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圆柱齿轮机加工
圆柱齿轮机加工
1概述
a圆柱齿轮的功用与结构特点
齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它的功用是按规定的比传递运动和动力。
圆柱齿轮因使用要求不同而有不同形状,可以将它们分成是由轮齿和轮体两部分构成。
按照轮齿的形式,齿轮可分为直齿斜齿和人字齿等;按照轮体的结构,齿轮可大致分为盘形齿轮、套类齿轮、轴类齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等。
b圆柱齿轮的材料及毛坯
齿轮的材料种类很多。
对于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮,常用45钢制作,经正火或调质处理后,可改善金相组织和可加工性,一般对齿面进行表面淬火处理。
对于速度较高,受力较大或精度较高的齿轮,常采用20Cr、40Cr、20CrMnTi等合金钢。
其中40Cr晶粒细,淬火变形小。
20CrMnTi采用渗碳淬火后,可使齿面硬度较高,心部韧性较好和抗弯性较强。
38CrMoAl经渗氮后,具有高的耐磨性和耐腐蚀性,用于制造高速齿轮。
铸铁和非金属材料可用于制造轻载齿轮。
齿轮毛坯的形式主要有棒料、锻件和铸件。
棒料用于小尺寸、结构简单且强度要求较低的齿轮。
锻造毛坯用于强度要求较高、耐磨、耐冲击的齿轮。
直径大于400~600mm的齿轮常用铸造毛坯。
c圆柱齿轮的技术要求
⑴齿轮传动精度
渐开线圆柱齿轮精度标准(GB10095-88)对齿轮及齿轮副规定了12个精度等级,第1级的精度最高,第12级的精度最低,按照误差的特性及对传动性能的主要影响,将齿轮的各项公差和极限偏差分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个公差组,分别评定运动精度、工作平稳性精度和接触精度。
运动精度要求能准确传递运动,传动比恒定;工作平稳性要求齿轮传递运动平稳,少无冲击、振动和噪声;接触精度要求齿轮传递动力时,载荷沿齿面分布均匀。
有关齿轮精度的具体规定读者可参看国家标准。
⑵齿侧间隙
齿侧间隙是指齿轮啮合时,轮齿非工作表面之间的法向间隙。
为使齿轮副正常工作,齿轮啮合时必须有一定的齿侧间隙,以便贮存润滑油,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。
⑶齿坯基准面的精度
齿轮齿坯基准表面的尺寸精度和形位精度直接影响齿轮的加工精度和传动精度,齿轮在加工、检验和安装时的基准面(包括径向基准面和轴向辅助基准面)应尽量一致。
对于不同精度的齿轮齿坯公差可查阅有关标准。
⑷表面粗糙度
常用精度等级的轮齿表面粗糙度与基准表面的粗糙度Ra的推荐值见表3-6。
表3-6 齿轮各表面的粗糙度Ra的推荐值
注:
当三个公差组的精度等级不同时,按最高的精度等级确定。
2圆柱齿轮加工的主要工艺问题
2.1定位基准的选择与加工
齿轮加工时的定位基准应符合基准重合与基准统一的原则,对于小直径的轴齿轮,可采用两端中心孔为定位基准;对于大直径的轴齿轮,可采用轴颈和一个较大的端面定位;对带孔齿轮,可采用孔和一个端面定位。
不同生产纲领下的齿轮定位基准面的加工方案也不尽相同。
带孔齿轮定位基准面的加工可采用如下方案:
①大批大量生产时,采用“钻-拉-多刀车”的方案。
毛坯经过模锻和正火后在钻床上钻孔,然后到拉床上拉孔,再以内孔定心,在多刀或多轴半自动车床上对端面及外圆面进行粗、精加工。
②中批生产时,采用“车-拉-多刀车”的方案。
先在卧式车床或转塔车床上对齿坯进行粗车和钻孔,然后拉孔,再以孔定位,精车端面和外圆。
也可以充分发挥转塔车床的功能,将齿坯在转塔车床上一次加工完毕,省去拉孔工序。
③单件小批生产时,在卧式车床上完成孔、端面,外圆的粗、精加工。
先加工完一端,再掉头加工另一端。
