數(shù)控技術畢業(yè)設計（論文）設計直齒圓柱齒輪的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備

1、 畢業(yè)設計部分裝訂目 錄前言任務書開題報告緒論第一章 零件圖（1張）第二章 毛坯圖（1張）第三章 機械加工工藝卡片第四章 直齒圓柱齒輪的設計4.1齒輪的基礎知識.4.2齒輪材料的合理選擇.4.3影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分析.第五章 直齒圓柱齒輪的工藝分析5.1軸類零件加工的工藝路線.5.2齒輪加工方法.5.3齒輪加工方案選擇及使用要求.5.4齒輪加工工藝過程.設計總結(jié).感謝語參考文獻.浙江同濟科技職業(yè)學院2008級數(shù)控技術專業(yè)畢業(yè)設計任務書設計題目：設計直齒圓柱齒輪的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備。完成設計內(nèi)容：1、零件圖1 張；2、毛坯圖1 張；3、機械加工工藝卡片（或工藝過程卡片和工序卡片

2、）1 套；4、夾具總裝圖1 張；5、夾具主要零件圖若干張；6、畢業(yè)設計說明書1 份。設計時間安排：2010年3月2010年6月。其中校內(nèi)完成36周，安排在最后階段，其余設計工作利用畢業(yè)實習時間和業(yè)余時間完成。專 業(yè) 班 級 數(shù)控08-01設 計 者 指 導 老 師 教研室主任 2011年2月2011年6月浙江同濟科技職業(yè)學院畢業(yè)設計開題報告書 機 電 系 數(shù) 控 技 術 專業(yè) 學生姓名郎銘班級數(shù)控08-01學號45課題名稱數(shù)控加工藝及編程、加工（直齒圓柱齒輪機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設計）課題準備情況 通過工件的圖樣和技術要求，結(jié)合參考文獻中的資料進行前期的工藝分析，機床選擇、刀具選擇，參照工

3、件圖紙尺寸的精度與表面粗糙度的要求，設定加工工序，刀具的切削，工件的裝夾方案，以及工步劃分加工余量的選擇。之后通過圖樣的尺寸標注來進行工件的程序編寫。 思路和方法思路：1、根據(jù)工件圖樣，分析工件的結(jié)構(gòu)和尺寸以及技術要求，制定加工工藝。2、通過工件的結(jié)構(gòu)和尺寸確定選用的機床型號。3、選擇制作該工件選用的刀具。 4、編寫機床操作程序。方法：通過在頂崗實習期間的前期準備，確定一系列的工件制作步驟，在課程設計的最后階段，在學校通過實物操作加工出課題的工件。 擬重點解決的問題1、編寫程序前應考慮到工件的尺寸和結(jié)構(gòu)，來確定毛胚的大小。2、編寫程序前，應選擇適當?shù)臄?shù)控刀具（根據(jù)工件加工要求、材料性能、切削用

4、量、機床特性等因素，正確選擇刀具的刀具類型、刀具材料、刀具幾何參數(shù)，并使刀具安裝調(diào)整方便等）3、編寫工件制作程序時，應考慮到該工件的設計工藝，合理確定刀具切削運動過程中主運動、進給運動的大小，即合理選用切削速度、背吃刀量及進給量，以滿足加工質(zhì)量要求，充分發(fā)揮加工潛能，力求降低加工成本。4、考慮好設計工藝后，要注意加工出工件圖樣后要進行刀具補償，從而把毛胚周邊多余出來的部分切除。5、工件表面粗糙度的要求。計劃進度1、在頂崗實習階段的前段時間，尋找和準備課題所需要的資料以及對于此工件的前期操作，首先根據(jù)該工件的圖樣、尺寸標注、表面粗糙度的要求來綜合確定加工該工件的機床，繼而確定加工刀具。根據(jù)工件圖

5、樣的尺寸來確定工件毛胚的尺寸（毛胚的長高寬）。然后通過工件尺寸來確定裝夾該工件的裝夾工具的選用。最后根據(jù)機床來確定加工時機床的加工速度（刀具的進給量）。2、在確定了工件毛胚以及刀具、加工進給量后，開始編寫工件的加工程序。3、在頂崗實習期間熟悉fanuc系統(tǒng)的操作方法。4、在學校的最后階段中完成該工件的制作以及說明書的書寫。參考文獻序號 書名 出版年月 出版社 主編1、數(shù)控編程和加工2、機械制造工藝學 2006.1 機械工業(yè)出版社 王先逵3、機械制造技術課程設計指導 2009.4.29 黃河水利出版社 李永敏4、機械設計基礎 2006.7.1 機械工業(yè)出版社 張久成5、公差配合與技術測量6、機械

