圓柱齒輪的加工工藝

1、圓柱齒輪的加工工藝齒輪的技術(shù)要求圓柱齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用極為廣泛的零件之一，其功用是按規(guī)定的速比傳遞圖5-24圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。1圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)齒輪盡管由于它們?cè)跈C(jī)器中的功用不同而設(shè)計(jì)成不同的形狀和尺寸，但總是可以把它們劃分為齒圈和輪體兩個(gè)部分。常見的圓柱齒輪有以下幾類（圖6-15）:盤類齒輪、套類齒輪、內(nèi)齒輪、軸類齒輪、扇形齒輪、齒條（即齒圈半徑無限大的圓拄齒輪）。其中盤類齒輪應(yīng)用最廣。一個(gè)圓柱齒輪可以有一個(gè)或多個(gè)齒圈。普通的單齒圈齒輪工藝性好；而雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪般只能采用插齒的小齒圈往往會(huì)受到臺(tái)肩的影響，限制了某些加工方法的使用,如果齒輪精度要求高，需要剃齒或磨齒時(shí)，通常將多

2、齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)。2圓柱齒輪的精度要求齒輪本身的制造精度，對(duì)整個(gè)機(jī)器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大影響。根據(jù)齒輪的使用條件，對(duì)齒輪傳動(dòng)提出以下幾方面的要求：運(yùn)動(dòng)精度要求齒輪能準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比恒定，即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。工作平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊、振動(dòng)和噪聲要小。這就要求限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)速比的變化要小，也就是要限制短周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差。接觸精度齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)，為了不致因載荷分布不均勻使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損，這就要求齒輪工作時(shí)齒面接觸要均勻，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置。齒側(cè)間隙要求齒輪傳動(dòng)時(shí)，非工作齒面間留有

3、一定間隙，以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時(shí)的一些誤差二、齒輪的材料、熱處理和毛坯材料的選擇齒輪應(yīng)按照使用的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對(duì)齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。一般齒輪選用中碳鋼（如45鋼）和低、中碳合金鋼，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。要求較高的重要齒輪可選用38CrMoAlA氮化鋼，非傳力齒輪也可以用鑄鐵、夾布膠木或尼龍等材料。齒輪的熱處理齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩種熱處理工序：1）毛坯熱處理：在齒坯加工前后安排預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì)，其主要目的是消除鍛造及粗加工引起的殘余應(yīng)力、改善材料的可切削性和提高綜合力學(xué)性能。

4、2）齒面熱處理：齒形加工后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。（3）齒輪毛坯齒輪的毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)強(qiáng)度要求低的齒輪。當(dāng)齒輪要求強(qiáng)度高、耐磨和耐沖擊時(shí)，多用鍛件，直徑大于400600mm的齒輪，常用鑄造毛坯。為了減少機(jī)械加工量，對(duì)大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；對(duì)于小尺寸、形狀復(fù)雜的齒輪，可用精密鑄造、壓力鑄造、精密鍛造、粉末冶金、熱軋和冷擠等新工藝制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約原材料。三、齒坯的機(jī)械加工1齒坯加工方案的選擇對(duì)于軸齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加工過程和一般軸、套基本相

5、似，現(xiàn)主要討論盤類齒輪齒坯的加工過程。齒坯的加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)類型。大批大量生產(chǎn)的齒坯加工大批大量加工中等尺寸齒坯時(shí)，青年工人多采用“鉆一拉一多刀車”的工藝方案：1）以毛坯外圓及端面定位進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔；2）拉孔；3）以孔定位在多刀半自動(dòng)車床上粗精車外圓、端面、切槽及倒角等。這種工藝方案由于采用高效機(jī)床可以組成流水線或自動(dòng)線，所以生產(chǎn)效率高。成批生產(chǎn)的齒坯加工成批生產(chǎn)齒坯時(shí)，常采用“車一拉一車”的工藝方案:1）以齒坯外圓或輪毅定位，精車外圓、端面和內(nèi)孔；2）以端面支承拉孔（或花鍵孔）；3）以孔定位精車外圓及端面等。這種方案可由臥式車床或轉(zhuǎn)塔車床及拉床實(shí)現(xiàn)。它的特點(diǎn)是加工質(zhì)

6、量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。當(dāng)齒坯孔有臺(tái)階或端面有槽時(shí)，可以充分利用轉(zhuǎn)塔車床上的多刀來進(jìn)行多工位加工，在轉(zhuǎn)塔車床上一次完成齒坯的加工。四、齒形的加工方法齒形加工是整個(gè)齒輪加工的關(guān)鍵。按照加工原理，齒形加工可分為成形法和展成法兩種。指狀銃刀銃齒、盤形銃刀銃齒、齒輪拉刀拉內(nèi)齒輪等是成形法加工齒形的例子，而滾齒、剃齒、插齒等是展成法加工齒形的例子?，F(xiàn)介紹幾種用展成法加工齒形的加工方法。1滾齒滾齒特點(diǎn)滾齒是齒形加工中生產(chǎn)率較高，應(yīng)用最廣的一種加工方法。而且滾齒加工通用性好，可加工圓柱齒輪、蝸輪等，亦可加工漸開線齒形、圓弧齒形、擺線齒形等。滾齒既可加工小模數(shù)、小直徑齒輪，又可加工大模數(shù)、大直徑齒輪，加工斜齒也

