《机械制造技术》课件第9章

第9章齿轮零件加工工艺及工艺实施

9.1概述

9.2圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案9.3齿轮零件的加工工艺分析9.4齿轮零件工艺实施习题

9.1概述

9.1.1齿轮的功用与结构特点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。齿轮的结构由于使用要求不同而具有不同的形状，但从工艺角度上可将齿轮看成是由齿圈和轮体两部分构成。按照齿圈上轮齿的分布形式，可分为直齿、斜齿、人字齿等；按照轮体的结构特点，齿轮大致分为盘形齿轮(如图9-1(a)、(b)、(c)所示)、套筒齿轮(如图9-1(d)、(e)

所示)、轴齿轮(如图9-1(f)所示)、扇形齿轮(如图9-1(g)所示)和齿条(如图9-1(h)所示)等。

图9-1圆柱齿轮的结构形式

在上述各种齿轮中，盘形齿轮应用最广。盘形齿轮的内孔多为精度较高的圆柱孔和花键孔。其轮缘具有一个或几个齿圈。单齿圈齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿；双联或三联等多齿圈齿轮（如图9-1(b)、(c)所示），当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就会受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。

9.1.2齿轮的技术要求

根据齿轮的使用条件，对各种齿轮提出了不同的精度要求，以保证其传递运动具有准确性、平稳性，齿面接触良好和齿侧间隙适当。因此GB10095—88中对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级，从1～12顺次降低。其中1～2级是有待发展的精度等级，3～5级为高精度等级，6～8级为中等精度等级，9级以下为低精度等级。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，见表9-1。

表9-1齿轮公差组

9.1.3齿轮的材料、热处理和毛坯

1.齿轮材料的选择

齿轮应按照使用时的工作条件选用合适的材料。齿轮材料的合适与否对齿轮的加工性能和使用寿命都有直接的影响。

一般来说，对于低速重载的传力齿轮，齿面受压产生塑性变形和磨损，且轮齿易折断。应选用机械强度、硬度等综合力学性能较好的材料，如18CrMnTi；线速度高的传力齿轮，齿面容易产生疲劳点蚀，所以齿面应有较高的硬度，可用38CrMoAlA氮化钢；承受冲击载荷的传力齿轮，应选用韧性好的材料，如低碳合金钢18CrMnTi；非传力齿轮可以选用未淬火钢、铸铁、夹布胶木、尼龙等材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低碳结构钢如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。

2.齿轮的热处理

齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序。

(1）毛坯热处理。在齿坯加工前后安排预备热处理——正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。

(2）齿面热处理。齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。

3.齿轮毛坯

齿轮毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。棒料用于小尺寸、结构简单且对强度要求不太高的齿轮。当齿轮强度要求高，并要求耐磨损、耐冲击时，多用锻件毛坯。当齿轮的直径大于∅400时，常用铸造齿坯。为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度的齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂的齿轮，可以采用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率，节约原材料。

9.2圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案

9.2.1齿坯的加工方法齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工，齿坯的内孔（或轴颈）、端面或外圆经常是齿轮加工、测量和装配的基准，齿坯的精度对齿轮的加工精度有着重要的影响。因此，齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。齿坯加工方案的选择主要与齿轮的轮体结构、技术要求和生产批量等因素有关。

1)中小批量生产的齿坯加工

中小批生产尽量采用通用机床加工。对于圆柱孔齿坯，可采用粗车各部分—精加工内孔—精车各部分的路线：

（1）在卧式车床上粗车齿轮各部分；

（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、端面及其它部分。

对于花键孔齿坯，采用粗车-拉-精车的加工方案。

2）大批量生产的齿坯加工

大批量生产中，无论花键孔或圆柱孔，均采用高生产率的机床（如拉床、多轴自动车床或多刀半自动车床等），其加工方案如下：

（1）以外圆定位加工端面和孔（留拉削余量）；

（2）以端面支承拉孔；

（3）以孔在心轴上定位，在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和切槽；

（4）不卸下心轴，在另一台车床上精车外圆、端面、切槽和倒角，如图9-2所示。

图9-2多刀半自动车床上精车齿坯外形

9.2.2齿形的加工方法

一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序展开的。齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。

无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高、材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。

齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工原理可分为成形法和展成法两种。

成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，如图9-3所示。用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿；用成形砂轮磨齿；用齿轮拉刀拉齿等。