6、工程制圖7、機械制造基礎指導教師意見 簽名：年 月 日緒 論齒輪是機械行業(yè)量大面廣的基礎件，廣泛應用于機床，汽車，摩托車，農(nóng)機，建筑機械，工程機械，航空，兵器，工具等領域，而且對加工精度，效率和柔性提出了越來越高的要求。齒輪加工技術的發(fā)展有四個階段，分別是：公元前400-200年的手工制作階段，18世紀后的機械仿形階段，19世紀后的機械范成加工階段以及20世紀80年代至今的數(shù)控技術加工階段。齒輪現(xiàn)在在國內(nèi)絕大部分仍采用普通機床加工，精度難以提高。據(jù)有關資料顯示，到1995年底，我國擁有齒輪機床79485臺，其中數(shù)控齒輪加工機床僅385臺。齒輪加工機床設備陳舊，其中53的機床已使用16年以上，已

7、使用了615年的機床占31，只有不到16的機床使用年限不到15年。而對齒輪特別是汽車齒輪制造要求也不斷提高，在我國，由于齒輪的質(zhì)量不能達到圖紙要求，致使齒輪箱噪音大，壽命短，從而嚴重制約了整機的質(zhì)量，這點在汽車行業(yè)表現(xiàn)得尤為嚴重。為了滿足對齒輪加工中質(zhì)量和加工效率得要求，從1995年以來大量進口數(shù)控齒輪加工機床。近幾年，齒輪加工技術在發(fā)展的過程中涌現(xiàn)了一些新工藝：磨料流光整加工工藝，磨-珩聯(lián)合工藝。相信在不久的將來，齒輪加工技術必定會朝著數(shù)控化、智能化、高速化、集成化、環(huán)保化的方向發(fā)展。本文主要介紹磨齒技術的應用。磨齒加工技術最新發(fā)展現(xiàn)狀采用磨齒加工的齒輪具有低傳動噪音、高傳動效率和長使用壽命

8、的優(yōu)點。磨齒加工曾被認為是一種用于航空或其它高技術領域的昂貴齒輪加工手段。現(xiàn)在，由于磨齒機的效率提高了，砂輪性能也更好，高額成本得以大幅下降。由此，磨齒加工已開始大規(guī)模應用于齒輪加工中。磨齒機經(jīng)過如下的一系列的重大改進，使得效率提高了很多。（1）機載測量許多磨齒機因配備了機載測量系統(tǒng)而變得更為精確。優(yōu)于使用了在機測量，不必將齒輪從工作臺上拆卸下來送到其它地方去檢測，避免了再加工時的二次安裝誤差。加工時，先由機載測量系統(tǒng)初步分析齒輪，再將實測參數(shù)與理論設計參數(shù)對比，求出所需修正量，控制系統(tǒng)采集到這些修正數(shù)據(jù)后自動調(diào)整磨齒加工狀態(tài)，然后再進行磨齒和測量。如此反復循環(huán)，直至達到所需的精度要求。一體化

9、機載測量和機載修正系統(tǒng)使現(xiàn)代磨齒機更加高效。（2）直驅(qū)電機近年來，結(jié)構(gòu)緊湊的直驅(qū)電機在砂輪主軸和齒輪工件主軸上的使用日漸增加。直驅(qū)主軸可避免傳動鏈誤差。因此，在“修砂輪磨齒輪”循環(huán)中運用直驅(qū)電機，并配以較好的砂輪和多軸聯(lián)動控制，可消除切削紋、偏畸幾何形狀、齒輪使用噪音的高頻誤差及有害振動。 （3）自動化“自動化”一詞越來越多地應用于磨齒加工特別是流程化生產(chǎn)中，包括工件安裝、換刀以及與工件流程同步的庫存分類等。自動化消除了機器空轉(zhuǎn)時間并有利于減少工序間等待時間。（4）磨齒機軟件基于windows的軟件也像應用于個人計算機一樣，廣泛應用于今天的磨齒機中（如基于windows的設計系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)）。

10、以前只能以紙繪圖，現(xiàn)在，圖形界面和算法軟件相結(jié)合的設計加修正軟件包可使齒輪幾何尺寸設計程序化和局部制造仿真化。驅(qū)動、滾珠絲杠和位置傳感器三者間的高精度閉環(huán)控制因軟件的應用而得以實現(xiàn)。許多新一代磨齒機的部件配有與驅(qū)動單元分離的位置傳感器，因而具有更高的精度和熱穩(wěn)定性。絕對式位移傳感器和絕對編碼技術保證了在高定位精度前提下，反饋數(shù)據(jù)的高速傳輸和機床傳動的穩(wěn)定性。（5）新材料砂輪先進的陶瓷結(jié)合劑砂輪和電鍍立方氮化硼（cbn）砂輪有著同樣高的生產(chǎn)效率。由于“混合顆?！毙秃铣晌镏惺褂昧诵虏牧弦约罢辰庸に嚨倪M步，提高了陶瓷結(jié)合劑砂輪的強韌性、形狀精度保持力、材料切除力和耐用性。這些優(yōu)異性能來源于高性能顆粒

