圓柱齒輪的加工課件

第一節概述

一、圓柱齒輪的功用及結構特點圓柱齒輪是傳遞運動和動力的重要零件，在一般的減速箱或變速箱中，約占零件總數的60%以上，圖5-1為常見的結構類型。圓柱齒輪的加工二、圓柱齒輪的傳動精度要求1、傳遞運動的準確性齒輪在一轉內,主動與從動齒輪相對運動準確協調。2、傳遞運動的平穩性在傳遞運動過程中,瞬時傳動比變化小,工作平穩,振動小,噪音低。3、載荷分布均勻要求齒輪嚙合時,齒面接觸良好,以免使齒面承受載荷不均,造成齒面局部磨損,影響齒輪的使用壽命。4、傳動側隙齒輪嚙合時,非工作齒間應有一定的間隙,以便儲存潤滑油,補償彈性變形,熱變形,以及齒輪傳動裝置的制造和安裝誤差。但側隙過大,特別是反轉時會引起較大的換向沖擊,產生噪聲。三、圓柱齒輪的材料與毛坯1、鑄鋼:直徑大而形狀復雜,強度高及承受沖擊載荷的齒輪,一般用:Z35,Z40Z50鑄鋼件。要求耐磨,承受沖擊載荷的齒輪,用:35SiMn、40Cr、

35CrMo鑄造毛坯。2、鍛鋼:對強度有一定要求,結構簡單的齒坯,一般用45,40Cr,或40MnB等合金鋼鍛坯。3、鑄鐵:受力小,無沖擊的低速齒輪常用HT15-32,HT20-40等牌號的灰口鑄鐵鑄造毛坯。4:棒料:一些受力小,尺寸小,不重要的齒輪,可直接用棒料做毛坯。第二節圓柱齒輪工藝過程特點一、齒輪的主要技術條件齒形的加工精度和齒側間隙,齒圈主要表面的尺寸精度和表面相互位置精度,表面粗糙度及熱處理。二、圓柱齒輪主要的加工階段(一)齒坯的加工1、單件小批生產齒坯在普通車床上,采用“兩次調頭,四次裝夾”的方法加工。即:三爪卡盤裝夾小外圓,粗車大端面,大外圓和孔—調頭,裝夾大外圓,粗車小端面,小外圓和臺階面。調質--裝夾大外圓,精車小端面,小外圓和臺階面,調頭,裝夾小外圓,精車內孔,大端面,大外圓。這齒輪坯的加工方案,既遵循粗,精分開原則,又在一次裝夾中精加工出孔,大外圓和大端面,保證了它們之間的位置精度.至于小端面對內孔軸線的位置精度,則可以大端面定位,磨小端面來保證,也可采用內孔心軸定位,一次精車大,小端面和大外圓來保證。對于不是階梯外圓的齒輪坯如光套式的,其加工方法與軸承套的加工方法類似。2、成批生產

齒輪坯則采用(鉆)-車-拉-車,方案；3、大批大量生產

齒輪坯則采用(鉆)--拉-多刀車方案。(二)齒形加工1、成形法1)模數銑刀銑齒,加工精度一般9級,生產率低.2)齒輪拉刀拉齒,加工精度高,成本高,生產率高。2、展成法1)滾齒,8~7級,生產率高,通用性大,精密滾齒機結合高精度滾刀,滾齒精度可6-5級.2)插齒,9-7級,最高可達6級,生產率高,通用性大；3)銻齒,7-5級,生產率高,主要用于加工滾,插后,沒有淬火的齒輪.

4)冷擠齒,加工精度8-6級,生產率高于剃齒,成本低,屬無切屑加工,可代替剃齒。5)珩齒,加工精度7-6級,多用于剃齒后,齒面高頻淬火后的齒形精加工。6)磨齒,加工精度7-3級,生產率一般較低,加工成本高,多用于齒面淬硬后的精加工。三、定位基準的選擇(一)齒坯加工時的定位基準1、精基準:內孔(外圓)與端面；2、粗基準:毛坯外圓與端面。(二)齒形加工時的定位基準