图9-3成形法加工齿轮

1.滚齿

滚齿是齿形加工方法中生产率较高、应用最广的一种加工方法。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，如图9-4所示。滚齿加工的通用性较好,既可加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工大模数齿轮，又可加工大直径齿轮。

滚齿可直接加工8～9级精度齿轮，也可用作7级以上齿轮的粗加工及半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度，但因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，因而齿面的表面粗糙度值较大。为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗精滚齿分开。

图9-4齿轮滚刀的工作原理

2.插齿

插齿是按展成法原理加工齿轮的，插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。图9-5所示为插齿的工作原理。

图9-5插齿的工作原理

插齿和滚齿相比，在加工质量、生产率和应用范围等方面具有如下特点：

1）插齿的加工质量

（1）插齿的齿形精度比滚齿高。滚齿时，形成齿形包络线的切线数量只与滚刀容屑槽的数目和基本蜗杆的头数有关，它不能通过改变加工条件而增减；但插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量的大小决定，并可以选择。此外，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，这就有造形误差。而插齿刀的齿形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确的渐开线齿形。所以插齿可以得到较高的齿形精度。

图9-6滚齿和插齿齿面的比较

（2）插齿后齿面的粗糙度值比滚齿小。这是因为滚齿时，滚刀在齿向方向上作间断切削，形成如图9-6(a)所示的鱼鳞状波纹；而插齿时插齿刀沿齿向方向的切削是连续的，如图9-6(b)所示。所以插齿时齿面粗糙度值较小。

（3）插齿的运动精度比滚齿差。这是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，插齿刀的一个刀齿对应切削工件的一个齿槽，因此，插齿刀本身的周节累积误差必然会反映到工件上。而滚齿时，因为工件的每一个齿槽都是由滚刀相同的2～3圈刀齿加工出来的，故滚刀的齿距累积误差不会影响被加工齿轮的齿距精度，所以滚齿的运动精度比插齿高。

（4）插齿的齿向误差比滚齿大。插齿时的齿向误差主要取决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。

所以就加工精度来说，对运动精度要求不高的齿轮，可直接用插齿来进行齿形精加工，而对于运动精度要求较高的齿轮和剃前齿轮（剃齿不能提高运动精度），则用滚齿较为有利。

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

（1）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，而滚刀会与大直径部位发生干涉。

（2）加工无空刀槽的人字齿轮，只能用插齿。

（3）加工内齿轮，只能用插齿。

（4）加工蜗轮，只能用滚齿。

（5）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，以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。

3.剃齿

剃齿加工是根据一对螺旋角不等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，如图9-7所示，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。

图9-7剃齿原理

剃齿具有如下特点：

(1）剃齿加工精度一般为IT7～IT6级，表面粗糙度Ra为0.8～0.4μm，用于未淬火齿轮的精加工。

(2）剃齿加工的生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一般只需2～4min，与磨齿相比较，可提高生产率10倍以上。

(3）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。

4.珩齿

淬火后的齿轮轮齿表面有氧化皮，影响齿面粗糙度，热处理的变形也影响齿轮的精度。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，也可以采用珩齿进行精加工。

珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。

珩轮由磨料（通常80＃～180＃粒度的电刚玉）和环氧树脂等原料混合后浇铸而成。珩齿是齿轮热处理后的一种精加工方法。

与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点：

(1）珩轮结构和磨轮相似，但珩齿速度较低（通常为1～3m／s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。

(2）珩齿时，齿面间隙除沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量，其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。

(3）珩轮弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。

(4）珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到1000r/min以上，纵向进给量为0.05～0.065mm/r。

(5）珩轮生产率较高，一般一分钟珩一个，通过3～5次往复即可完成。

5.磨齿

磨齿是目前齿形加工中精度最高的一种方法。它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬齿轮。磨齿精度可达IT6～IT4级，齿面粗糙度为Ra0.8～0.2μm。磨齿对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力，多用于硬齿面高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀等齿轮刀具的精加工。其缺点是生产率低、加工成本高，故适用于单件小批生产。

根据齿面渐开线的形成原理，磨齿方法分为仿形法磨齿和展成法磨齿两类。仿形法磨齿是用成形砂轮直接磨出渐开线齿形，目前应用较少；展成法磨齿是将砂轮工作面制成假想齿条的两侧面，通过与工件的啮合运动包络出齿轮的渐开线齿面。常见的磨齿方法有锥面砂轮磨齿（如图9-8所示）和双片蝶形砂轮磨齿（如图9-9所示）。