11、結(jié)構(gòu)和增大的孔隙度。同時，良好的顆粒結(jié)構(gòu)減少了磨削壓力，降低了磨削溫度。（6）磨削費用的降低 如今，磨齒成本大幅下降，其原因很多，如基于模塊化設計的高性價比機型、數(shù)控系統(tǒng)、流程化生產(chǎn)等，即使是綜合了前述所有先進技術的磨齒機也比以前的機型便宜得多，大批量生產(chǎn)使單件生產(chǎn)周期比以前縮短了50%70%，損耗品（砂輪和金剛石修正器等）成本也大幅下降。第四章 直齒圓柱齒輪的設計4.1齒輪的基礎知識4.1.1齒輪機構(gòu)的特點如下： （1）齒輪機構(gòu)的優(yōu)點有：1）齒輪機構(gòu)傳遞的功率和圓周速度分別可達100000kw、300m/s。 2）齒輪機構(gòu)的傳動比恒定，壽命長，工作可靠性高。 3）齒輪機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)平行軸和不平

12、行軸之間的傳動。 （2）齒輪機構(gòu)的缺點有：1）齒輪機構(gòu)得制造成本過高。 2）齒輪機構(gòu)不適用于遠距離的傳動。 3）低精度齒輪會產(chǎn)生有害的沖擊，噪音和振動。 4.1.2齒輪的分類 從機電一體化實用手冊（見參考文獻，以下皆是）一書中我們了解到：齒輪的傳動是通過輪齒之間的相互嚙合來實現(xiàn)直接接觸的傳動方法。這種傳動方法的傳動比精確、傳遞功率較大。齒輪傳動要滿足瞬時傳動比保持不變，則兩輪的齒廓不論在何處接觸，過接觸點的公法線必須與兩輪的連心線交于固定的一點。 外嚙合齒輪 直齒輪 內(nèi)嚙合齒輪 齒輪齒條嚙合平行軸 斜齒輪 直齒圓錐齒輪 相交軸圓錐齒輪 螺旋齒圓錐齒輪 齒輪傳動 蝸輪與蝸桿 交錯軸 準雙曲面齒輪

13、 同心軸行星齒輪 圖4-1 齒輪的分類4.1.3共軛齒廓的重要一種-漸開線齒廓齒輪通過這段時間的考查與探討，我們得出以下一些結(jié)論： （1）發(fā)生線沿基圓滾過的長度，等于基圓上被滾動過的圓弧長。 （2）漸開線上任意一點的法線必與基圓相切；漸開線上各點的曲率半徑不相等；漸開線的形狀決定基圓的大小。 （3）基圓內(nèi)無漸開線。 圖4-2 漸開線的形成及壓力角 圖4-3 漸開線形狀與基圓大小的關系（4）漸開線齒廓嚙合的特點：1）漸開線齒輪中心距的可分性。2）嚙合角為恒定值。 （5）壓力角（ak）及展角（invak）的計算 cos (ak)=(rb)/(rk) inv(ak)=tg（ak）-(ak)4.1.4

14、標準直齒圓柱齒輪外嚙合幾何尺寸計算 （1）分度圓、模數(shù)和壓力角我們把齒輪上作為齒輪尺寸基準的圓稱為分度圓，分度圓以d表示。相鄰兩齒同側(cè)齒廓間的分度圓弧長稱為齒距，以p表示，p=d/z，z為齒數(shù)。齒距p與的比值p/稱為模數(shù)，以m表示（模數(shù)是齒輪的基本參數(shù)）。由此可知： 齒距 p = m 度圓直徑 d = m z 我們把漸開線齒廓上與分度圓交點處的壓力角a稱為分度圓壓力角，簡稱壓力角，國家規(guī)定標準壓力角a =20。（2）齒距、齒厚和槽寬齒距p分為齒厚s和槽寬e兩部分，即s + e = p =m 標準齒輪的齒厚和槽寬相等，即s = e =m/2 齒距、齒厚和槽寬都是分度圓上的尺寸。（3）齒頂高、頂隙

15、和齒根高由分度圓到齒頂?shù)膹较蚋叨确Q為齒頂高，用ha表示ha = ha*m 兩齒輪裝配后，兩嚙合齒沿徑向留下的空隙距離稱為頂隙，以c表示c = c*m 由分度圓到齒根圓的徑向高度稱為齒根高，用hf表示hf = ha + c =（ha*+c*）m 式中ha*、c*分別稱為齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)，標準齒制規(guī)定：正常齒制ha*=1、c*=0.25，短齒制ha*=0.8、c*=0.3。由齒頂圓到齒根圓的徑向高度稱為全齒高，用h表示h = ha + hf =（2ha*+c*）m 齒頂高、齒根高、全齒高及頂隙都是齒輪的徑向尺寸。表4-1 漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算公式名稱符號計算公式齒距pp = m齒