1、外圓與端面:需找正,生產率低,無需專用心軸,多用于單件小批生產。2、內孔與端面:符合基準重合,基準統一的原則,定位精度高,不需找正,生產率高,多用于大批大量生產。四、齒形加工方案主要根據生產綱領,加工精度,熱處理等影響因素進行確定。1、8-7級精度,不淬火的齒輪,插齒,滾齒即可。2、7-6級精度,不淬火的齒輪(插齒)滾齒-剃齒。3、7-6級精度,淬火的齒輪,單件小批生產,(插齒)滾齒-齒面熱處理—修整定位基準-磨齒。大批大量生產,滾齒-剃齒-齒面熱處理—修整定位基準-珩齒。4、6-5級,淬火,成批生產的齒輪:粗滾齒-精滾(插)齒-齒面熱處理-修正基準-磨齒。(五)齒端加工倒圓,倒尖,倒棱和去毛刺等,主要是換檔時,便于軸向滑動嚙合。第三節圓柱齒輪工藝過程舉例一、花鍵齒輪的工藝過程花鍵齒輪的零件圖如圖5-2所示:精度等級8-7-7HL,模數8,齒數35,小端面,裝配基面對花鍵外圓軸線的跳動允差0.02mm,齒面粗糙度Ra0.8μm,內花鍵頂圓表面粗糙度Ra1.6μm,齒面滲碳淬火HRC58-62,材料20CrMnTi,中批生產。圖5-2序號工序內容機床01下料鍛坯正火02粗車,以Φ298外圓及端面D為粗基準,加工Φ130外圓及B,C端面;以Φ130外圓及B端面作為精基準,加工Φ298外圓及端面D,Φ82孔及E端面。

普車

03半精車,以Φ298外圓及端面D為基準,加工Φ130外圓及B,C端面;以Φ130外圓及B端面作為精基準,加工Φ298外圓及端面D,Φ82孔及E端面。

普車

04以Φ82孔及E端面定位,拉花鍵孔.拉床05精車,以花鍵孔外徑定位精車Φ298外圓及B,E兩端面。

車床06用鉆模鉆減重孔。鉆床07滾齒,以花鍵孔及E端面定位,粗,精滾齒。滾齒機08鉗工去毛刺。09齒面滲碳淬火。10用推刀精整花鍵孔。壓力機11以花鍵孔外徑定位光車B,E兩端面。車床12磨齒,以花鍵孔及E端面定位磨齒面。

磨齒機13檢驗,按設計圖檢驗所有尺寸。鉗工臺三、小齒輪的工藝過程小齒輪如圖5-4所示，其主要技術要求:精度等級7-6-6JL，模數3,齒數42,齒頂圓、兩端面對Φ75+0.03內孔軸線的跳動公差0.05,齒面粗糙度Ra0.8μm,Φ75+0.03內孔粗糙度Ra0.8μ，兩端面粗糙度Ra1.6μm。齒坯調質HB220-240,齒部高頻淬火HRC50-55,齒端倒圓.小批生產,其工藝過程如下:圖5-4第四節齒形加工一:齒形加工方法分類1:按加工原理不同進行分類成形法:用與被加工齒輪齒間形狀完全相同的成形刀具,直接切出漸開線齒形的方法.如銑齒,成形法磨齒等.展成法:用齒輪刀具與被加工齒輪作嚙合傳動的過程中包絡出漸開線齒形的方法.如插齒,滾齒等.2:按加工精度不同進行分類齒形加工方法:在齒坯上形成漸開線齒形的加工方法.如銑齒,插齒和滾齒.齒形精加工方法:在形成的齒形的基礎上,作進一步的加工,以提高齒面的精度,降低表面粗糙度的加工方法.如剃齒,珩齒和磨齒等.二:齒形加工方法(一):銑齒1:概述在普通銑床上加工齒形,屬于成形法,加工精度可達9級,表面粗糙度Ra6.3–3.2μm.2:銑齒方法在普通銑床上加工齒形的方法如圖5-5所示:3:銑齒要求1):銑齒刀的模數,壓力角必需與被加工齒輪的模數,壓力角一致.2):模數m<8,;一般用盤銑刀加工:模數m>8,用指狀銑刀加工.如圖5-6所示：圖5-5圖5-63)銑刀分號由于相同模數而齒數不同的齒輪,其分度圓,基圓直徑均不相同,因而其齒形也不相同.若每一模數的每一齒數的齒輪都制備一把銑刀,既不經濟也不便于管理.因此,同一模數的齒輪銑刀,一般只制作8把,分為8個刀號,分別用以銑削一定齒數范圍內的齒輪.刀號12345678齒數:12-13,14-16,17-20,21-25,26-34,35-54,55-134,>1354:銑齒加工范圍1):銑直齒圓柱齒輪2):銑螺旋齒圓柱齒輪為使銑刀的回轉平面與螺旋槽的切線方向一致,須將工作臺由原來的位置板轉β角(齒輪的螺旋角).如圖5-7所示：當齒輪的螺旋槽為右旋時,工作臺逆時針板轉;當齒輪的螺旋槽為左旋時,工作臺順時針板轉.為銑出螺旋槽,工件沿軸向移動一個導程的同時,必須繞自身軸線旋轉一周.其傳動關系如圖5-7所示:圖5-73):銑齒條