图9-8锥面砂轮磨齿原理

图9-9双片碟形砂轮磨齿原理

9.2.3齿轮加工方案选择

齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出齿轮加工方案选择时的几条原则，以供参考。

(1)对于8级及8级以下精度的未淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。

(2)对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔。

(3)对于6～7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案为：滚齿－剃齿。

(4)对于6～7级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：

①剃－珩磨方案：滚（插）齿－齿端加工－剃齿－齿面淬硬－修正内孔－珩齿。

②磨齿方案：滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔－磨齿。

剃－珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。

(5)对于5级及5级以上精度的齿轮，一般采用磨齿方案。

(6)对于大批量生产，用滚（插）齿－冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。9.3齿轮零件的加工工艺分析

9.3.1齿轮的加工工艺过程图9-10所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工要求见表9-2，加工工艺过程见表9-3。图9-11所示为一高精度齿轮，材料为40Cr，精度为6－5－5级，其加工要求见表9-4，加工工艺过程见表9-5。

图9-10双联齿轮

表9-2双联齿轮加工要求

表9-3双联齿轮加工工艺过程

图9-11高精度齿轮

表9-4高精度齿轮加工要求

表9-5高精度齿轮加工工艺过程

9.3.2齿轮加工工艺分析

1.加工阶段的划分

从表9-3和表9-5中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。

第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。

第二阶段是齿形的加工阶段。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。

第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要对齿面进行淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。

最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。

2.定位基准的确定

定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，一些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。

(1）内孔和端面定位。选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用心轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。

(2）外圆和端面定位。齿坯内孔在通用心轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。因找正效率低，一般用于单件小批生产。

3.齿端加工

如图9-12所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。

图9-12齿端加工形式图9-13齿端倒圆加工示意图

4.精基准修正

齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。

对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好效果。

对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。

图9-14齿轮分度圆定心示意图磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9-14所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。

对高精度的齿轮，定位基准的精度要求较高，由图∅9-12可见，作为定位基准的内孔其尺寸精度标注为∅85H5，基准端面的粗糙度值较小，为Ra1.6μm，它对基准孔的跳动量为0.014mm，这几项均比一般精度的齿轮要求要高。因此，在齿坯加工中，除了要注意控制端面与内孔的垂直度外，尚需留一定的余量进行精加工。精加工孔和端面采用磨削，先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔，再以孔为定位基准磨端面，控制端面跳动要求，以确保齿形精加工用的精基准的精确度。

9.4齿轮零件工艺实施

9.4.1刀具

1.成形法齿轮刀具该类齿轮刀具的切削刃轮廓与被加工齿轮槽廓形相同或相似，通常适用于加工直齿圆柱齿轮、斜齿齿条等。常用的成形齿轮刀具有盘形齿轮铣刀、指状齿轮铣刀等。其特点是结构简单，制造容易，可在普通铣床上使用，但是加工精度和效率较低，主要用于单件、小批量生产和修配。下面以盘形齿轮铣刀为例，简要介绍该类刀具的选用。用模数盘形齿轮铣刀铣削直齿圆柱齿轮时，刀具廓形应与工件端剖面内的齿槽渐开线廓形相同。

当被铣削齿轮的模数、压力角相等，而齿数不同时，其基圆直径也不同，因而渐开线的形状（弯曲程度）也不同。因此铣削不同的齿数，应采用不同齿形的铣刀，即不能用一把铣刀铣制同一模数中所有齿数的齿轮齿形，如图9-11所示。但为了避免制造数量过多的盘形铣刀，生产上采用刀号的办法，如表9-6所示。即用某一刀号的铣刀铣制模数和压力角相同而齿数不同的一组齿轮。每号铣刀的齿形均按所铣制齿轮范围中最小齿数的齿形设计。

表9-6盘形铣刀刀号

用盘形铣刀铣制斜齿轮时，铣刀是在齿轮法剖面中进行成形铣削的。选择刀号时，铣刀模数应依照被切齿轮的法向模数mn和法剖面中的当量齿轮的当量齿数Zv选择。

式中,β——斜齿轮螺旋角（°）；

Zv——当量齿数；

Z——斜齿轮齿数。

2.展成法齿轮刀具

1）滚刀

滚刀按国家标准《高精度齿轮滚刀通用技术条件》的规定，Ⅰ型适用于JB3327－83规定的AAA级滚刀、GB6084－85规定的AA级滚刀；Ⅱ型适用于GB6084－85所规定的AA、A、B、C级四种精度的滚刀。一般情况下，AA级滚刀可加工6～7级齿轮，A级可加工7～8级齿轮，B级可加工8～9级齿轮，C级可加工9～10级齿轮。