16、厚ss = m/2槽寬ee =m/2齒頂高haha = ha*m齒根高hfhf = ha + c =（ha*+c*）m全齒高hh = ha + hf =（2ha*+c*）m分度圓直徑dd = m z齒頂圓直徑dada = d + 2ha = m（z + 2ha*）齒根圓直徑dfdf = d 2hf = m（z 2ha* 2c*）基圓直徑dbdb = dcosa= mzcosa中心距aa = m（z1+z2）/ 24.2齒輪材料的合理選擇在加工之前，為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應根據(jù)實際的工作條件和材料的特點來選取。 在本文的一些條件下，對齒輪材料的基本要求是：

17、應使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術要求。 可以知道的是，常用的齒輪材料為各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。4.2.1滿足材

18、料的機械性能在加工過程中，如果齒根部受到大彎曲應力，可能產(chǎn)生齒面或齒體強度失效；如果齒面各點都有相對滑動，會產(chǎn)生磨損。 齒輪主要的失效形式有齒面電蝕、齒面膠合、齒面塑性變形和輪齒折斷等。 因此我們要求齒輪材料有高的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度，齒面要有足夠的硬度和耐磨性，芯部要有一定的強度和韌性。4.2.2滿足材料的工藝性能 材料的工藝性能是指材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力。 齒輪的制造要經(jīng)過鍛造、切削加工和熱處理等幾種加工，因此選擇材料時要特別注意材料的工藝性能。一般來說，碳鋼的鍛造、切削加工等工藝性能較好，其機械性能可以滿足一般工作條件的要求，但強度不高，淬透性較差。而合金鋼淬透性好

19、、強度高，但鍛造、切削加工性能較差。我們可以通過改變工藝規(guī)程、熱處理方法等途徑來改善材料的工藝性能。4.2.3材料的經(jīng)濟性要求在滿足使用性能的前提下，選用齒輪材料還應該注意盡量降低零件的總成本。從材料本身價格來考慮，碳鋼和鑄鐵的價格比較低廉，因此在滿足零件機械性能的前提下選用碳鋼和鑄鐵，不僅具有較好的加工工藝性能，而且可以降低成本。 從齒輪生產(chǎn)過程的耗費來考慮。首先，采用不同的熱處理方法相對加工費用也不一樣。其次，通過改進熱處理工藝也可以降低成本 。 4.2.4齒輪的材料及熱處理 材料成形原理與工藝中對齒輪材料的基本要求如下：齒面要硬,齒芯要韌易于加工及熱處理軟齒面齒輪齒面配對硬度差為30-5

20、0hbs常用的齒輪材料及其熱處理方法有：（1）中碳鋼(如45鋼)進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能較好，用于低速、輕載或中載的一些不重要的齒輪。（2）合金調(diào)質(zhì)鋼(如40cr)進行調(diào)質(zhì)或表面淬火，綜合力學性能更好，且熱處理變形小，適用于中速、中載及精度要求較高的齒輪。（3）合金滲碳鋼(如20cr，20crmnti)進行滲碳淬火或液體碳氮共滲，齒面硬度可達58hrc，且心部有較高韌性，適用于高速、中載和或有沖擊載荷的齒輪（4）鑄鐵及其他非金屬材料(如尼龍、夾布膠木等)。這些材料強度低、易加工，適用于一些輕載的齒輪。由于本文用到的齒輪材料為鋼制齒輪，因此主要介紹一下它的的熱處理方法（本篇文章的加工工藝

21、過程的選用中需要用到的熱處理方法是正火和調(diào)質(zhì)）：a.表面淬火表面淬火常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 45、 40cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為4055hrc。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高。耐磨性好；由于齒心部分未淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 b.滲碳淬火滲碳淬火常用于低碳鋼和低碳含金鋼，如 20、 20cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達5662hrc，而齒輪心部仍保持較高的韌性，輪齒的抗彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應進行磨削加工。 c.滲氮 滲氮是一種表面化學熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面

22、硬度可達700900hv。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉛、鉬、鋁等合金元素的滲氮鋼，如38crmoal等。 d.調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鑰，如45、40cr、35simn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220280hbs。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進行。e.正火正火能消除內(nèi)應力，細化晶粒，改善力學性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。 表4-2 常用齒輪材料及其力學性能類別材料牌號熱處理方法抗拉強度b/mpa屈服點s/mpa硬度hbs或hrc優(yōu)質(zhì)碳素鋼35正火5002

23、70150180hbs調(diào)質(zhì)550294190230 hbs45正火588294169217 hbs調(diào)質(zhì)647373229286 hbs表面淬火4050 hrc50正火628373180220 hbs合金結(jié)構(gòu)鋼40cr調(diào)質(zhì)700500240258 hbs表面淬火4855 hrc35simn調(diào)質(zhì)750450217269 hbs表面淬火4555 hrc40mnb調(diào)質(zhì)735490241286 hbs表面淬火4555 hrc20cr滲碳淬火后回火6373925662 hrc20crmnti10798345662hrc38crmnala滲氮980834850hv鑄鋼zg45正火580320156217 h

