机械制造工艺学（第3版）课件：双联齿轮机械加工

机械制造工艺学双联齿轮机械加工如图4-1所示为一双联齿轮图，材料为40Cr，精度等级为IT7，中批生产，制定其机械加工工艺过程卡。图4-1双联齿轮1.掌握圆柱齿轮零件结构特点、功用、加工技术要求等基础知识。2.掌握滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等齿形常用加工方法。3.掌握齿坯加工方法。1.具有根据圆柱齿轮结构、技术要求等选择其毛坯、材料、热处理、加工方法等的能力。2.具有对圆柱齿轮进行机械加工工艺分析的能力。3.具有制订圆柱齿轮机械加工工艺文件的能力。培养学生虚心学习、攻坚克难、敢为人先的优良品质。齿轮是通过轮齿的啮合运动传递运动和力，传动比恒定，传力过程平稳、可靠，因此要求齿轮心部具有良好的综合力学性能而齿面具有高的硬度和耐磨性，通常通过热处理保证；同时对其尺寸精度、表面粗糙度及形位公差均提出了要求。双联齿轮常用于变速箱中，通过调整啮合齿轮来调整运动速度，在其制造过程中既要完成中心花键孔的加工，又要确保两齿面的精确制造，因其特殊的双齿面结构要合理考虑齿面加工方法。

齿轮的功用gear齿轮传动在现代机器和仪器中的应用极为广泛，其功用是按规定的速比传递运动和动力齿轮传动drive的种类齿轮传动的种类6圆柱齿轮基础知识一、圆柱齿轮gear的功用与结构特点圆柱齿轮在机器和仪器中应用极为广泛。圆柱齿轮的结构因使用要求不同而异。从工艺角度出发可将其看成是由齿圈和轮体两部分构成。按齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿、斜齿和人字齿等;按轮体的结构形式，齿轮可大致分为盘类齿轮、套类齿轮、轴类齿轮和齿条等(图4-2)。图4-2圆柱齿轮的结构形式圆柱齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。①单齿圈盘类齿轮(图4-2a)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;②双联或三联等多齿圈齿轮(图4-2b、c)的小齿圈的加工受其轮缘间的轴向距离的限制，其齿形加工方法的选择就受到限制，加工工艺性较差。1.直齿圆柱齿轮的主要技术参数及尺寸计算

模数和压力角是直齿圆柱齿轮的两个基本参数（1）模数：m=p/π（2）压力角：cosα=rb/r2.直齿圆柱齿轮的主要尺寸名称代号计算公式名称代号计算公式齿顶高haha=m齿顶圆直径dada=d+2ha工作齿高hwhw=ha+m齿根圆直径dfdf=d-2(m+c)径向间隙cc=0.25m齿距（周节）PP=πm分度圆直径dd=mz分度圆齿厚(间)s(e)s(e)=πm/2基圆直径dbdb=0.94d中心距AA=(z1+z2)m/29m=4

z=16m=2

z=16m=1

z=16

传递运动准确性

要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。(一)齿轮的传动精度要求即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。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。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。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10二、圆柱齿轮的主要技术要求(一)齿轮的传动精度要求齿轮的精度等级