銑削方法如圖5-8所示：5:銑齒的工藝特點1):加工成本低，使用普通銑床，銑齒刀和一般的銑刀結構上類似，機床及刀具費用低，因此，銑齒的加工成本低，2):加工精度低，銑齒使用通用分度頭，分度精度低；銑刀分號后，同組圖5-8(二):插齒1:插齒在插齒機上進行,插齒屬于展成法,加工精度為8~7級,Ra1.6μm.2:插齒刀插齒刀實際上是一個精度很高的圓柱齒輪,周面呈圓錐形,以形成輪齒刀刃的后角;端面呈凹錐形,以形成前角.齒頂高比標準圓柱齒輪大0.25mm,以保證插削的圓柱齒輪在嚙合時有齒側間隙.如圖5-9所示：3):生產效率低.每銑一個齒槽都必須消耗：對刀、銑削、切出、退刀、分度、再銑另外一個齒槽，不能連續銑削，因此，銑齒的生產效率低.只有齒數最少的可獲得準確的齒形，其余只能獲得近似的齒形。因此銑齒的加工精度低，。圖5-93:插齒運動1):主運動插齒刀的上下往復運動.向下為切削行程,向上為空回程.2):分齒運動插齒刀與被加工齒輪被強制的按照傳動速比保持嚙合關系的運動.3：插齒運動如圖5-10所示：3):圓周進給運動為分齒運動過程中,插齒刀每上下往復一次.其分度圓周轉過的弧長.4):徑向進給運動指插削開始階段,插齒刀每上下往復一次,徑向移動的距離.以逐漸插至全齒深.5)讓刀運動為避免插齒刀回程時,擦傷已加工表面,應使工作臺沿徑向讓開一段距離,當插削行程開始時,工作臺再恢復原位.這種工作臺短距離的往復移動稱為讓刀運動.4:齒坯的安裝安裝方式如圖5-11所示:1):內孔定心,端面定位2)外圓定心,端面定位5:插齒工作范圍1)插直齒輪，如圖5-12所示：2):插螺旋齒輪插齒刀作上下往復插削運動時需要一個附加的轉動依靠增加螺旋導軌來實現.刀-工之間螺旋角相等方向相反如圖5-13所示：圖5-12圖5-11圖5-133):插削齒條需安裝專用夾具,在插削時,帶動齒條作直線移動.如圖5-14所示:(三):滾齒1:滾齒在滾齒機上進行,滾齒屬于展成法,加工精度為:8~7級表面粗糙度Ra3.2~1.6μm.2:滾齒刀1):外形呈蝸桿狀.實際上是一個齒數很少的螺旋齒輪,多為單線右旋.2):刀齒的形成在滾刀的圓柱面上開若干條溝槽,以形成刀齒并容納切屑.圖5-14:當滾刀的螺旋升角Ψ>5o時,沿螺旋齒面法向開槽,當滾刀的螺旋升角Ψ<5o時,沿軸向開槽.3):刀齒角度頂刃前角γο=0°,頂刃后角αο=10°~12°,并經成形刀具鏟背,以便刃磨前刀面時,齒形不變.如圖5-15所示：3:滾齒運動1):主運動滾刀的高速回轉運動.2):分齒運動滾刀與被加工齒坯被強制的按照傳動速比保持嚙合關系的運動.圖5-153):垂直進給運動