24、bszg55650350169229 hbs灰鑄鐵ht300300185278 hbsht350350202304 hbs球墨鑄鐵qt600-3600370190270 hbsqt700-2700420225305 hbs非金屬夾布膠木1002535 hbsv4.2.5齒輪的技術要求齒輪本身的制造精度，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動應滿足以下幾個方面的要求。 （1）傳遞運動準確性 我們要求齒輪能較準確地傳遞運動并使傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。 （2）傳遞運動平穩(wěn)性 我們要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即

25、要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。 （3）載荷分布均勻性 我們要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。 （4）傳動側(cè)隙的合理性 我們要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。 由于齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。在實際運用中：對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高；對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動用的

26、齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動和讀數(shù)機構(gòu)用的齒輪，則應嚴格控制齒側(cè)間隙，必要時，須消除間隙。 4.2.6齒輪毛坯由于齒輪毛坯的選擇取決于齒輪的材料、結(jié)構(gòu)形式與尺寸、使用條件及生產(chǎn)批量等因素。常用的齒輪毛坯有：(1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單的齒輪。（由于實際需求，本文使用的就是下料件）(2)鍛件用于重要而受力較大的齒輪。(3)鑄鋼件用于直徑大或結(jié)構(gòu)形狀復雜，不宜鍛造的齒輪。(4)鑄鐵件用于受力小，無沖擊的開式傳動的齒輪。 4.3影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分析4.3.1機械加工的階段由于齒輪的傳動精度主要決定于齒形精度和齒距分布均

27、勻性，而這與切齒時采用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的關系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達到規(guī)定的技術要求。在這個階段中除了加工出基準外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應盡量在這一階段的后期加以完成。 4.3.2齒形的加工對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的最后加工階段， 經(jīng)過這個階段就應當加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的齒輪，必須在這個階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關鍵階段。應予以特別注意。4.3.3熱處理階段在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面

28、達到規(guī)定的硬度要求。我們在齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩類熱處理工序： (1)毛坯熱處理在齒坯加工前后安排預備熱處理正火或調(diào)質(zhì)。其主要目的是消除鍛造及粗加工所引起的殘余應力，改善材料的切削性能和提高綜合力學性能。 (2)齒面熱處理齒形加工完畢后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進行滲碳淬火，高頻淬火，碳氮共滲和氮化處理等熱處理工序。4.3.4齒形的精加工階段這個階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過淬火后所引起的齒形變形，進一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達到最終的精度要求。在這個階段中首先應對定位基準面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面

29、作為基準進行齒形精加工，是很難達到齒輪精度的要求的。以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位準確可靠，余量分布也比較均勻，以便達到精加工的目的。影響齒輪傳動工作平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的齒形誤差ff和基節(jié)偏差fpb。齒形誤差會引起每對齒輪嚙合過程中傳動比的瞬時變化；基節(jié)偏差會引起一對齒過渡到另一對齒嚙合時傳動比的突變。齒輪傳動由于傳動比瞬時變化和突變而產(chǎn)生噪聲和振動，從而影響工作平穩(wěn)性精度。4.3.5加工誤差分析（1）齒形誤差 從實際操作中，我們不難發(fā)現(xiàn)：齒形誤差主要是由于齒輪滾刀的制造刃磨誤差及滾刀的安裝誤差等原因造成的，因此在滾刀的每一轉(zhuǎn)中都會反映到齒面上。常見的齒形誤差有如圖1-4所

30、示的各種形式。圖a為齒面出棱、圖b為齒形不對稱、圖c為齒形角誤差、圖d為齒面上的周期性誤差、圖e為齒輪根切。 由于齒輪的齒面偏離了正確的漸開線，使齒輪傳動中瞬時傳動比不穩(wěn)定，影響齒輪的工作平穩(wěn)性。 圖4-4 常見的齒輪誤差01.gif (25.32 kb)2008-1-22 03:22（2）基節(jié)極限偏差滾齒時，齒輪的基節(jié)極限偏差主要受滾刀基節(jié)偏差的影響。滾刀基節(jié)的計算式為： pb0=pn0cos0=pt0cos0cos0pt0cos0 式中：pb0滾刀基節(jié)； pn0滾刀法向齒距； pt0滾刀軸向齒距； 0滾刀法向齒形角； 0滾刀分度圓螺旋升角，一般很小，因此cos01。 由上式可見，為減少基節(jié)

31、偏差，滾刀制造時應嚴格控制軸向齒距及齒形角誤差，同時對影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差也要加以控制。第五章 直齒圓柱齒輪的工藝分析5.1軸類零件加工的工藝路線由于我們加工的是齒輪工件，因此，要對外圓進行加工。外圓加工的基本加工路線可歸納為四條： （1） 粗車半精車精車 對于一般常用材料，這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線。 （2）粗車半精車粗磨精磨 對于黑色金屬材料，精度要求高和表面粗糙度值要求較小、零件需要淬硬時，其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線。（3） 粗車半精車精車金剛石車 對于有色金屬，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因為有色金屬一般比較軟，容易