齿轮淬火后,基准孔常发生变形,要进行修正。
基准孔的修正一般采用磨孔工艺,其加工精度高,但效率低。
对淬火变形不大,精度要求不高的齿轮,可采用推孔工艺。
2.2齿形加工
齿形加工方法可分为无屑加工和切削加工两类。
无屑加工包括热轧、冷轧、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,但加工精度低,且易受材料塑性的影响。
齿形切削加工精度高,应用广泛,又可分为仿形法和展成法两种。
仿形法采用有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,常用的有模数铣刀铣齿、齿轮拉刀拉齿和成形砂轮磨齿。
展成法的原理是使齿轮刀具(相当于小齿轮或齿条)和齿坯(相当于大齿轮)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。
齿形加工方法中,展成法加工精度和生产率较高,应用十分广泛。
⑴滚齿
1)滚齿的原理及工艺特点
滚齿加工原理即滚刀和工件相当于齿轮齿条啮合,齿轮滚刀是一个经过开槽和铲齿的蜗杆,具有切削刃和后角,其法向剖面近似于齿条,滚刀旋转时,就相当于齿条在连续地移动,被切齿轮的分度圆沿齿条节线作无滑动的纯滚动,滚刀切削刃的包络线就形成被切齿轮的齿廓曲线。
滚齿是齿形加工中生产效率最高、应用最广的一种方法。
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,滚齿法还可用于蜗轮加工。
滚齿既可用于齿形的粗加工,也可用于精加工。
滚齿加工精度一般为6~9级,对于8、9级精度齿轮,可直接滚齿得到,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级精度以上的齿轮。
滚齿加工时齿面是由滚刀的刀齿包络而成,由于参加切削的刀齿数有限,齿面的表面质量不太高。
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,且应取较高的切削速度和较小的进给量。
2)滚刀
为了使滚刀能切出正确的齿形,滚刀切削刃必须在蜗杆的同一圆柱表面上,这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。
滚刀的基本蜗杆有:
渐开线、阿基米德和法向直廓三种。
理论上,加工渐开线齿轮应用渐开线蜗杆,但其制造困难;而阿基米德蜗杆轴向剖面的齿形为直线,易于制造,生产中常用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。
为使基本蜗杆形成滚刀,要对其开槽,以形成前刀面和前角。
模数1~10mm标准齿轮滚刀均为零前角直槽。
为了形成后角,滚刀的顶刃和测刃都需铲齿和铲磨。
标准齿轮滚刀精度分为四级:
AA、A、B、C。
加工时应按齿轮要求的精度,选用相应的齿轮滚刀。
一般,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。
3)滚齿的加工精度分析
滚齿加工中,由于机床、刀具、夹具和齿坯再制造、安装和调试中不可避免地存在一些误差,因而被加工齿轮在尺寸、形状和位置等方面也会产生一些误差。
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
影响传动准确性的主要原因是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。
Ⅰ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为基准中心不重合,使被切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距误差。
如图3-29所示:
O为齿坯基准孔中心(即测量或使用时中心),Oˊ为加工时的回转中心,两者不重合产生几何偏心e。