国家标准对齿轮及齿轮副规定了13个公差等级，依次用0、1、2、…、12表示。0级精度最高，依次递减，12级最低。齿轮副中，两个齿轮公差等级一般是相同的，也允许采用不同等级。若齿轮副中的两个齿轮的公差等级不同时，则齿轮副的公差等级应按实测齿轮副的切向综合总偏差确定。13个公差等级中，0~2级目前加工工艺尚未达到，是为将来发展而规定的。3~5级为高精度级，6~8级为中精度级，9~12级为低精度级。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11常用机械齿轮精度等级范围12常用机械齿轮应用范围精度等级常用机械齿轮应用范围精度等级测量齿轮3~5拖拉机6~9透平减速器3~6通用减速器6~8航空齿轮4~7起重机械6~10精密切削机床3~7农用机械8~10一般切削机床、轻型汽车5~8轧钢机5~10重型汽车6~9玩具齿轮10~12知识链接1(二)齿坯的主要技术要求齿坯的内孔(或轴颈)、端面(有时还有顶圆)常被用作齿轮加工、检验和安装的基准。所以齿坯加工精度对齿轮加工和传动的精度均有很大的影响。齿坯主要技术要求包括基准孔(或轴)的直径公差和基准端面的端面跳动。国家标准规定了对应于不同齿轮精度等级的齿坯公差等级和公差值。三、齿轮零件的材料与毛坯(一)齿轮的材料及热处理1．齿坯热处理在齿坯粗加工前后常安排预先热处理﹣﹣正火或调质。正火安排在齿坯加工前，目的为消除锻造内应力，改善材料的加工性能，使拉孔和切齿加工中刀具磨损较慢，表面粗糙度较小，故生产中应用较多。调质一般安排在齿坯粗加工之后，可消除锻造内应力和粗加工引起的残余应力，提高材料的综合力学性能，但齿坯硬度稍高，不好切削，故生产中应用较少。2．齿面热处理齿形加工后为提高齿面的硬度及耐磨性，根据材料与技术要求，常安排渗碳淬火、高频感应加热淬火及液体碳氮共渗等热处理工序。①经渗碳淬火的齿轮变形较大，对高精度齿轮尚需进行磨齿加工。②经高频感应加热淬火的齿轮变形较小，但内孔直径一般会缩小0.01~0.05mm，淬火后应予以修正。③有键槽的齿轮，淬火后内孔常出现椭圆形，为此键槽加工宜安排在齿轮淬火之后。1）中碳钢（如45钢），这种钢经正火或调质+高频感应加热淬火热处理后，综合力学性能较好，主要用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。2）中碳合金钢（如40Cr），这种钢经正火或调质+高频感应加热淬火热处理后，综合力学性能更好且热处理变形小，适用于中速、中载及精度较高的齿轮。3）低碳合金钢（如20Cr、20CrMnTi），这种钢经正火或调质+渗碳淬火或液体碳氮共渗热处理后，齿面硬度可达58HRC左右，且心部有较高韧性，适用于高速、中载或有冲击载荷的齿轮。4）铸铁及其他非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）。这些材料强度低，易加工，适用于一些轻载的齿轮。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)棒料。用于一些不重要、受力不大且尺寸较小、结构简单的齿轮。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。铸钢的晶粒较粗，加工性能不好，加工前应先经正火处理，以改善加工性能。4)铸铁件。用于受力小、无冲击的开式传动齿轮。(二)齿轮毛坯齿形加工齿形加工方法按照加工中有无切屑而分为无屑加工和切削加工两大类。无屑加工包括热轧、冷轧、压铸、注塑、粉末冶金等。其生产率高，材料消耗小，成本低，但由于受到材料塑性和加工精度还不够高的影响，目前尚未广泛应用。齿形切削加工由于加工精度较高，目前仍是齿形加工的主要方法。从加工原理来看，切削加工又可分为仿形法和展成法。仿形法加工是采用刀具刀刃形状与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具来进行加工，常用的有模数铣刀铣齿，成形砂轮磨齿和齿轮拉刀拉齿等。展成法加工的原理是使齿轮刀具和齿坯严格保持一对齿轮啮合的运动关系来进行加工，常见的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、挤齿和磨齿等，加工精度和生产率都比较高，在生产中应用十分广泛。一、铣齿（gearmilling）在万能铣床上铣齿，用盘状模数铣刀可加工模数m<8mm的齿轮，用指状模数铣刀可加工模数m>8mm的齿轮，每个齿槽铣完后，用分度头分齿。特点及应用：铣齿所用机床、刀具及夹具均较简单，但由于刀具的近似造形误差、分齿误差以及刀具的安装误差的影响，齿形的加工精度较低；由于空返行程和间隔分度，使生产率较低，故一般适用于精度要求不高的齿轮(9~10级)的单件小批生产或修配加工。1.铣削直齿圆柱齿轮利用成形齿轮铣刀，在万能铣床上加工齿轮齿形的方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9~10级精度的齿轮。此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。铣削直齿圆柱齿轮19一、铣齿（gearmilling）1.齿轮铣刀盘状齿轮铣刀刀号及其加工的齿数范围模数m≤20的齿轮，一般用盘状齿轮铣刀在卧式铣床加工；m＞20的齿轮，用指状齿轮铣刀在专用铣床或立铣上加工。20一、铣齿（gearmilling）a）模数盘铣刀

（b）指状铣刀2.铣削螺旋圆柱齿轮（1）螺旋齿轮的主要技术参数Pt=πmtPt---螺旋齿轮的端面周节mt---螺旋齿轮的端面模数Pn=πmnPn---螺旋齿轮的法面周节mn---螺旋齿轮的法面模数因为cosβ=Pn/Pt=πmn/πmt所以mt=mn/cosββ---螺旋齿轮分度圆上的螺旋角螺旋齿轮的导程L21螺旋齿轮分度圆的圆柱面展开图（2）铣削螺旋齿轮铣刀的选择铣削螺旋齿轮要按法面模数mn和当量齿数zd选择齿轮铣刀Zd=Zcos3β螺旋齿轮法向齿形22（3）铣削螺旋齿轮的方法铣螺旋槽时卧式铣床工作台的转向23铣左螺旋槽铣右螺旋槽二、滚齿（hobbing）(一)滚齿的工艺特点滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种加工方法。应用：滚齿用一把滚刀可加工模数相同而齿数和螺旋角不同的直齿圆柱齿轮、斜齿轮。滚齿法还可用于加工蜗轮。滚齿既可用于齿形的粗加工，也可用作精加工。加工精度：滚齿加工精度一般为6~9级，对于8、9级精度齿轮，滚齿后可直接得到，对于7级精度以上的齿轮，通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工。当采用AA级齿轮滚刀和高精度滚齿机时，可直接加工出7级精度以上(最高可达4级)的齿轮。为提高加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。精滚的加工余量一般为0.5~1mm，并且应取较高的切削速度和较小的进给量。滚齿属于展成法加工，按一对螺旋齿轮相啮合的原理用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮

相啮合的一对螺旋齿轮，当其中一个螺旋角很大、齿数很少（一个或几个）时，其轮齿变得很长，形成了蜗杆形。若这个蜗杆用高速钢等刀具材料制成，并在其螺纹的垂直方向开出若干个容屑槽，形成刀齿及切削刃，它就变成了齿轮滚刀。（1）滚齿原理与齿轮滚刀滚齿原理25二、滚齿（hobbing）（2）滚齿运动与滚齿机主运动滚刀的高速旋转分齿运动（展成运动）滚刀与被切齿轮之间强制地按速比保持一对螺旋齿轮啮合关系的运动垂直进给运动

为了在齿轮的全齿宽上切出齿形，齿轮滚刀需要沿工件的轴向作进给运动。工件每转一转齿轮滚刀移动的距离，称为垂直进给量。当全部轮齿沿齿宽方向都滚切完毕后，垂直进给停止，加工完成。附加运动

在滚切的过程中，工件还需要有一个附加的转动，即根据螺旋齿轮β和导程L的关系，在滚刀垂直进给L距离的同时，工件多转或少转一转，这个附加的转动，可以通过调整滚齿机有关挂轮而得到。滚齿机26（3）滚齿工作范围滚切直齿圆柱齿轮滚切直齿圆柱齿轮27滚切螺旋齿圆柱齿轮滚切螺旋齿圆柱齿轮（3）滚齿工作范围滚切涡轮28模拟涡轮蜗杆啮合传动过程，将蜗杆制作成滚刀（专用滚刀）。加工过程无轴向进给，有径向进给和切向进给两种加工方式.滚切涡轮滚切蜗轮的起始位置滚切蜗轮的终止位置滚切蜗轮径向进给径向进给

滚齿与插齿比较分析加工原理相同加工精度基本相同插齿得分齿精度略低于滚齿，滚齿的齿形精度略低于插齿插齿后的齿面粗糙度略优于滚齿滚齿的生产率高于插齿加工范围不同生产类型相同29(二)滚齿的加工精度分析尺寸误差主要是齿厚误差；形状误差主要是齿形误差；位置误差主要是各齿沿圆周分布的齿距误差。它们影响齿轮传动的准确性、平稳性、载荷分布的均匀性和齿侧间隙。1.影响传动准确性的误差分析原因:在加工中滚刀和被加工齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮的径向误差；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮的切向误差。(1)齿轮径向误差齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯的实际回转中心与其定位基准中心不重合(几何偏心)，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距累积误差。齿轮的径向误差可通过齿圈径向跳动和径向综合误差来评定。图4-3几何偏心引起的径向误差如图4-4所示滚齿夹具，在铸铁底座5上装有钢套4，心轴2可随工件基准孔的大小而更换。使用这种夹具滚齿时，产生几何偏心的主要原因有：1)安装调整夹具时，心轴与机床工作台回转中心不重合。2)齿坯内孔与心轴间有间隙，安装时偏向一边。3)基准端面定位不好，夹紧后内孔相对工作台回转中心产生偏斜(图4-5)，其具体原因有：齿坯轴向圆跳动，夹具定位轴向圆跳动，夹紧螺母轴向圆跳动，垫圈两端面不平行以及各接触面不干净或有毛刺等。图4-4滚齿夹具图4-6端面定位不好引起几何偏心1—心轴2—齿坯

减少齿轮径向误差的措施有:1)提高齿坯加工精度，严格控制基准孔的尺寸精度和基准端面的轴向圆跳动。2)提高夹具制造精度，包括心轴的尺寸精度，定位轴向圆跳动，心轴中心与锥柄的同轴度，底座锥孔对底面的垂直度及顶面与底面的平行度，垫圈两端面平行度，夹紧螺母轴向圆跳动等。3)提高夹具安装调整精度。安装后必须检查图4-6所示的A、B、C、D四处的跳动量，其要求可由表4-2选取。表4-2夹具安装精度(单位：mm)图4-6滚齿夹具齿轮精度等级各部位允许跳动量ABCD6级及6级以上0.005~0.010.003~0.0050.003~0.005≤0.017级及7级以下0.0015~0.0250.01~0.0150.005~0.01≤0.0154)改进夹具结构。为提高定心精度，可采用精密可胀心轴以消除配合间隙，还可将夹具的定位与夹紧分开。如图4-7所示，工件靠定位套2定心，夹紧时，若端面定位不好会引起双头螺栓1弯曲，但不致影响齿坯的定心精度。图4-7定位与夹紧分开的夹具1—双头螺栓2—定位套

