工另一个齿槽,依次加工出所有齿槽。

盘形齿轮铣刀铣削指形齿轮铣刀铣削在采用盘形齿轮铣刀或指状齿轮铣刀加工齿轮时,实际上是将同一模数和同一压力角的铣刀制成8把(或15把)一套,每一号铣刀只加工一定范围齿数的齿轮。每一号铣刀只加工一定范围齿数的齿轮,如下边所示。刀号12345678加工齿数范围12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上成形法一般用于单件小批量生产和机修工作中,加工精度为IT9~IT12级,齿面粗糙度值Ra为6.3~3.2mm的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。2.展成法展成法是利用一对齿轮啮合或齿轮与齿条啮合原理,使其中一个作为刀具,在啮合过程中加工齿面的方法。在生产实际中应用广泛。第二节齿形加工一、铣齿概念在卧式或立式铣床上用盘形齿轮铣刀或指状齿轮铣刀加工,是成形法加工齿轮应用较为广泛的一种。工作过程铣齿时工件安装在分度头上,铣刀旋转对工件进行切削加工,工作台作直线进给运动,加工完一个齿槽,分度头将工件转过一个齿,再加工另一个齿槽,依次加工出所有齿槽。应用铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。

成形法一般用于单件小批量生产和机修工作中,生产率和加工精度较低,加工IT9级以下的齿轮,用的是普通铣床,刀具易制造。二、滚齿特点滚齿是齿形加工中生产率较高、应用较广的一种加工方法。精度为IT6~IT8级,齿面粗糙度Ra值为3.2~1μm,适于大批量生产。应用滚齿还可以用于加工蜗轮。

滚齿的加工尺寸范围也较大,从仪器仪表中的小模数齿轮到矿山和化工机械中的大型齿轮都广泛采用滚齿加工。

滚齿既可用于齿形的粗加工和半精加工,也可用于精加工。如上图所示，滚齿的成形运动是由滚刀的旋转运动和工件的旋转运动组成的复合运动,为了滚切出全齿宽,滚刀还应有沿工件轴向的进给运动。1.滚齿原理滚齿加工原理2.轮滚刀特点及应用在齿面的切削加工中,齿轮滚刀的应用范围很广,可以用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准及变位齿轮。其加工的范围大,模数为0.1~40mm的齿轮,均可用齿轮滚刀加工。渐开线加工渐开线齿轮应用渐开线蜗杆,但其制造困难阿基米德阿基米德蜗杆轴向剖面的齿形为直线,容易制造,生产中常用来代替渐开线蜗杆。法向直廓滚刀的基本蜗杆滚刀结构分为整体式和镶片式滚刀两大类,如下图所示。整体滚刀的结构如上图所示，目前中小模数(m=1~10mm)滚刀都做成整体结构,模数较大的滚刀为节省材料和便于热处理一般做成镶片式。滚刀的容屑槽有直槽和螺旋槽两种,如下图所示。滚刀的容屑槽示意图如上图所示，直槽滚刀制造方便,刃磨及检查齿面精度也比较容易,目前多采用这种槽形。螺旋槽直槽3.滚刀的安装应当使滚刀的螺旋线方向与被加工齿轮的齿面线方向一致,滚刀和工件处于正确的啮合位置。加工斜齿轮时滚刀的安装角如左图所示，将滚刀轴线与被切齿轮端面安装成一定的角度,称作安装角δ。当加工斜齿圆柱齿轮时,滚刀的安装角不仅与滚刀螺旋线方向及螺旋升角γ有关,而且还与被加工齿轮的螺旋方向及螺旋角β有关。4.工件的安装工件的安装不仅与工件的形状、大小、精度要求等有关,而且还受到生产批量和装备条件的限制。常用的安装形式主要是夹具安装。5.滚齿机的组成Y3150E型滚齿机如左图所示，为Y3150E型滚齿机外形图，其各组成部分均在图中标识。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加工蜗轮。可加工工件最大直径为500mm,最大模数8mm。6.提高滚齿生产率的途径多件加工。径向切入。

轴向窜刀和对角滚齿。(1)高速滚齿(2)采用多头和大直径滚刀(3)改进滚齿加工方法7.滚齿加工的工艺特点适应性好。生产率较高。

被切齿距偏差小。在滚齿加工中所形成工件齿廓的包络线比插齿加工少得多。三、插齿1.插齿的基本原理插齿原理如左图所示，插齿时,刀具沿工件轴线方向作高速的往复直线运动,形成切削加工的主运动,同时还与工件作无间隙的啮合运动,在工件上加工出全部轮齿齿廓。2.插齿的基本运动切削加工的主运动展成运动基本运动径向进给运动圆周进给运动插齿刀作上、下往复运动,向下为切削运动,向上为返回的退刀运动。在加工过程中,必须使插齿刀和工件保持一对齿轮的啮合关系,即在刀具转过一个齿时,工件也应准确地转过一个齿。为了逐渐切至工件的全齿深,插齿刀必须要有径向进给。圆周进给运动是插齿刀的回转运动,其转动的快慢直接影响生产率、刀具负荷和切削过程所形成的包络线密度。让刀运动让开和恢复原位的运动称为让刀运动。3.插齿刀的精度插齿刀的精度AA级A级B级用于用于用于加工IT6级精度的齿轮用于加工IT7级精度的齿轮加工IT8级精度的齿轮4.插齿加工的工艺特点一齿精度高。