切齿时齿坯绕Oˊ回转,切出的轮齿沿其分度圆分布均匀(如图中实线圆的齿距p1=p2),但在以O为中心测量或使用时,其分度圆上的轮齿的分布就不再均匀了(图中双点划线圆的齿距p1′≠p2′)。
这种齿距的变化是由于几何偏心使齿廓径向位移引起的,故称为齿轮的径向误差,可通过齿圈径向跳动△Fr和径向综合误差△Fi来评定。
图3-29 几何偏心引起的径向误差
切齿时产生齿轮径向误差的主要原因有:
a)安装调整夹具时,定为轴心与机床工作台回转中心不重合;b)齿坯内孔与心轴间有间隙,安装偏心;c)基准端面定位不好,加紧后内孔相对工作台回转中心产生间隙。
Ⅱ齿轮切向误差
齿轮切向误差是指加工时,由于机床工作台的不等速旋转,使被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。
如图3-30所示,轮齿的理论位置沿分度圆分布均匀(双点划线表示)。
设滚切齿1时齿坯的转角误差为0°,当切齿2时,理论上齿坯应转过∠AOB角,实际上由于存在转角误差,齿坯多转了Δφ角,转到∠AOC位置(实线表示),结果轮齿沿切向发生了位移。
各轮齿的切向位移不等必然引起齿距累积误差,影响传递运动的准确性。
图中可见2、8齿间的公法线长度时明显大于4、6齿间的公法线长度。
因此,机床分齿运动不准确所引起的齿
轮切向误差,可通过公法线长度变化量ΔFw来评定。
影响传动链误差的主要原因是工作台分度蜗轮本身齿距累积误差及安装偏心。
为了减少齿轮切向误差,可提高分度蜗轮的制造精度和安装精度和安装精度,也可采用校正装置去补偿蜗轮的分度误差。
②影响传动平稳性的加工误差分析
影响传动平稳性的主要因素是齿轮的基节偏差ΔfPb和齿形误差Δff。
滚齿时工件的基节等于滚刀的基节,基节偏差一般较小,而齿形误差通常较大。
齿形误差是指被切齿廓偏离理论渐开线而产生的误差,滚齿后常见的齿形误差有:
齿面出棱、齿形角误差、齿形不对称、周期误差等,如图3-31所示。
图3-30齿轮的切向位移
产生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。
滚刀刀齿沿圆周等分不好或安装后有较大的径向跳动及轴向窜动,会引起齿面出棱;滚刀刀齿的齿形角误差及前角0°不准确,会引起齿形角误差;滚刀前刀面与轴线不平行及滚刀对中不好,会引起齿形不对称;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误差,会引起周期误差。
图3-31 常见的齿形误差
a)出棱 b)不对称 c)齿形角误差 d)周期误差 e)根切
为了保证齿形精度要求,应根据齿轮的精度等级正确选择滚刀和机床的精度,特别要注意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;齿宽方向的接触精度,主要受齿向误差ΔFb的影响。
齿向误差是指轮齿齿向偏离理论位置。
产生齿向误差的主要因素是滚刀进给方向与齿坯定位心轴不平行,包括齿坯定位心轴安装歪斜,刀架导轨相对工作台回转中心在齿坯径向或切向不平行。
此外,差动交换齿轮传动比计算不够精确会引起斜齿轮的齿向误差。
减少齿向误差的措施有:
a)提高夹具制造与安装精度;b)提高齿坯加工精度;c)导轨磨损后及时修刮;d)加工斜齿轮时,差动交换齿轮传动比计算应精确至小数点后5~6位。
⑵插齿
1)插齿的原理和工艺特点
插齿的加工原理为插齿刀与工件相当于一对平行轴的圆柱直齿轮啮合,一个齿轮磨出前后角以形成切削刃即插刀,通过严格的啮合运动,其包络线形成齿形。
插齿是齿形切削加工方法中应用范围最广的一种,可加工圆柱直齿轮、多联齿轮、内齿轮、扇形齿轮和齿条等;配上专门附件,也可加工斜齿轮。
插齿既可用于齿形的粗加工,也可用于精加工。
插齿精度一般为7~9级,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,切削用量不宜太大,故一般插齿的生产率比滚齿低。
插齿多用于中小模数齿轮的加工。
2)插齿刀
插齿刀有盘形,碗形和带锥柄三种类型(图3-32)。