(2)齿轮切向误差齿轮切向误差是指滚齿时，由于机床工作台的不等速旋转，使所切齿轮的轮齿沿切向(即圆周方向)发生位移所引起的齿距累积误差。滚齿时，刀具与齿坯间应保持严格的运动联系—展成运动，但传动链中各元件的制造和装配误差，必然产生传动误差，使刀具与齿坯间的相对运动不均匀。影响传动链误差的主要因素是工作台分度蜗轮本身齿距累积误差及安装偏心。减少齿轮切向误差的措施有：1)提高机床分度蜗轮的制造精度和安装精度。2)采用校正装置去补偿蜗轮的分度误差。3)机床分度蜗杆副、锥度轴承磨损过大时应及时检修。2.影响传动平稳性的加工误差分析影响齿轮传动平稳性的主要因素是齿轮的基节偏差和齿形误差。滚齿时工件的基节偏差一般较小，而齿形误差通常较大。(1)几种常见齿形误差图4-10常见的齿形误差a)出棱b)不对称c)压力角误差d)周期误差e)根切齿形公差是端截面上，齿形工作部分内，包容实际齿形且距离最小的两条设计齿形间的法向距离，是端面上的，渐开线齿轮就是能包容实际齿形的两条设计的渐开线的最小法向距离。(2)产生齿形误差的原因1)齿面出棱。滚刀刀齿沿圆周等分性不好或安装后有较大的径向跳动及轴向窜动，都会引起齿面出棱。图4-11刀齿等分性不好引起的齿面出棱2)压力角误差。滚刀刀齿的压力角误差以及刃磨前刀面时的径向性误差及轴向性误差是引起压力角误差的主要原因。①刀齿前刀面径向性误差的影响，精加工用的滚刀，其前角通常为0°(即刀齿前刀面在径向平面内)，刃磨不好时会出现正或负前角。由于刀齿两侧经铲磨后具有侧后角，因此刀齿前角误差必然会引起压力角变化。②刀齿前刀面轴向性误差，是指直槽滚刀的前刀面沿轴向和刀孔轴线有平行度误差。由于刀齿的顶刃和侧刃均经铲磨，这种误差就使各刀齿偏离了正确的齿形位置，且其偏离量沿轴向逐渐增大(图4-13b所示上方双点画线表示)，从而使被切齿轮的左右齿形角不等而形成齿形歪斜.图4-12刀齿前刀面径向性误差的影响图4-13刀齿前刀面轴向性误差的影响3)齿形不对称。滚齿前滚刀对中不好往往会引起齿形不对称。滚齿时滚刀的轴向位置，应使一个刀齿(或刀槽)的对称线通过齿坯中心(图4-14）。滚刀对中时，切出的齿形对称(图4-14a)；反之，则引起齿形不对称(图4-14b)。对于模数较大而齿数较少的齿轮，这种误差影响较大，为防止齿形歪斜，滚齿前应认真对中。图4-14滚刀对中的影响a)对中齿形b)不对中齿形

