圆柱齿轮的加工工艺样本.docx

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圆柱齿轮的加工工艺样本

圆柱齿轮加工工艺

一、齿轮技术规定

圆柱齿轮是机械传动中应用极为广泛零件之一，其功用是按规定速比传递运动和动力。

1圆柱齿轮构造特点

齿轮尽管由于它们在机器中功用不同而设计成不同形状和尺寸，但总是可以把它们划分为齿圈和轮体两个某些。

常用圆柱齿轮有如下几类（图6-15）：

盘类齿轮、套类齿轮、内齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条（即齿圈半径无限大圆拄齿轮）。

其中盘类齿轮应用最广。

一种圆柱齿轮可以有一种或各种齿圈。

普通单齿圈齿轮工艺性好；而双联或三联齿轮

小齿圈往往会受到台肩影响，限制了某些加工办法使用，普通只能采用插齿。

如果齿

轮精度规定高，需要剃齿或磨齿时，普通将多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮组合构造。

2圆柱齿轮精度规定

齿轮自身制造精度，对整个机器工作性能、承载能力及使用寿命均有很大影响。

依照齿轮使用条件，对齿轮传动提出如下几方面规定：

⑴运动精度

规定齿轮能精确地传递运动，传动比恒定，即规定齿轮在一转中，转角误差不超过一定范畴。

⑵工作平稳性

规定齿轮传递运动平稳，冲击、振动和噪声要小。

这就规定限制齿轮转动时瞬时速比

变化要小，也就是要限制短周期内转角误差。

⑶接触精度

齿轮在传递动力时，为了不致因载荷分布不均匀使接触应力过大，引起齿面过早磨损，这就规定齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证有一定接触面积和符合规定接触位置。

⑷齿侧间隙

规定齿轮传动时，非工作齿面间留有一定间隙，以储存润滑油，补偿因温度、弹性变形

所引起尺寸变化和加工、装配时某些误差。

二、齿轮材料、热解决和毛坯

⑴材料选取

齿轮应按照使用工作条件选用适当材料。

齿轮材料选取对齿轮加工性能和使用

寿命均有直接影响。

普通齿轮选用中碳钢（如45钢）和低、中碳合金钢，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。

规定较高重要齿轮可选用38CrMoAlA氮化钢，非传力齿轮也可以用铸铁、夹布胶木或尼龙等材料。

⑵齿轮热解决

齿轮加工中依照不同目，安排两种热解决工序：

1）毛坯热解决：

在齿坯加工先后安排预先热解决正火或调质，其重要目是消除锻造及粗加工引起残存应力、改进材料可切削性和提高综合力学性能。

2）齿面热解决：

齿形加工后，为提高齿面硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火、高频感应加热淬火、碳氮共渗和渗氮等热解决工序。

（3）齿轮毛坯

齿轮毛坯形式重要有棒料、锻件和铸件。

棒料用于小尺寸、构造简朴且对强度规定低

齿轮。

当齿轮规定强度高、耐磨和耐冲击时，多用锻件，直径不不大于400～600mm齿轮，惯用锻造毛坯。

为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂齿轮，可用精密锻造、压力锻造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具备轮齿齿坯，以提高劳动生产率、节约原材料。