盘形插齿刀以内孔和端面定位,用螺母紧固在机床主轴上,主要用于加工直齿外齿轮及大模数的内齿轮;碗形插齿刀以内孔和端面定位,夹紧螺母可容纳在刀体内,主要用于加工多联齿轮和带凸肩的齿轮;锥柄插齿刀用带有内锥孔的专用接头与机床主轴连接,主要用于加工内齿轮。
图3-32 插齿刀的类型
插齿刀有三个精度等级:
AA级适用于加工6级精度的齿轮;A级适用于加工7级精度的齿轮;B级适用于加工8级精度的齿轮。
一般可根据被加工齿轮的传动平稳性精度等级选取相应的插齿刀。
3)插齿的加工质量分析
①传动准确性
齿坯安装时的几何偏心使工件产生径向位移,造成齿圈径向跳动;工作台分度蜗轮的运动偏心使工件产生切向位移,造成公法线长度变动,这与滚齿相同。
但插齿传动链中多了刀具蜗杆副,且插齿刀全部刀齿参加切削,其本身制造的齿距累积误差和安装误差,使插齿时齿轮沿切向产生较大的齿距累积误差,因而使插齿的公法线长度变动比滚齿大。
②传动平稳性
插齿刀设计时无近似误差,制造时可用磨削方法获得精确的齿形,所以插齿的齿形误差比滚齿小。
③载荷分布均匀性
机床刀架导轨对工作台回转中心的平行度,使工件产生齿向误差,这与滚齿相同;但插齿上下往复运动频繁,导轨易磨损,且刀具刚性差,因此插齿的齿向误差比滚齿大。
④表面粗糙度
滚齿时滚刀头数、刀槽数一定,切齿的包络刀刃数有限;而插齿圆周进给量可调,使要齿的包络刀刃数远比滚齿多,故插齿的齿面粗糙度值比滚齿小。
⑶剃齿
1)剃齿原理和剃齿刀
剃齿加工如同一对斜齿轮啮合,如图3-33a所示,因螺旋角不同,其轴线交错一个角度φ,剃齿刀回转时,其圆周速度V可分解为两个分量:
一个与轮齿方向垂直的法向分速度Vn,以带动工件旋转;另一个与轮齿方向平行的齿向分速度Vt,使两啮合齿面产生相对滑移。
剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮,在齿面上开有小槽,沿渐开线方向形成刀刃(图3-33b),剃齿刀在Vt和一定压力的作用下,从工件齿面上剃下很薄的切屑,且在啮合过程中逐渐把余量切除。
图3-33 剃齿原理示意图
1—剃齿刀 2—工件
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。
由图3-33c截面可见,按Vt方向,刀齿两侧的切削角是不同的,A侧为锐边具有正前角,起切削作用;B侧为钝边具有负前角,起挤压作用。
当剃齿刀反向时,Vt也反向,剃齿刀两侧刀刃的作用互换,使轮齿两侧均能得到剃削。
剃齿需具备以下运动:
①剃齿刀高速正反转一主运动;②工件沿轴向往复进给运动---剃出全齿宽;③工件每一往复行程后的径向进给运动---剃出全齿深。
由上述剃齿原理可知,剃齿刀由机床传动链带动旋转,而工件由剃齿刀带动,它们之间并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。
通用剃齿刀的制造精度分A、B、C三级,分别用于加工6、7、8级齿轮;剃齿刀的螺旋角有15°、10°、5°三种,15°和5°应用最广,15°多用于加工直齿圆柱齿轮,5°多用于加斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。
剃齿时两轴线交错角φ不宜超过20o,否则剃齿效果不好。
剃齿刀安装后,应认真检查其端面跳动和径向跳动,交错角φ可通过试切调整。
2)剃齿的工艺特点
剃齿是齿轮精加工方法之一。
剃齿后的齿轮精度一般可达6-7级,齿面粗糙度值为Ra0.8-0.2μm,剃齿对各种误差的修正情况如下:
①齿圈径向跳动ΔFr 剃前具有径向圆跳动的齿轮,在开始剃齿时,刀具不会同齿轮上各轮齿均作无侧隙啮合,而是先同距中心较远的轮齿作无侧隙啮合并进行剃齿。
随着径向进给的增加,与刀具作无侧隙啮合的轮齿逐渐增加,齿圈径向圆跳动也就逐渐减少。
当全部轮齿进入无侧隙啮合时,齿圈径向圆跳动误差全被消除,即剃齿对ΔFr有较强的修正能力。