4)周期误差。滚刀安装后的径向跳动和轴向窜动，分齿挂轮的运动误差，分度蜗杆的径向跳动和轴向窜动等小周期转角误差，会使被加工齿面出现凹凸不平的周期误差。5)根切。齿轮加工时发生根切的原因是因为刀具齿顶线的高度超过了啮合极限点。解决根切措施如下：采用变位加工可以有效地避免根切。为避免根切，刀具必须进行正变位。当计算不发生根切的最小变位系数为负时，说明即使加工刀具进行负变位也不会发生根切，如果不变位或进行正变位更不会有根切现象发生。(3)减少齿形误差的措施影响齿形误差的主要因素是滚刀的制造误差、安装误差和机床分齿传动链的传动误差。为保证齿形精度要求，除了根据齿轮的精度等级正确选择滚刀和机床的精度外，生产中应重视滚刀的刃磨精度和安装精度。3.影响载荷均匀性的加工误差分析齿轮齿面的接触状况直接影响齿轮传动中载荷的均匀性。齿轮齿高方向的接触精度，由齿形精度和基节精度来保证；齿轮齿宽方向的接触精度，主要受齿向误差ΔFb的影响。(1)齿向误差产生的原因1)滚齿机刀架导轨相对工作台回转轴线存在平行度误差时，被切齿轮会产生齿向误差(图4-16)。图4-16刀架导轨误差对齿向误差的影响1—刀架导轨2—齿坯3—夹具底座4—机床工作台2)齿坯安装时由于心轴歪斜、齿坯端面跳动及垫圈两端面不平行等引起的齿坯歪斜(图4-17)。3)滚切斜齿轮时，差动挂轮传动比计算不够精确会引起斜齿轮的齿向误差。(2)减少齿向误差的措施影响齿向误差因素主要是机床刀架导轨的精度和齿坯的安装精度。当导轨磨损后，应及时修刮以恢复几何精度。对齿坯应严格控制其孔径精度及基准端面的跳动。齿坯安装前应对夹具心轴仔细找正，以保证心轴对刀架导轨具有较高的平行度要求。加工斜齿轮时，差动挂轮传动比计算应精确至小数点后5~6位。图4-17齿坯安装歪斜对齿向误差的影响O1—工作台回转中心O2—心轴中心线O—齿坯内孔中心线（三）提高滚齿生产率的途径（1）高速滚齿目前滚齿的切削速度一般较低，主要是受机床刚度和刀具耐用度的限制。近年我国已开始制造高速滚齿机，采用铝高速钢(Mo5Al)滚刀，切削速度由一般30m/min提高到100m/min以上，使生产率提高25%。采用硬质合金滚刀，切削速度可高达300m/min以上，而且滚齿加工精度提高，齿面表面粗糙度值减小，所以高速滚齿大有发展前途。2.采用多头滚刀和大直径滚刀3.改进滚齿加工方法(1)多件加工同时加工几个工件，可减少滚刀对每个齿坯的切入切出时间。(2)径向切入滚齿时滚刀切入齿坯有两种方法，径向切入比轴向切入行程较短，可节省切入时间，对大直径滚刀尤为突出。(3)轴向窜刀和对角滚齿滚刀参与切削的刀齿负荷不等，磨损不均。当负荷最重的刀齿磨损到一定极限时，应将滚刀沿其轴向移动一段距离(即轴向窜刀)后继续切削，可提高滚刀的使用寿命。对角滚齿是滚刀在沿齿坯轴向进给的同时，还沿滚刀轴向连续移动，两种运动的合成，使齿面形成对角线刀痕，不仅降低了齿面粗糙度值，还使刀齿磨损均匀，提高了刀具使用寿命。(四)硬齿面滚齿滚齿一般用于未淬硬齿面的加工，硬质合金滚刀的应用，使滚齿可以代替齿面淬火后的粗磨齿，对硬齿面齿轮进行半精滚或精滚，生产率比磨齿约高5~6倍，精度可达7级。图4-19所示为硬质合金刮削滚刀，用于精加工45~64HRC的硬齿面，采用-30°前角。一般硬齿面精加工滚刀的前角也可采用零度或较小的负前角。硬齿面滚齿的切削速度一般为30~80m/min，轴向进给量为1~3mm/r，加工余量单边为0.1~0.25mm，加工中不用切削液。图4-19硬质合金刮削滚刀单击此处添加标题单击此处添加项标题滚齿一般用于未淬硬齿面的加工，硬质合金滚刀的应用，使滚齿可以代替齿面淬火后的粗磨齿，对硬齿面齿轮进行半精滚或精滚，生产率比磨齿约高5~6倍，精度可达7级。单击此处添加项标题图4-19所示为硬质合金刮削滚刀，用于精加工45~64HRC的硬齿面，采用-30°前角。一般硬齿面精加工滚刀的前角也可采用零度或较小的负前角。单击此处添加项标题硬齿面滚齿的切削速度一般为30~80m/min，轴向进给量为1~3mm/r，加工余量单边为0.1~0.25mm，加工中不用切削液。三、插齿（gearshaping）(一)插齿的工艺特点应用：插齿是生产中通常应用的一种齿形加工方法，能加工直齿圆柱齿轮，还宜于加工多联齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等。机床配有专门附件时，可加工斜齿轮，但不如滚齿方便。加工精度：插齿既可用于齿形的粗加工，也可用作精加工。插齿通常能加工7~9级精度齿轮，最高可达6级。插齿过程为往复运动，有空行程。插齿系统刚度较差，切削用量不能太大，所以一般插齿的生产率比滚齿低。只有在加工模数较小和宽度窄的齿轮时，插齿生产率不低于滚齿。因此插齿多用于中小模数齿轮的加工。插削双联齿轮和内齿轮

插齿属于展成法加工，用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形，它是按一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的相啮合的一对圆柱齿轮，若其中一个是工件，另一个用高速钢制成，并于淬火后轮齿上磨出前角和后角，形成切削刃，再具有必要的切削运动，即可在工件上切出齿形来，后者就是加工齿轮用的插齿刀（1）插齿原理插齿原理三、插齿（gearshaping）（2）插齿刀与插齿时渐开线齿形的形成