滚刀安装在滚齿机的心轴上后，需要用千分表检验滚刀两端凸台的径向圆跳动不大于0.005mm。

滚刀在滚切齿轮时，通常情况下只有中间几个刀齿切削工件，因此这几个刀齿容易磨损。为使各刀齿磨损均匀，延长滚刀耐用度，可采取当滚刀切削一定数量的齿轮后，用手动或机动方法沿滚刀轴线移动一个或几个齿距，以延长滚刀寿命。

滚齿时，当发现齿面粗糙度大于Ra3.2μm以上，或有光斑、声音不正常，或在精切齿时滚刀刀齿后刀面磨损超过0.2～0.5mm，粗切齿超过0.8～1.0mm时，就应重磨滚刀。对滚刀的重磨必须予以重视，使切削刃仍处于基本蜗杆螺旋面上。如果滚刀重磨不正确，会使滚刀失去原有的精度。

滚刀的刃磨应在专用滚刀刃磨机床上进行。若没有专用刃磨机床时，可在万能工具磨床上装一专用夹具来重磨滚刀。专用夹具使滚刀作螺旋运动，并精密分度。注意不能徒手刃磨。

2）插齿刀

插齿刀的形状很像齿轮，它的模数和名义齿形角等于被加工齿轮的模数和齿形角，不同的是插齿刀有切削刃和前后角。

表9-7插齿刀主要类型与规格、用途

选用插齿刀时，除了根据被切齿轮的种类选定插齿刀的类型，使插齿刀的模数、齿形角和被切齿轮的模数、齿形角相等外，还需根据被切齿轮参数进行必要的校验，以防切齿时发生根切、顶切和过渡曲线干涉等。

插齿刀制成AA、A、B三级精度，分别加工6、7、8级精度的齿轮。

3）剃齿刀

剃齿刀的齿面开槽形成刀刃，它的两侧面都能进行切削加工，但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。为了使齿轮两侧获得同样的剃削条件，在剃削过程中，剃齿刀作交替正反转运动。

剃齿刀的精度分A、B、C三级，分别加工6、7、8级精度的齿轮。剃齿刀分度圆直径随模数大小有85mm、180mm和240mm三种，其中240mm应用最普遍。分度圆螺旋角有5°、10°和15°三种，其中5°和10°两种应用最广泛。15°多用于加工直齿圆柱齿轮；5°多用于加工斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。在剃削斜齿轮时，轴交叉角度不宜超过10°～20°，不然剃削效果不好。

9.4.2机床

1.齿轮加工机床的类型及其用途

目前按照被加工齿轮种类的不同，齿轮加工机床主要可分为圆柱齿轮加工机床和圆锥齿轮加工机床两大类。此外还有齿轮齿端加工机床（倒角及检查机）、齿轮的无屑加工设备等。

1）圆柱齿轮加工机床

（1）滚齿机,主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。

（2）插齿机,主要用于加工单联和多联的内外直齿圆柱齿轮。

（3）剃齿机,主要用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工。

（4）珩齿机,主要用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工。

（5）磨齿机,主要用于淬火后的圆柱齿轮的齿廓精加工。

此外还有花键轴铣床，车齿机等。

2）圆锥齿轮加工机床

此类机床可分为直齿锥齿轮加工机床和弧齿锥齿轮加工机床两类。用于加工直齿锥齿轮的机床有锥齿轮刨齿机、磨齿机等;用于加工弧齿轮的机床有弧齿轮铣齿机、磨齿机等。

此外，随着计算机数控技术的发展，齿轮CNC机床的发展也非常迅速。

下面主要以Y3150E型滚齿机为例介绍其功用和结构特点。

2.Y3150E型滚齿机

Y3150E型滚齿机主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮。此外，使用蜗轮滚刀时，还可用手动径向进给滚切蜗轮或通过切向进给机构切向进给滚切蜗轮，也可用相应的滚刀加工花键轴、链轮及同步带轮。机床的主要技术参数为：加工齿轮最大直径500mm，最大宽度250mm，最大模数8mm，最小齿数5k（k为滚刀齿数）。