②公法线长度变动ΔFwww 若剃前齿轮无齿圈径向圆跳动,剃齿时,由于刀具与工件双面啮合和工件的径向进给,使刀具作用在轮齿两侧的压力相等,两侧被剃削的余量也相等。
因此,原来沿圆周方向齿距分布不均的轮齿,剃后齿距分布依然不均。
故其公法线长度变动没有的到修正。
实际上,剃前齿轮总存在一些齿圈径向圆跳动,在剃除齿轮径向圆跳动的过程中,各轮齿被剃除的余量不等,从而导致公法线长度变动加大,故剃齿对ΔFw的修正能力很小。
③基节偏差Δfpb和齿形误差Δff 剃齿时通常剃齿刀与工件有两对齿啮合(图3-34)。
若剃齿刀1和工件2的基节相等,两对齿在A、B、C三点接触,在A、C两点切下的金属相等;若工件的基节大于剃齿刀基节,即Pb2>Pb1,则A点接触,C点切去较多的金属,齿轮基节减小,直至等于剃齿刀基节为止。
因此,剃齿对Δfpb的校正能力较强。
图3-34剃齿对基节误差的修正
1—剃齿刀 2—工件
齿轮有齿形误差时,则同一齿面与剃齿刀齿面各点啮合时,各处的齿距不等,那么,剃齿刀就如同修正基节偏差一样,修正各处的齿形误差。
因此,剃齿对Δff也有较强的修正能力,但剃后在齿轮的节圆附近出现中凹现象(图3-34b)。
其原因是在节圆附近只有一个齿在被剃削,齿面啮合处的压力就大,剃齿力大,故多剃去了一些金属。
这种齿面中凹现象常通过修磨剃齿刀使其齿形中凹来解决,也可用减少剃齿余量和径向进给量来弥补。
④齿向误差Δfb 剃齿前仔细调整机床前后顶尖同轴及剃齿刀与齿轮两者轴线交错角φ,就能使齿轮的齿向误差得到较大的修正。
综上所述,由于剃齿刀与工件自由对滚而无强制性的啮合运动,剃齿对齿轮传动的准确性提高不多,对传动的平稳性和载荷分布均匀性都有较大提高,且齿面粗糙度值较小。
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,齿面的表面粗糙度值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。
⑷珩齿
珩齿是齿轮热处理后的一种光整加工方法。
珩齿原理与剃齿相似,珩轮与工件是一对斜齿轮副无侧隙的自由紧密结合,如图3-35b所示,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芯上浇铸而成的斜齿轮(图3-35a)。
珩轮回转时的圆周速度V,可分解为法向分速度Vn,以带动工件回转;齿向分速度Vt,使珩轮与工件产生相对滑移。
珩轮上的磨料借助珩轮齿面和工件齿面间的相对滑移速度Vt磨去工件齿面上的微薄金属。
图3-35 珩齿原理
珩齿的运动与剃齿基本相同,即珩轮带动工件高速正反转;工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。
所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,因此齿面形成交叉复杂的刀痕,其齿面的表面粗糙度Ra可达0.8~0.4µm,且齿面不会烧伤,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磨轮珩齿三种,如图3-36所示。
图3-36珩齿方法
a)外啮合珩齿 b)内啮合珩齿 c)蜗杆状珩磨轮珩齿
珩磨轮的精度对于珩齿精度影响极大。
被珩齿轮的误差由珩轮修正,且珩轮的误差也直接反映到齿轮上,因此要提高珩齿精度,就必须采用高精度的珩轮。
珩齿对齿轮的传动平稳性误差修正能力较强;对传动准确性误差修正能力较差;对齿向误差有一定的修正能力。
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齿轮)。
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淬火后齿形的精加工,加工精度可达6~7级。
⑸挤齿
挤齿是一种齿轮无屑光整加工新工艺,可用来代替剃齿。
挤齿时挤轮与被挤齿轮轴线平行,两挤轮同向旋转带动齿轮作无侧隙啮合的自由对滚,如图3-37所示。