32、堵塞沙粒間的空隙，因此其最終工序多用精車和金剛石車。 （4） 粗車半精粗磨精磨光整加工 對于黑色金屬材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路線。 5.2齒輪加工方法為了便于我們了解齒輪加工，下面我們對齒輪加工的方法進行一個簡單的探討。齒輪加工的關鍵是齒面加工。目前，齒面加工的主要方法是刀具切削加工和砂輪磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度較高，因而是目前廣泛采用的齒面加工方法。后者主要用于齒面的精加工，效率一般比較低。按照加工原理，可分為成形法和展成法兩大類。一般情況下: a.加工直齒圓柱齒輪用插齒機 b.加工斜齒輪用滾齒機 c.加工傘齒輪用刨齒機 (滾齒機也可以加工斜

33、齒輪) 所選用的刀具由齒輪加工機床決定： a滾齒機有專用的齒輪滾刀 b插齒機有專用的齒輪插刀 c.刨齒機有轉(zhuǎn)用的齒輪刨刀 以上刀具都是標準件,可以在刀具書中選型(根據(jù)模數(shù)) 齒輪軸的加工一般用滾齒機就可以加工,選用相應模數(shù)的齒輪滾刀,不需要專門的夾具就可以加工。5.2.1成形法 成形法是采用與被切齒輪齒槽相符的成形刀具加工齒形的方法。用齒輪銑刀在銑床上加工齒輪是常用的成形法加工。（1）齒輪銑刀的選擇銑刀應選擇與被加工齒輪模數(shù)、壓力角相等的銑刀。同時按齒輪齒數(shù)根據(jù)下頁表選擇合適號數(shù)的銑刀。刀號12345678加工齒數(shù)范圍12131416172021252634355455 134135以上及齒條

34、（2）銑削方法 我們在銑削的過程中，在臥式銑床上應將齒坯套在心軸上安裝于分度頭和尾架頂尖中，對刀并調(diào)好銑削深度后開始銑第一個槽，銑完一齒退出進行分度，依次逐個完成齒數(shù)的銑削。（3）銑齒加工特點1）用普通的銑床設備，且刀具成本低。2）生產(chǎn)效率低。每切完一齒要進行分度，占用較多的輔助時間。3）齒輪精度低。齒形精度只達11-9級。 以上主要原因是每號銑刀的刀齒輪廓只與該范圍最少齒槽相吻合，而此號齒輪銑刀加工同組的其它齒數(shù)的齒輪齒形都有一定的誤差。5.2.2展成法展成法就是利用齒輪刀具與被切齒坯作嚙合運動而切出齒形的方法。主要有以下分類：（1） 插齒加工 插齒加工在插齒機上進行，是相當于一個齒輪的插齒

35、刀與齒坯按一對齒輪作嚙合運動而把齒形切成的。可把插齒過程分解為：插齒刀先在齒坯上切下一小片材料，然后插齒刀退回并轉(zhuǎn)過一小角度，齒坯也同時轉(zhuǎn)過相應角度。之后，插齒刀又下插在齒坯上切下一小片材料。不斷重復上述過程。就是這樣，整個齒槽被一刀刀地切出，齒形則被逐漸地包絡而成。因此，一把插齒刀，可加工相同模數(shù)而齒數(shù)不同的齒形，不存在理論誤差。 插齒有以下切削運動:1） 主運動 插齒刀的上下往復運動2） 展成運動 確保插齒刀與齒坯的嚙合關系的運動3） 圓周進給運動 插齒刀的轉(zhuǎn)動，其控制著每次插齒刀的切削量4） 徑向進給量 插齒刀須作徑向逐漸切入運動，以便切出全齒深。5） 讓刀運動 插齒刀回程向上時，為避免

36、與工件摩擦而使插齒刀讓開一定距離的運動插齒除適于加工直齒圓柱齒輪外，特別適合加工多聯(lián)齒輪及內(nèi)齒輪。插齒加工精度一般為7-8級。齒面粗糙度ra值為1.6m。 （2）滾齒加工滾齒是目前應用最廣的切齒方法，滾齒加工原理是滾齒刀和齒坯模擬一對螺旋齒輪作嚙合運動。滾齒刀好比一個齒數(shù)很少（一至二齒）齒很長的齒輪，形似蝸桿，經(jīng)刃磨后形成一排排齒條刀齒。因此，可把滾齒看成是齒條刀對齒坯的加工。這種方法可用一把滾齒刀加工相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪。不存在理論齒形誤差。滾齒精度一般為79級，當采用高精度滾刀和滾齒機時，可滾切5級精度的齒輪。滾齒時，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。 滾切直齒圓柱齒輪時有以下