插齿刀与插齿加工插齿时渐开线齿形的形成渐开线齿形的形成

插齿时，插齿刀与齿轮坯之间严格按照一对齿轮的啮合速比关系强制传动，即插齿刀转过一个齿，齿轮坯也转过相当一个齿的角度。与此同时，插齿刀作上下往复运动，以便进行切削。其刀齿侧面运动轨迹形成的包络线，即为被切齿轮的渐开线齿形。直齿插齿刀：Ⅰ型—盘状直齿插齿刀Ⅱ型—碗形直齿插齿刀Ⅲ型—锥柄直齿插齿刀（3）插齿加工运动分析主运动插齿刀的上下往复直线运动，以每分钟往复行程次数来表示（str/min）。分齿运动（展成运动）插齿刀和工件之间强制地按速比保持一对齿轮啮合关系的运动分齿运动过程中插齿刀每往复一次其分度圆周所转过的弧长（mm/str）。它反映插齿刀和齿轮坯转动的快慢，决定每切一刀的金属切除和包络渐开线齿形的切线数目，从而影响齿面的表面粗糙度Ra值圆周进给运动插齿机50径向进给运动开始插齿时，插齿刀要逐渐切至全齿深，插齿刀每往复一次径向移动的距离，称为径向进给量。当切至全齿深时，径向进给运动停止，分齿运动仍继续进行，直至加工完成让刀运动为了避免插齿刀在返回行程中，刀齿和后刀面与工件的齿面发生摩擦，在插齿刀返回时，工件必须让开一段距离；当切削行程开始前，工件又恢复原位插齿刀与插齿加工51(二)插齿加工质量分析将插齿加工质量与滚齿相比较，有如下几点:1.传动准确性

插齿的公法线长度变动比滚齿大。2.传动平稳性插齿的齿形误差比滚齿小。3.载荷均匀性插齿的齿向误差比滚齿大。4.表面粗糙度插齿的齿面粗糙度值比滚齿小。(三)提高插齿生产率的途径1.高速插齿现有高速插齿机的往复运动可达每分钟1000次，甚至高达1800次。2.提高圆周进给量但齿面粗糙度变粗，且插齿回程的让刀量增大，易引起振动，因此宜将粗、精插齿分开。3.提高插齿刀耐用度在改进刀具材料的同时，改进刀具几何参数能提高刀具耐用度。试验表明：将刀具前后角改为γo=15°，αo=9°，刀具耐用度能提高三倍左右，但精度有所降低。(四)硬齿面插齿使用硬质合金插齿刀可精加工淬硬(45~62HRC)的齿面，精度可达6~7级，齿面粗糙度值Ra为0.4~0.8μm，其工艺过程简单，操作容易，加工成本较低，适用于大批量生产。硬质合金插齿刀的顶刃加工成负前角，一般为-5°，使两侧切削刃获得相应的负刃倾角。顶刃后角一般取6°或9°，如图4-20所示。硬齿面插齿切削速度取15~30m/min，圆周进给量为每往复行程0.15~0.25mm。中等模数淬硬齿轮，一般两侧齿面留精加工余量0.3~0.5mm(齿厚)，齿槽不留余量，且略深于标准全齿高。低于7级精度的齿轮，加工余量一次切除掉，对于6、7级齿轮，可分成粗切和精切两次加工。图4-20硬质合金插齿刀四、剃齿shaving(一)剃齿原理剃齿加工相当于一对螺旋齿轮“自由啮合”的展成运动。剃齿时剃齿刀和齿轮是无侧隙双面啮合，剃齿刀刀齿的两侧面都能进行切削。图4-21齿原理示意图1—剃齿刀2—被切齿轮剃齿具备以下几种运动:1)剃齿刀正反转—主运动。2)工件沿轴向往复进给运动—使齿轮全宽均可剃出。3)工件每一往复行程后的径向进给运动—以切除全部余量。剃齿刀由机床传动链带动旋转，而工件由剃齿刀带动，它们之间无强制性的展成运动，是自由对滚，故机床传动链短，结构简单。