挤轮实质上是一个高精度的圆柱齿轮,其宽度大于被挤齿轮宽度,挤轮连续径向进给对工件施加压力,使工件齿廓表层金属产生塑性变形,以修正齿轮误差和提高表面质量。
图3-37挤齿原理
1-被挤齿轮;2-挤轮
挤齿为淬火前的齿轮精加工,一般精度可达6~7级,表面粗糙度值Ra为0.4~0.1µm;且被挤齿轮强度高,寿命长。
挤齿机床结构简单,成本低;挤轮材料要有一定的强度和耐磨性,一般用铬锰钢或高速钢制造,其寿命长,相对其它齿轮刀具来说成本较低;挤齿生产率高,一般挤一个齿轮不到30s。
⑹磨齿
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,最高可达3级,齿面粗糙度值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。
展成法又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
如图3-38a所示,砂轮截面呈锥形,相当于齿条的一个齿。
磨齿时,砂轮一面高速旋转(n),一面沿齿槽方向往复运动(f)以磨出全齿宽;工件一面旋转(w),一面移动(v),实现展成运动。
在工件的一个往复过程中,先后磨出齿槽的两个侧面,然后工件快速离开砂轮进行分度,磨削下一个齿槽。
图3-38 展成法磨齿
这种磨齿法砂轮刚性好,磨削效率较高。
但机床转动链复杂,磨齿精度较低,一般为5~6级,多用于成批生产中磨削6级精度的淬硬齿轮。
2)碟形的砂轮磨齿
如图3-38b所示,两片碟形砂轮倾斜安装以构成齿条齿形的两个侧面。
磨齿时,砂轮高速旋转(n);工件一面旋转(w),一面移动(v),实现展成运动;工件沿轴线方向慢速进给运动(f)以磨出全齿宽。
当一个齿槽的两侧面磨完后,工件快速离开砂轮进行分度,磨削下一个齿槽。
这种磨齿法的展成运动传动环节少,传动误差小,分齿精度较高,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
如图3-38c所示,蜗杆砂轮磨齿原理与滚齿相似,其砂轮制作成蜗杆状,砂轮高速旋转(n),工件通过机床的两台同步电动机作展成运动(w),工件还沿轴向作进给运动(f)以磨出全齿宽。
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,所以生产效率很高。
磨削精度一般为5级,最高可达3级,适用于大、中批生产的齿轮精加工。
3圆柱齿轮加工工艺分析
圆柱齿轮加工工艺,常随着齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方法。
图3-39所示为一双联齿轮,材料为40Cr,精度为7级,中批生产,其加工工艺过程见表3-7。
由表中可见,齿轮加工工艺过程大致要经过以下几个阶段:
毛坯加工、热处理、齿坯加工、齿形粗加工、齿端加工、齿面热处理、修正精基准及齿形精加工等。
齿轮号
I
II
模数
m
2
2
齿数
z
28
42
精度等级
7GK
7JL
齿圈径向圆跳动
Fr
0.036
0.036
公法线长度变动
Fy
0.028
0.028
基节极限偏差
Fvb
±0.013
±0.013
齿形公差
ff
0.011
0.011
齿向公差
Fβ
0.011
0.011
跨齿数
4
5
公法线平均长度
21.36
27.61
图3-39双联齿轮
表3-7双联齿轮加工工艺过程
序号
工 序 内 容
定位基准
10
毛坯锻造
20
正火
30
粗车外圆级端面,留余量1.5~2mm,钻镗花键底孔至尺寸Ø30H12
外圆及端面
40
拉花键孔
Φ30H12孔及A面
50
钳工去毛刺
60
上心轴,精车外圆、端面及槽至尺寸要求
花键孔及A面
70
检验
80
滚齿(z=42),留剃余量0.07~0.10mm
花键孔及A面
90
插齿(z=28),留剃余量0.04~0.06mm
花键孔及A面
100
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- 圆柱齿轮 加工