37、運動：1）主運動 滾刀的旋轉(zhuǎn)運動。2）展成運動 是保證滾齒刀和被切齒輪的轉(zhuǎn)速必須符合所模擬的一對齒輪的嚙合運動關系。即滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)k/z轉(zhuǎn)。其中：k是滾刀的頭數(shù)，z為齒輪齒數(shù)。 3）垂直進給運動 要切出齒輪的全齒寬，滾刀須沿工件軸向作垂直進給運動滾齒加工適于加工直齒、斜齒圓柱齒輪。齒輪加工精度為8-7級，齒面粗糙度ra值為1.6m。在滾齒機上用蝸輪滾刀、鏈輪滾刀還能滾切蝸輪和鏈輪。 （3） 剃齒加工 剃齒是用剃齒刀對齒輪的齒面進行 精加工的方法。加工原理：剃齒時刀具與工件作一種自由嚙合的展成運動。安裝時，剃齒刀與工件軸線傾斜一個剃齒刀螺旋角。剃齒刀的圓周速度可以分解為沿工件齒向的切向速度

38、和沿工件齒面的法向速度，從而帶動工件旋轉(zhuǎn)和軸向運動，使刀具在工件表面上剃下一層極薄的切屑。同時，工作臺帶動工件作往復運動，以剃削輪齒的全長。 （4） 珩齒加工珩齒特點:珩齒的加工原理與剃齒相同，表面粗糙ra0.40.2m。主要作用是降低齒面粗糙度，生產(chǎn)率高，一般用于大批量加工86級精度的淬火 齒輪。（5）磨齒加工磨齒是獲得高精度齒輪最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齒輪，又可磨削淬火的齒輪。加工精度可達64級, ra0.40.2m。磨削方法分為展成磨削和成形磨削兩大類 錐形砂輪磨削單分度展成磨削 蝶形砂輪磨削展成磨削 大平面砂輪磨削 齒輪磨削 圓柱蝸桿砂輪磨削 連續(xù)分度展成磨削 球面蝸桿砂輪

39、磨削成形磨削數(shù)控成形砂輪磨削圖5-1 磨削方式的分類磨孔對于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。內(nèi)孔為斷續(xù)圓周表面（如有鍵槽或花鍵的孔）、階梯孔及盲孔時，常采用磨孔作為精加工。磨孔時砂輪的尺寸受被加工孔徑尺寸的限制，一般砂輪直徑為工件孔徑的 0.50.9 倍，磨頭軸的直徑和長度也取決于被加工孔的直徑和深度。故磨削速度低，磨頭的剛度差，磨削質(zhì)量和生產(chǎn)率均受到影響。 磨孔的方式有中心內(nèi)圓磨削、無心內(nèi)圓磨削。中心內(nèi)圓磨削是在普通內(nèi)圓磨床或萬能磨床上進行。無心內(nèi)圓磨削是在無心內(nèi)圓磨床上進行的，被加工工件多為薄壁件，不宜用夾盤夾緊，工件的內(nèi)外圓同軸度要求較高。這種磨削方法多用于磨削軸承環(huán)類型的零件

40、，其工藝特點是精度高，要求機床具有高精度、高的自動化程度和高的生產(chǎn)率，以適應大批大量生產(chǎn)。由于內(nèi)圓磨削的工作條件必外圓磨削差，故內(nèi)圓磨削有如下特點：1） 磨孔用的砂輪直徑受到工件孔徑的限制。約為孔徑的 0.59 倍，砂輪直徑小則磨耗快，因此經(jīng)常需要修整和更換，增加了輔助時間。 2） 由于選擇直徑較小的砂輪，磨削時要達到砂輪圓周速度 25-30m/s 是很困難的。因此，磨削速度比外圓磨削速度低的多，故孔的表面質(zhì)量較低，生產(chǎn)效率也不高。近些年來已制成有 100000r/min 的風動磨頭，以便磨削 12mm 直徑的孔。 3） 砂輪軸的直徑受到孔徑和長度的限制，又是懸臂安裝，故剛性差，容易彎曲和變形

41、，產(chǎn)生內(nèi)圓磨削砂輪軸的偏移，從而影響加工精度和表面質(zhì)量。 4） 砂輪與孔的接觸面積大，單位面積壓力小，砂粒不易脫落，砂輪顯得硬，工件易發(fā)生燒傷，故應選用較軟的砂輪。 5） 切削液不易進入磨削區(qū)，排屑較困難，磨屑易積集在磨粒間的空隙中，容易堵塞砂輪，影響砂輪的切削性能。 6）磨削時，砂輪與孔的接觸長度經(jīng)常改變。當砂輪有一部分超出孔外時，其接觸長度較短，切削力較小，砂輪主軸所產(chǎn)生的壓移量比磨削孔的中部時為小，此時被磨去的金屬層較多，從而形成 “喇叭口”。為了減小或消除其誤差，加工時應控制砂輪超出孔外的長度不大于 1/21/3 砂輪寬度。內(nèi)圓磨削精度可達 it7 ，表面粗糙度可達 。（6） 齒輪加工