一转精度差。齿向偏差大。生产率低。5.插齿的加工范围插齿适合加工滚齿不能加工的内齿轮、阶梯齿轮、齿条、扇形齿轮或双联(三联)等齿轮,精度为IT6~IT8级,齿面粗糙度Ra值为μm,圆周进给量在0.2~0.5mm/双行程,较小值用于精加工,较大值用于粗加工,适于小批量生产。四、剃齿1.剃齿的基本原理剃齿原理示意图如左图所示，剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮的啮合原理。

加工时剃齿刀1与被切齿轮2的轴线空间交叉一个角度。出全部轮齿齿廓。2.基本运动剃齿刀的正、反转运动n1。工件沿轴向的往复运动fz。基本运动工件每往复一次后的径向进给运动fj。3.加工范围及生产率剃齿加工范围较广,广泛用于未淬火圆柱齿轮软齿面的精加工。齿面精度为IT6~IT8级,粗糙度Ra值为μm。

加工一个齿轮需2~4min,

所以生产效率较高,适于大批量生产。4.加工精度

剃齿加工精度主要取决于剃齿刀。只要剃齿刀本身的精度高,刃磨好,就能剃出表面粗糙度Ra值为1.5~0.32μm,精度为IT6~IT8级的齿轮。

剃齿余量的大小,对加工质量及生产率有一定影响。可参考下表选择剃齿余量。模数1~1.752~33.25~44~55.5~6剃齿余量0.070.080.090.100.11五、珩齿珩齿原理示意图如左图所示，珩磨轮可以做成齿轮式的,直接加工直齿和斜齿圆柱齿轮。珩齿可以精加工淬硬齿轮,可得到较小的表面粗糙度和较高的齿面精度。

珩齿是一对交错轴齿轮的啮合传动,所不同的只是珩磨是利用珩磨轮面上的磨料,通过压力和相对滑动速度来切除金属的。

蜗杆形珩磨轮的齿面比剃齿刀简单,且易于修磨,珩磨轮精度可高于剃齿刀的精度。采用这种珩磨方式对齿轮的各项误差能够较好地修正,缩短生产周期,节约费用。六、磨齿

一般磨齿机都采用展成法来磨削齿面,常见的有大平面砂轮磨齿机、碟形双砂轮磨齿机、锥面砂轮磨齿机和蜗杆砂轮磨齿机。精度最高,,精度可达IT3级,但效率较低。效率最高,被加工齿轮的精度为IT6级。

磨齿加工的主要特点是:加工精度高。修正误差的能力强,可以加工表面硬度很高的齿轮。

效率低,机床复杂,调整困难,故加工成本较高。

被磨削齿轮的精度主要取决于机床传动链的精度和蜗杆砂轮的形状精度,如下图所示。如左图所示，砂轮为蜗杆状,磨齿时,砂轮与工件两者保持严格的速比关系,为磨出全齿宽,砂轮还需沿轴线方向进给。由于砂轮的转速很高(约2000r/min),工件相应的转速也较高,因此磨削效率高。磨齿原理示意图第三节圆柱齿轮加工工艺1.工艺过程

圆柱齿轮的加工工艺过程包括以下内容:齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。

下图为直齿圆柱齿轮的工序简图。齿轮工序简图

加工工艺过程如下表所示。序号工艺内容及要求定位基准设备1锻造2正火3粗车各部、均留余量1.5mm外圆、端面CA6140车床4精车各部至尺寸要求外孔、内孔、端面CA610车床5滚齿,留剃齿余量0.007~0.10mm内孔、B端面Y3150E滚齿机6倒角内孔、B端面倒角机7插键槽达图样要求外圆、B端面插床8去毛刺9剃齿内孔、B端面Y571410热处理:齿面高频感应加热淬火11珩齿达图样要求内孔、B端面Y571412终检入库对普通镗床的坐标测量装置的主要形式介绍如下:普通刻线尺与游标尺加放大镜测量装置。百分表与块规测量装置。

经济刻度尺与光学读数头测量装置。

光栅数字显示装置和感应同步器测量装置。一、平行孔系的加工1.找正法加工孔系根据图样要求在毛坯或半成品上划出界线作为加工依据,然后按划线找正加工。划线和找正误差较大,所以加工精度低,一般在。划线找正法要求各平行孔中心线之间及孔中心线与基准面之间的距离尺寸精度和位置精度。量块心轴找正法如上图所示，将精密心轴插入镗床主轴孔内(或直接利用镗床主轴),然后根据孔和定位基面的距离用块规、塞尺校正主轴位置,镗第一排孔。镗第二排孔时,分别在第一排孔和主轴中插入心轴,然后采用同样方法确定镗第二排孔时的主轴位置。心轴和块规找正1—心轴;2—镗床主轴;3—块规;4—塞尺;5—工作台样板找正法

如上图所示，工件孔距尺寸的平均值在10~20mm厚的钢板样板上加工出位置精度很高(±0.01~±0.03mm)的相应孔系,其孔径比被加工孔径大,以便镗杆通过。样板上的孔有较高的形状精度和较小的表面粗糙度。样板找正法千分表样板2.用镗模加工孔系工件装在带有镗模板的夹具内,并通过定位与夹紧装置使工件上待加工孔与镗模板上的孔同轴。镗杆支承在镗模板的支架导向套里,这样,镗刀便通过模板上的孔将工件上相应的孔加工出来。方法镗模可以应用于普通机床、专业机床和组合机床,用镗模法加工孔系,可以大大提高工艺系统的刚性和抗振性。

镗模法加工