三、齿坯机械加工

1齿坯加工方案选取

对于轴齿轮和套筒齿轮齿坯，其加工过程和普通轴、套基本相似，现重要讨论盘类齿轮齿坯加工过程。

齿坯加工工艺方案重要取决于齿轮轮体构造和生产类型。

⑴大批大量生产齿坯加工

大批大量加工中档尺寸齿坯时，青年工人多采用“钻一拉一多刀车”工艺方案：

1）以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔；

2）拉孔；

3）以孔定位在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、切槽及倒角等。

这种工艺方案由于采用高效机床可以构成流水线或自动线，因此生产效率高。

⑵成批生产齿坯加工成批生产齿坯时，常采用“车一拉一车”工艺方案：

1）以齿坯外圆或轮毅定位，精车外圆、端面和内孔；

2）以端面支承拉孔（或花键孔）；

3）以孔定位精车外圆及端面等。

这种方案可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。

它特点是加工质量稳定，生产效率较高。

当齿坯孔有台阶或端面有槽时，可以充分运用转塔车床上多刀来进行多工位加工，在转塔车床上一次完毕齿坯加工。

四、齿形加工办法

齿形加工是整个齿轮加工核心。

按照加工原理，齿形加工可分为成形法和展成法两种。

指状铣刀铣齿、盘形铣刀铣齿、齿轮拉刀拉内齿轮等是成形法加工齿形例子，而滚齿、剃

齿、插齿等是展成法加工齿形例子。

现简介几种用展成法加工齿形加工办法。

1滚齿

⑴滚齿特点

滚齿是齿形加工中生产率较高，应用最广一种加工办法。

并且滚齿加工通用性好，可

加工圆柱齿轮、蜗轮等，亦可加工渐开线齿形、圆弧齿形、摆线齿形等。

滚齿既可加工小模

数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮，加工斜齿也很以便。

滚齿可直接加工9～8级精度齿轮，也可作为7级精度以上齿轮粗加工和半精加工。

滚齿可以获得较高运动精度。

因滚齿时齿面是由滚刀刀齿包络而成，参加切削刀齿数有限，故齿面表面粗糙度值较大。

为提高加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。

⑵滚齿加工质量分析

1）影响传动精确性加工误差分析

影响传动精确性重要因素是，在加工中滚刀和被加工齿轮相对位置和相对运动发生

了变化。

相对位置变化（几何偏心）产生齿轮径向误差，它以齿圈径向跳动ΔFr来评估；相对运动变化（运动偏心）产生齿轮切向误差，它以公法线长度变动ΔFw来评估。

现分别加以讨论：

①齿轮径向误差。

齿轮径向误差是指滚齿时，由于齿坯回转轴线与齿轮工作时回转轴线不重叠（浮现几何偏心），使所切齿轮轮齿发生径向位移而引起齿距累积误差（图6-16）。

从图6-32可以看出，O为切齿时齿坯回转中心，O′为齿坯基准孔几何中心（即齿轮工作时回转中心）。

滚齿时，齿轮基圆中心与工作台回转中心重叠于O，这样切出各齿形相对基圆中心O分布是均匀（如图中实线圆上P1＝P2），但齿轮工作时是绕基准孔中心O′转动（假定安装时无偏心），这时各齿形相对分度圆心O′分布不均匀了（如图中双点划线圆上P1′≠P2′）。