工作臺每轉一周,滾刀沿被切齒輪軸向的向下移動.為使滾刀在整個齒寬上切出漸開線齒形.4):徑向進給運動手搖工作臺控制,模數小的齒輪可一次滾至全齒深,模數大的齒輪可兩到三次滾至全齒深.如圖5-16所示：4:滾齒工作范圍1):滾切直齒圓柱齒輪滾刀螺旋齒的切線方向應與被加工齒輪的齒向一致.因此,滾刀軸相對水平面應板轉Ψ角.即滾刀的螺旋升角.如圖5-17所示：圖5-162):滾切螺旋圓柱齒輪如藍線圖所示:右旋滾刀滾切右旋齒輪,刀軸板轉β–Ψ角;右旋滾刀滾切左旋齒輪,刀軸板轉β+Ψ角.如圖5-18所示：3):滾切蝸輪則要求蝸輪滾刀的模數m,壓力角α,螺旋升角Ψ及螺旋齒的旋向應于被切蝸輪相嚙合蝸桿的完全一致.圖5-17圖5-185:滾齒與插齒的比較1):加工精度滾齒與插齒的加工精度大致相當,但插齒的分齒精度略低于滾齒,而滾齒的齒形精度略低于插齒.這是因為,插齒刀的制造誤差,安裝誤差,及刀軸的回轉誤差將使插齒刀在旋轉一轉的過程中引起被插齒輪的分齒不均;而滾刀的制造誤差,安裝誤差,及刀軸的回轉誤差將使滾刀在旋轉一轉的過程中引起齒形誤差.2):齒面粗糙度插齒的齒面粗糙度略低于滾齒.因插齒刀沿輪齒全長連續切削,且可調整圓周進給量使形成齒形包略線的數目較多,故可降低齒面粗糙度.而滾齒的輪齒全長由滾刀刀齒多次斷續切出的圓弧面組成,且滾齒形成齒形包絡線的切線數目滾刀

開槽數目的限制,故Ra值略大.3):滾齒的生產率一般高于插齒.滾齒為連續切削,而插齒則有空回程,往復運動的速度提高受到限制.4):一定模數和壓力角的滾刀和插齒刀,可對相同模數和壓力角的不同齒數的齒輪進行加工,但螺旋插齒刀與被切螺旋圓柱齒輪還必須螺旋角相等方向相反.蝸輪滾刀的有關參數必須與被切蝸輪相嚙合的蝸桿完全一致.5):滾齒和插齒在單件小批量及大批大量生產中均廣泛使用.三:齒形精加工方法(一):剃齒在剃齒機上進行,主要用于加工插齒或滾齒后,沒有淬火的齒輪,加工精度可達7~6級,表面粗糙度Ra0.8~0.4μm.1:剃齒刀實際上是一個精度很高的圓柱齒輪,在齒面上開有許多小溝槽,以形成切削刃并容納切屑.如圖5-19所示：圖5-192:剃齒原理剃齒屬于“自由嚙合的”展成法加工.其加工原理如圖5-20所示:工件軸線與剃齒刀軸線有一夾角β,剃齒刀高速旋轉,在齒面A點的圓周線速度VA可分解為:沿齒輪圓周切線方向的分速度VAn,,與沿齒輪軸線方向的分速度VAt,Van帶動工件回轉;Vat在齒面上滑動,即剃齒速度.剃齒刀往復回轉以剃削兩個側面;工作臺帶動被剃削齒輪作往復直線運動,以剃削整個齒寬,每個往復行程終了時,剃齒刀須作徑向進給運動,進給量一般為0.02-0.04mm/str,多次剃削,剃去全部余量.圖5-20剃齒主要是提高齒形精度和齒向精度,降低齒面粗糙度,不能修正分齒誤差.可在插齒或滾齒的基礎上提高一個精度等級.生產率很高,多用于大批大量生產.剃齒余量一般為0.08-0.12mm,模數小的取小值,反之取大值.(二):珩齒在珩齒機上進行,其加工原理與剃齒相同.珩磨輪的轉速較高(1000-2000r/min),是一種齒面的光整加工方法.Ra0.4–0.2μm.珩磨輪用金剛砂和白剛玉磨料與環氧樹脂等材料,混合后,燒結而成.如圖5-21所示：圖5-21m>4,帶鋼齒心;m<4,不帶鋼齒心.由于珩齒,對修正齒形,和齒向誤差的作用不大,因此,多用于消除淬火后的氧化皮和輕微磕碰的傷痕與毛刺,有效降低表面粗糙度,適當減小齒輪噪音.(三)磨齒在磨齒機上進行,是高精度齒形的精加工方法.加工精度可達6~4級,甚至達3級,齒面粗糙度Ra0.4~0.2μm.可磨削淬火不淬火的齒輪,又分展成法磨齒和成形法磨齒.1:展成法磨齒又分錐形砂輪磨齒和雙碟形砂輪磨齒.這里主要介紹錐形砂輪磨齒.如圖5-22所示:砂輪的磨削部分修整成與被磨削齒輪相嚙合的假想齒條的齒形.磨削時,強制砂輪與被磨削齒輪保持齒條與齒輪的嚙合傳動關系,使砂輪的錐面包