1）主要组成部分

如图9-15所示，机床由床身1、立柱2、刀架滑板3、滚刀架5、后立柱8和工作台9等主要部件组成。立柱2固定在床身上，刀架滑板3带动滚刀架可沿立柱导轨作垂向进给运动或快速移动。滚刀安装在刀杆4上，由滚刀架5的主轴带动作旋转主运动。该刀架可绕自己的水平轴线转动，以调整短刀的安装角度。工件安装在工作台9的心轴7上或直接安装在工作台上，随同工作台一起作旋转运动。工作台和后立柱装在同一滑板上，可沿床身的水平导轨移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架6可通过轴套或顶尖支承在工件心轴的上端，以提高滚切工作的平稳性。

图9-15Y3150型滚齿机外形图

2）机床运动分析

（1）加工直齿圆柱齿轮时的运动分析。

根据展成法滚齿原理可知，用滚刀加工齿轮时，除具有切削工作运动外，还必须严格保持滚刀与工件之间的运动关系，这是切制出正确齿廓形状的必要条件。因此，滚齿机在加工直齿圆柱齿轮时的运动有以下几种。

①主运动：主运动即滚刀的旋转运动。根据合理的切削速度和滚刀直径，即可确定滚刀的转速。

②展成运动：展成运动即滚刀与工件之间的啮合运动。滚刀与工件应准确地保持一对啮合齿轮的传动比关系。设滚刀头数为k，工件齿数为z，则每当滚刀转1转时，工件应转k／z转。

③垂向进给运动：垂向进给运动即滚刀沿工件轴线方向作连续的进给运动，以切出整个齿宽上的齿形。根据合理的工艺条件（滚刀和工件材料），即可确定滚刀的垂向进结速度。

为了实现上述三个运动，机床就必须具有三条相应的传动链，而每一传动链中，又必须有可调环节（即变速机构），以保证传动链两端间的运动关系。由图9-16可以得知，主运动传动链的两端件为电动机和滚刀，滚刀的转速可通过改变uv的传动比进行调整；展成运动链的两端件为滚刀及工件，通过调整uc的传动比，保证滚刀转1转，工件转k/z转，以实现展成运动；垂向进给链的两端件为工件和滚刀，通过调整uf的传动比，使工件转1转时，该刀在垂向进给丝杠带动下，沿工件轴向移动所要求的进给量。

（2）加工斜齿圆柱齿轮的运动分析。

加工斜齿圆柱齿轮的运动和加工直齿圆柱齿轮时一样，同样需要主运动、展成运动和垂向进给运动。此外，为了形成螺旋形的轮齿，还必须给工件一个附加运动，这同在铣床上铣螺旋槽相似，即刀具沿工件轴线方向进给一个螺旋线导程时，工件应均匀地转一转。所以，在加工斜齿圆柱齿轮时，机床必须具有四条相应的传动链来实现上述四个工作运动。图9-17所示为加工斜齿圆柱齿轮时滚齿机的传动原理图。

图9-16加工直齿圆柱齿轮时滚齿机的传动原理

图9-17加工斜齿圆柱齿轮时滚齿机的传动原理

在图9-17中，uf为附加运动链的变速机构传动比。需要特别指出的是，在加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动这两条传动链需要将两种不同要求的旋转运动同时传给工件。在一般情况下，两个运动同时传到一根轴上时，运动会发生干涉而将轴损坏。因此，在滚齿机上设有把不同方向和大小的运动进行合成的机构。符号∑表示运动合成机构。

滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。图9-18

(a)、(b)、（c)所示为Y3150E型滚齿机所用的运动合成机构，它主要由四个模数m=3、齿数z=30、螺旋角β=0°的弧齿锥齿轮组成。

图9-18

Y3150E型滚齿机所用的运动合成机构

9.4.3检验方法和检具

齿轮检验按其目的可分为验收检验和工艺检验。验收检验时可选用与齿轮使用条件相近的齿轮单面啮合综合检验，或选用表9-1所推荐的各项检验组合，以便按齿轮精度要求全面地评定齿轮加工质量，确定其是否合格。

工艺检验时可采用齿形误差、基节偏差、公法线长度变动和齿圈径向跳动等单项检验项目，以分析该工序的加工误差，评定机床－刀具－工件系统的精度。齿轮侧隙用齿厚偏差与公法线平均长度偏差等指标来评定。

根据齿轮的四个使用要求，对齿轮的三个公差组和侧隙的合理性分别规定了公差组的检验组，因各公差组中的公差项目所控制的误差的性质是相同的，所以只要在每一个公差组中选出一项或数项公差标注在齿轮工作图样上，