剃齿刀的形状类似一个高精度、高硬度的螺旋齿圆柱齿轮，齿面上有许多小沟槽形成切削刃（1）剃齿刀剃齿刀56(二)剃齿工艺特点剃齿是齿轮精加工方法之一。未淬硬齿轮精加工，几乎不提高齿轮的分齿误差，提高齿形精度和齿向精度，加工精度IT6-IT7，Ra0.4-0.8μm，加工余量小，0.08~0.12mm剃齿对各种误差的修正情况如下：（1）剃齿对齿圈径向圆跳动有较强的修正能力（2）剃齿对公法线长度变动的修正能力很小，不提高齿轮的分齿误差（3）剃齿对齿形误差也有较强的修正能力（4）使齿轮的齿向误差得到较大的修正齿形公差是端截面上，齿形工作部分内，包容实际齿形且距离最小的两条设计齿形间的法向距离，是端面上的，渐开线齿轮就是能包容实际齿形的两条设计的渐开线的最小法向距离。齿向公差是在分度圆柱面上，齿宽有效范围内，包容实际齿形最小两条设计齿线之间的端面距离。对齿轮传动的影响也不同，前者是是影响运动的平稳性，后者影响载荷的分布的均匀性。齿形误差齿宽齿向公差特点及应用：剃齿生产率很高，剃削中等尺寸的齿轮只需2~4min，比磨齿效率高10倍以上，机床结构简单，调整操作方便，辅助时间短；刀具耐用度高，但刀具价格昂贵，修磨不便。故剃齿广泛用于成批大量生产中未淬硬的齿轮精加工。近年来，由于含钴、钼成分较高的高性能高速钢刀具的应用，使剃齿也能进行硬齿面(45~55HRC)的齿轮精加工。加工精度可达7级，齿面粗糙度值Ra为0.8~1.6μm。但淬硬前的精度应提高一级，留硬剃余量为0.01~0.03mm。五、珩齿珩齿是齿轮热处理后的一种光整加工方法，目前生产中应用较广。珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件是一对交错齿轮副无侧隙的自由紧密啮合(图4-23b)，珩齿所用的刀具(即珩轮)是一个由磨料、环氧树脂等原料混合后在铁心上浇注而成的斜齿轮(图4-23a)。图4-23珩齿原理珩磨轮特点：珩齿的运动与剃齿基本相同，即珩轮带动工件高速正反转动；工件沿轴向往复运动以及工件径向运动。与剃齿不同的是其径向进给是在开车后一次进给到预定位置。因此，珩齿开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直至压力消失时珩齿便结束。珩齿时，齿面间除沿齿向产生相对滑移进行切削外，沿渐开线方向的滑动使磨粒也能切削，因而齿面形成交叉复杂的刀痕，其粗糙度值Ra可从珩前的1.6μm降到珩齿后的0.8~0.4μm，且齿面不会产生烧伤，表面质量较好。珩齿方法有外啮合珩齿、内啮合珩齿和蜗杆状珩轮珩齿三种(图4-24)。图4-24珩齿方法a)外啮合珩齿b)内啮合珩齿c)蜗杆状珩轮珩齿珩前尽可能用滚齿，不用剃齿因为剃齿、珩齿同属自由对滚的展成加工，修正误差能力相似；且珩齿可加工硬齿面。因此，一些工厂将热处理前的剃齿加工省去，采用蜗杆状珩轮珩齿，使传统的“滚齿—剃齿—热处理—珩齿”工艺过程，改变为“滚齿—热处理—珩齿”工艺过程。珩齿余量一般为单边0.01~0.02mm，珩轮转速在1000r/min以上，一般工作台3~5个往复行程即可完成珩齿，生产率很高。一般约一分钟珩一个。应用：珩齿设备结构简单，操作方便，在剃齿机上即可珩齿。珩轮浇注简单，成本低。故珩齿多用于成批生产中，经过淬火后齿形的精加工，加工精度可达6~7级。珩齿注意事项：六、磨齿Geargrinding磨齿是齿形加工中精度最高的一种方法。磨齿精度为4~6级，最高3级，齿面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。磨齿对磨前齿轮误差或热处理变形有较强的修正能力，故多用于高精度的硬齿面齿轮、插齿刀和剃齿刀等的精加工，但生产率较低，加工成本较高。磨齿方法有仿形法和展成法两大类，生产中常用展成法。根据砂轮形状不同，展成法磨齿可分为锥面砂轮磨齿、碟形砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿等。1.锥面砂轮磨齿(图4-25)图4-25锥面砂轮磨齿原理磨齿时，砂轮一面高速旋转(n)，一面沿齿槽方向快速往复运动(f)以磨出全齿宽；工件一面旋转(ω)一面移动(v)，实现展成运动。特点：这种磨齿法砂轮刚性好，磨削效率较高，但机床传动链复杂，磨齿精度较低，一般为5~6级，表面粗糙度Ra值可达0.4μm~0.2μm。多用于成批生产中磨削6级精度的淬硬齿轮。2.碟形砂轮磨齿(图4-26)两片碟形砂轮倾斜安装以构成齿条齿形的两个侧面(图4-26a)。磨齿时，砂轮高速旋转(n)；工件一面旋转(ω)，一面移动(v)，展成运动是通过滑座和由滚圆盘、钢带、框架组成的滚圆盘钢带机构实现的(图4-26b)；工件沿轴线方向做慢速进给运动(f)以磨出全齿宽。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速退离砂轮进行分度，磨削下一个齿槽。图4-26碟形砂轮磨齿原理1—工作台2—框架3—滚圆盘4—钢带5—碟形砂轮6—工件7—滑座