显然这种齿距变化是由于几何偏心使齿

廓径向位移引起，故又称为齿轮径向误差。

②齿轮切向误差：

齿轮切向误差是指：

滚齿时因滚齿机分齿传动链误差，引起瞬时传动比产生不稳定，使机床工作台不等速旋转，工件回转时快时慢，所切齿轮轮齿沿切向发生位移所引起齿距累积误差。

如图6-17所示。

由图6-17可以看出，当轮齿浮现切向位移时，图中每隔一齿所测公法线长度是不等。

如2、8齿间公法线长度明显不不大于4、6齿间公法线长度。

据此可以看出，通过公法线长度变动ΔFw可以反映出齿轮齿距累积误差（切向某些），因而在生产中公法线长度变动可以作为评估齿轮传递运动精确性指标之一。

机床工作台回转误差，重要取决于分齿传动链传动误差。

在分齿传动链各传动元

件中，影响传动误差最重要环节是工作台下面分度蜗轮。

分度蜗轮在制造和安装中产生

齿距累积误差，使工作台回转时发生转角误差，这些误差将直接地复映给齿坯使其产生齿

距累积误差。

影响传动误差另一重要环节是分齿挂轮，分齿挂轮制造和安装误差，也会以较大比例传递到工作台上。

为了减少齿轮切向误差，重要应提高机床分度蜗轮制造和安装精度。

对高精度滚齿

机还可通过校正装置去补偿蜗轮分度误差，使被加工齿轮获得较高加工精度

⑵影响齿轮工作平稳性加工误差分折

影响齿轮工作平稳性重要误差是齿形误差、基节偏差等。

1）齿形误差

1

滚齿后常用齿形误差，如图5－27所示。

其中齿面出棱、齿形不对称和根切，可直接看出来；而齿形角误差和周期误差需要通过仪器才干测出。

应当指出，图6-18所示误差是齿形误差几种单独体现形式，实际齿形误差常是上述几种形式叠加。

②齿形误差产生重要因素是：

滚刀在制造、刃磨和安装中存在误差，另一方面是机床工作台回转中存在小周期转角误差。

下面分析这些误差对齿形误差影响。

齿面出棱重要因素滚齿时齿面有时出棱，其重要因素是：

滚刀刀齿沿圆周等分性不好和滚刀安装后存在较大径向圆跳动及轴向窜动等。

由图5－28看出，刀齿存在不等分误差时，各排刀齿相对精确位置有超前有滞后，这种超前与滞后使刀齿上切削刃偏离滚刀基本蜗杆螺纹表面。

因而，在滚切齿轮过程中，就会浮现“过切”和“空切”而产生齿形误差。

图5－28c是从图5－28b中取出三个刀齿位置加以放大示意图。

图中双点划线表达无等分误差时刀齿位置（和渐开线齿面相切）；实线表达有等分误差时，刀齿2因滞后而引起刃口“空切”和刀齿3因超前而引起刃口“过切”状况。

刀齿等分性误差愈大，这种“空切”和“过切”愈严重，齿面出棱愈明显。

刀齿等分性误差对不同曲率渐开线齿形影响是不同，齿形曲率愈大（即齿轮基圆愈小）影响愈大，这也就是齿数少小齿轮为什么齿面易出棱缘故。

滚刀安装后，如果存在较大径向圆跳动或轴向窜动，滚刀刀齿面同样会产生“过切”或“空切”使齿面出棱。

产生齿形角误差重要因素齿轮齿形角误差重要决定于滚刀刀齿齿形角误差。

滚刀刀齿齿形角误差，由滚刀制造时铲磨刀齿产生齿形角误差和刃磨刀齿前刀面所产生非径向性误差及非轴向性误差而引起。

刀齿前刀面非径向性误差对齿形误差影响，如图5－29所示。

精加工所用滚刀前角普通为0°（即刀齿前刀面在径向平面内），刃磨不好时会浮现前角（正或负）。

由于刀齿侧背面经铲磨后具备侧后角，因而刀齿前角误差必然引起齿形角变化。

前角为正时，齿形角变小，切出齿形齿顶变肥（图5－29a）；前角为负时，齿形角变大，切出齿形齿顶变瘦（5－29b）。

刀齿前刀面非轴向性误差，是指直槽滚刀前刀面沿轴向对于孔轴线平行度误差（图6-21）。

这种误差使各刀齿偏离了对的齿形位置，并且刀齿左右两侧刃偏离值不等，这样既产生轴向齿距偏差，又引起齿形歪斜。

产生齿形不对称重要因素滚齿时，有时浮现齿形不对称误差，除了刀齿前刀面非轴向性误差影响外，重要是滚齿时滚刀对中不好。

滚刀对中是指滚齿时滚刀所处轴向位置应使其一种刀齿（或齿槽）对称线通过齿坯中心（图6-22）。

滚刀对中了，切出齿形就对称；反之则引起齿形不对称。

滚刀包络齿面刀齿数愈少，工件齿形愈大且齿面曲率愈大时，齿形不对称愈严重。

故对于模数较大且齿数较少齿轮，滚齿前应认真使滚刀对中。

产生齿形周期误差重要因素滚刀安装后径向圆跳动和轴向窜动、机床分度蜗轮副

中分度蜗杆径向圆跳动和轴向窜动都是周期性误差，这些都会使得滚齿时浮现齿面凸凹

不平周期误差。

③减少齿形误差办法：

从以上分析可知，影响齿形误差重要因素是滚刀制造误差、安装误差和机床分齿传动链中蜗杆误差。

为了保证齿形精度，除了依照齿轮精度级别对的地选取滚刀和机床外，要特别注意滚刀重磨精度和安装精度。

2）基节偏差

在滚齿加工时，齿轮基节应等于滚刀基节。

滚刀基节：

pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0

式中pb0—滚刀基节；

pn0一滚刀法向齿距；

pt0—滚刀轴向齿距；

α0—滚刀法向齿形角；

λ0—滚刀分度圆螺旋升角，普通很小，故cosλ0≈1。

由此可以看出，要减少基节偏差，滚刀制造时应严格控制轴向齿距及齿形角误差；对

影响齿形角误差和轴向齿距误差刀齿前刀面非径向性误差和非轴向性误差，也应加以控

制。

3）影响齿轮接触精度加工误差分析齿轮接触精度受到齿宽方向接触不良和齿高方向接触不良影响。

影响齿高方向接触不良重要因素是齿形误差Δff和基节偏差Δfpb，影响齿宽方向接触不良重要因素是齿轮齿向误差ΔFβ，此处只分析影响齿向误差ΔFβ重要因素。

齿向误差ΔFβ是指在分度圆柱面上，齿宽工作某些范畴内，包容实际齿线且距离为最小两条设计齿线之间端面距离。

滚齿加工中引起齿向误差重要因素如下：

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，齿轮会产生齿向误差（图5-32）。

②由于夹具支承端面与回转轴线垂直度误差，或齿坯孔与定位端面垂直度误差（图5-33）等工件装夹误差均会导致被切齿轮齿向误差。

③滚切斜齿轮时，除上述影响因素外，机床差动挂轮误差，也会影响齿轮齿向误差。

2插齿及与滚齿工艺特点比较

⑴插齿原理与运动

插齿也是生产中普遍应用一种切齿办法。

1）插齿原理：

从插齿过程原理上分析，插齿刀和工件相称于一对轴线互相平行圆柱齿轮相啮合，插齿刀就县一种磨有前、后角具备切削刃高精度齿轮。

2）插齿重要运动（图5-34）：

1）切削运动。

插齿刀上下往复运动。

2）分齿展成运动。

插齿刀与工件间应保持对的啮合关系。

插齿刀每往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过弧长为加工时

圆周进给运动，故刀具与工件啮合过程也就是圆周进给过程。

3）径向进给运动。

插齿时，为逐渐切至全齿深，插齿刀应有径向进给运动fr。

4）让刀运动。

插齿刀作上下往复运动时，向下是工作过程。

为了避免刀具擦伤已加工齿面并减少刀齿磨损,在插齿刀向上运动时,工作台带动工件沿径向退出切削区一段距离，插齿刀工作行程时，工件恢复原位。

在较大规格插齿机上，让刀运动由插齿刀刀架部件来完毕。

⑵插齿与滚齿工艺特点比较

插齿与滚齿同为惯用齿形加工办法，它们加工精度和生产率也大体相称。

但在精度指标、生产率和应用范畴等方面又各自有其特点。

现分析比较如下：

1）插齿加工质量：

1）插齿齿形精度比滚齿高。

这是由于插齿刀在制造时，可通过高精度磨齿机获得精准渐开线齿形。

2）插齿后齿面粗糙度值比滚齿小。

其因素是插齿圆周进给量普通较小，插齿过程中包络齿面切削刃数较滚齿多，因而插齿后齿面粗糙度值小。

3）插齿运动精度比滚齿差。

由于在滚齿时，一船只是滚刀某几圈刀齿参加切削，工件上所有齿槽都是这些刀齿切出；而插齿时，插齿刀上各刀齿顺次切削工件各齿槽，因而，插齿刀上齿距累积误差将直接传给被切齿轮；此外，机床传动链误差使插

齿刀旋转产生转角误差，也使得插齿后齿轮有较大运动误差。

4）插齿齿向误差比滚齿大。

插齿齿向误差重要决定于插齿机主轴往复运动轨迹与工作台回转轴线平行度误差。

插齿刀往复运动频率高。

主轴与套筒磨损大，因而插齿齿向误差常比滚齿大。

2）插齿生产率：

切制模数较大齿轮时，插齿速度要受插齿刀主轴往复运动惯性和机床刚性制约，切削过程又有空程时间损失，故生产率比滚齿加工要低。

但在加工小模数、多联齿、齿宽窄齿轮时，插齿生产率会比滚齿高。

3）插齿应用范畴：

从上面分析可知，插齿适合于加工模数小、齿宽较小、工作平稳性规定较高而运动精度规定不太高齿轮。

特别合用于加工内齿轮、多联齿轮中小齿轮、齿条及扇形齿轮等。

但加工斜齿轮需用螺旋导轨，不如滚齿以便。

五、圆柱齿轮加工工艺过程

加工一种齿轮大体要通过齿坯加工、齿形加工、热解决齿形精加工等四个重要环节。

齿轮齿端加工方式有：

倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺四种方式。

经倒圆、倒尖、倒棱后齿轮（图5-35）。

沿轴向移动时容易进入啮合。

齿端倒圆应用最多，图5-36是表达用指状铣刀倒圆原理图。

倒圆时，齿轮慢速旋转，指状铣刀在高速度旋转同步沿齿轮轴向作往复直线运动。

齿轮每转过一齿，铣刀往复运动一次，两者在相对运动中即完毕齿端倒圆。

同步由齿轮旋转实现持续分齿，生产率较高。

齿端加工应安排在齿形淬火之迈进行。