42、的其它方法 滾制：齒輪的滾制加工有利用成形法與展成法。利用展成法的滾制是利用齒條與小齒輪、小齒輪與大齒輪、內(nèi)齒輪與小齒輪的嚙合；將淬火硬化的齒條形工具、小齒輪形工具、內(nèi)齒輪形工具按壓于齒輪輪坯，使輪坯滾動，借塑性變形加工成齒形。利用成形法的滾制是用對應于滾制齒輪的齒輪形狀的成形滾制刀具，藉特殊的滾軋加工成形齒形。 熱間鍛造：熱間鍛造的主要對象為直齒傘齒輪、螺旋傘齒輪及正齒輪，通常為以非鐵合金為材料的齒輪，可不計加熱之際發(fā)生的氧化皮時，熱間鍛造的精度及表面粗糙度不亞于機械加工。 高速鍛造：1957年由美國general dynamics公司開發(fā) 冷間鍛造：主要有利用鍛粗或鍛頭法擴大齒坯尺寸的成形

43、與減少齒坯斷面的擠出成形。 沖剪：玩具等不大要求精度的小型板齒輪常用沖剪法作成。 普通鑄造：超大型齒輪不得不用鑄造放來加工。直接將熔融的金屬注入鑄模中，凝固后取出，直接使用或機械加工后使用。 精密鑄造法：有轂模法、石膏模法等。 還有粉末冶金法、射出成形法等齒輪加工方法5.2.3齒形加工方法比較滾齒、插齒與銑齒比較 銑齒采用普通設備和簡單刀具即可加工齒形。但是只能加工119級精度、齒面粗糙度ra值為6.3m 3.2m 的齒形。 滾齒和插齒的分度精度和齒形精度均較銑齒高，可以加工6 級精度、齒面粗糙度值ra為3.2m 1.6m；滾齒和插齒是連續(xù)分度和切削 ，生產(chǎn)效率比銑齒高。用同一模數(shù)的滾到和插齒

44、刀，可以各種不同齒數(shù)的齒輪，大大減少了刀具數(shù)目，提高了經(jīng)濟效益。滾齒與插齒比較 滾齒是刀齒作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)切削、切削速度較高，插齒是刃齒作往復運動，限制了切削速度，故滾齒生產(chǎn)率比插齒烙高，滾齒機可以加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，但不能加工內(nèi)齒輪和相距太近的多聯(lián)齒輪；插齒時播齒刀沿齒全長連續(xù)切出，包絡線數(shù)量也多，而滾齒時輪齒全長是由滾刀多次連續(xù)切出，故插齒的齒面粗糙度值較??；插齒刀的制造、刃磨檢驗壁滾刀方便，易得到高精度，但插齒機分齒傳動鏈比滾齒復雜，因此，加工齒輪的精度基本一樣；插齒機可以加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪,但不能加工蝸輪。表5-1 各種齒輪加工工藝比較加工精度生產(chǎn)率齒面光潔度適用范圍滾齒通常加

45、工610，最高能達到4級較高較差通用性大，常用于加工直齒、斜齒的外嚙合圓柱齒輪和蝸桿插齒通常能加工79，最高能達到6級較高較好通用性大，適于加工內(nèi)外嚙合齒輪(包括階梯齒輪)、扇形齒輪、齒條等剃齒能加工57級精度齒輪高，24分鐘便能加工一個齒輪可達810主要用于齒輪滾插預加工后、淬火前的精加工珩齒一般用于加工68級精度齒輪低可達79多用于經(jīng)過剃齒和高頻淬火后，齒形的加工磨齒一般情況下能達到37級精度較低可達79加工成本較高，多用于齒形淬硬后的精密加工5.3齒輪加工方案選擇及使用要求5.3.1齒輪加工方案選擇由于齒輪加工方案的選擇，主要取決于齒輪的精度等級、生產(chǎn)批量和熱處理方法等。下面提出我在選擇

46、齒輪加工方案時的幾條原則，以供參考：（1）對于8級及8級以下精度的不淬硬齒輪，可用銑齒、滾齒或插齒直接達到加工精度要求。 （2）對于8級及8級以下精度的淬硬齒輪，需在淬火前將精度提高一級，其加工方案可采用：滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔。 （3）對于6 7級精度的不淬硬齒輪，其齒輪加工方案：滾齒剃齒。 （4）對于6 7級精度的淬硬齒輪，其齒形加工一般有兩種方案： 1）剃珩磨方案 滾（插）齒齒端加工剃齒齒面淬硬修正內(nèi)孔珩齒。 2）磨齒方案 滾（插）齒齒端加工齒面淬硬修正內(nèi)孔磨齒。 剃珩方案生產(chǎn)率高，廣泛用于7級精度齒輪的成批生產(chǎn)中。磨齒方案生產(chǎn)率低，一般用于6級精度以上的齒輪。 （5）對于5級及5級精度以上的齒輪，一般采用磨齒方案。