特点：这种磨齿法由于展成运动的传动环节少，传动误差小，分齿精度又较高，故加工精度可达3~5级，但砂轮刚性差，切深小，生产率低，故加工成本较高，适用于单件小批生产高精度的直齿圆柱齿轮、斜齿轮的精加工。3.蜗杆砂轮磨齿(图4-27）图4-27蜗杆砂轮磨齿原理1—砂轮2—齿轮

蜗杆砂轮磨齿原理与滚齿相似，其砂轮作成蜗杆状，砂轮1高速旋转(n)，工件通过机床的两台同步电动机做展成运动(ω)，工件还沿轴向做进给运动(f)以磨出全齿宽。特点及应用：为保证必要的磨削速度，砂轮直径较大(ϕ200~ϕ400mm)，且转速较高(2000r/min)，又是连续磨削，所以生产率很高。磨齿精度一般为5级，最高可达3级，适用于大、中批生产的齿轮精加工。4研齿gearlapping（仅提升Ra0.2-0.4㎛）研齿加工原理研齿是用研磨轮在研齿机上对齿轮进行光整加工的方法，加工原理是使工件与轻微制动的研磨轮作无间隙的自由啮合,并在啮合的齿面间加工研磨剂，利用齿面的相对滑动，从被研齿轮的齿面上切除一层极薄的金属，达到减小表面粗糙度Ra值和校正齿轮部分误差的目的。研齿加工原理67研齿加工特点研齿对齿轮精度的提高作用不大，它能减小齿面的表面粗糙度Ra值，同时稍微修正齿形、齿向误差，主要用于淬硬齿面的精加工。68双联齿轮机械加工工艺分析圆柱齿轮加工工艺其主要工艺问题有两项：一是齿形加工精度，它是整个齿轮加工的核心，其直接影响齿轮的传动精度要求，因此，必须合理选择齿形加工方法；二是齿形加工前的齿坯加工精度，它对齿轮加工、检验和安装精度影响很大必须十分重视齿坯加工。一、双联齿轮的结构特点与技术要求从图4-1可知，该任务为双联圆柱齿轮，材料为40Cr，在齿圈上切出渐开线齿廓，两齿圈模数均为3，齿数Z分别为28和42，精度等级为7级，齿面表面粗糙度Ra0.8㎛，齿部热处理为高频淬火，硬度达50~55HRC，加工中需要通过测量公法线长度来保证齿轮齿形精度；轮体孔为花键孔，精度等级为H7，表面粗糙度为Ra1.6㎛和Ra3.2㎛；端面与花键孔的圆跳动为0.02mm，端面表面粗糙度为Ra1.6㎛和Ra3.2㎛。二、双联齿轮机械加工工艺分析（一）热处理安排分析齿轮材料在切削加工之前进行正火处理改善其切削加工性能，齿形精加工前进行高频感应加热表面淬火提高齿面硬度。（二）定位基准选择为保证齿轮的加工精度，应根据“基准重合原则“，选择齿轮的设计基准、装配基准和测量基准为定位基准，且尽可能在整个加工过程中保持基准统一“。轴类齿轮的齿形加工一般选择中心孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择轴颈和一端面定位。盘类齿轮的齿形加工可采用两种定位基准。1)内孔和端面定位，符合“基准重合“原则。采用专用心轴，定位精度较高，生产率高，故广泛用于成批生产中。为保证内孔的尺寸精度和基准端面的跳动要求，应尽量在一次安装中同时加工内孔和基准端面。2)外圆和端面定位，不符合“基准重合“原则。用端面作轴向定位，以外圆为找正基准，不需专用心轴，生产率较低，故适用于单件小批生产。为保证齿轮的加工质量，必须严格控制齿坯外圆对内孔的径向圆跳动。本任务中粗基准选择毛坯外圆和端面定位，根据“基准重合“原则，精基准选择花键孔和端面定位。(三)齿坯加工1.中小批生产的齿坯加工

中小批生产尽量采用通用机床加工。对于圆柱孔齿坯，可采用粗车一精车的加工方案:①在卧式车床上粗车齿坯各部分；②在一次安装中精车内孔和基准端面，以保证基准端面对内孔的跳动要求；③以内孔在心轴上定位，精车外圆、端面及其他部分。对于花键孔齿坯，采用粗车一拉一精车的加工方案:①在卧式车床上粗车外圆、端面和花键底孔；②以花键底孔定位，端面支承，拉花键孔；③以花键孔在心轴上定位，精车外圆，端面及其他部分。2.大批量生产的齿坯加工大批量生产，应采用高生产率的机床(如拉床，单轴、多轴自动车床或多刀半自动车床等)和专用高效夹具加工。无论是圆柱孔齿坯或花键孔齿坯，均采用多刀车—拉—多刀车的加工方案:①在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和内孔；②以端面支承、内孔定位拉花键孔或圆柱孔；③以孔在可胀心轴或