7、很方便。滾齒可直接加工98級(jí)精度齒輪，也可作為7級(jí)精度以上齒輪的粗加工和半精加工。滾齒可以獲得較高的運(yùn)動(dòng)精度。因滾齒時(shí)齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，故齒面的表面粗糙度值較大。為提高加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗、精滾齒分開。滾齒加工質(zhì)量分析1）影響傳動(dòng)準(zhǔn)確性的加工誤差分析影響傳動(dòng)準(zhǔn)確性的主要原因是，在加工中滾刀和被加工齒輪的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了變化。相對(duì)位置的變化（幾何偏心）產(chǎn)生齒輪徑向誤差，它以齒圈徑向跳動(dòng)AFr來評(píng)定；相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化（運(yùn)動(dòng)偏心）產(chǎn)生齒輪切向誤差，它以公法線長(zhǎng)度變動(dòng)AFw來評(píng)定。現(xiàn)分別加以討論：圖5-25幾何偏心引起的徑向誤差r一滾齒時(shí)的分度圓半徑r一以孔

8、軸心O'為旋轉(zhuǎn)中心時(shí)，齒圈的分度圓半徑齒輪的徑向誤差。齒輪的徑向誤差是指滾齒時(shí)，由于齒坯的回轉(zhuǎn)軸線與齒輪工作時(shí)的回轉(zhuǎn)軸線不重合（出現(xiàn)幾何偏心），使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差（圖6-16）。從圖6-32可以看出，O為切齒時(shí)的齒坯回轉(zhuǎn)中心，O為齒坯基準(zhǔn)孔的幾何中心（即齒輪工作時(shí)的回轉(zhuǎn)中心）。滾齒時(shí)，齒輪的基圓中心與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心重合于O,這樣切出的各齒形相對(duì)基圓中心O分布是均勻的（如圖中實(shí)線圓上的Pi=P2）,但齒輪工作時(shí)是繞基準(zhǔn)孔中心O'轉(zhuǎn)動(dòng)的（假定安裝時(shí)無偏心），這時(shí)各齒形相對(duì)分度圓心O'分布不均勻了（如圖中雙點(diǎn)劃線圓上的Pi'WP2

9、9;）。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的，故又稱為齒輪的徑向誤差。齒輪的切向誤差：齒輪的切向誤差是指：滾齒時(shí)因滾齒機(jī)分齒傳動(dòng)鏈誤差，引起瞬時(shí)傳動(dòng)比產(chǎn)生不穩(wěn)定，使機(jī)床工作臺(tái)不等速旋轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)時(shí)快時(shí)慢，所切齒輪的輪齒沿切向發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差。如圖6-17所示。由圖6-17可以看出，當(dāng)輪齒出現(xiàn)切向位移時(shí)，圖中每隔一齒所測(cè)公法線的長(zhǎng)度是不等的。如2、8齒間的公法線長(zhǎng)度明顯大于4、6齒間的公法線長(zhǎng)度。據(jù)此可以看出，通過公法線長(zhǎng)度變動(dòng)AFw可以反映出齒輪齒距累積誤差（切向部分），因此在生產(chǎn)中公法線長(zhǎng)度變動(dòng)可以作為評(píng)定齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的指標(biāo)之一。機(jī)床工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)誤差，主要取

10、決于分齒傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差。在分齒傳動(dòng)鏈的各傳動(dòng)元件中，影響傳動(dòng)誤差的最主要環(huán)節(jié)是工作臺(tái)下面的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中產(chǎn)生的齒距累積誤差，使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差，這些誤差將直接地復(fù)映給齒坯使其產(chǎn)生齒距累積誤差。影響傳動(dòng)誤差的另一重要環(huán)節(jié)是分齒掛輪，分齒掛輪的制造和安裝誤差，也會(huì)圖526齒輪的切向誤差以較大的比例傳遞到工作臺(tái)上。為了減少齒輪的切向誤差，主要應(yīng)提高機(jī)床分度蝸輪的制造和安裝精度。對(duì)高精度滾齒機(jī)還可通過校正裝置去補(bǔ)償蝸輪的分度誤差，使被加工齒輪獲得較高的加工精度影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分折影響齒輪工作平穩(wěn)性的主要誤差是齒形誤差、基節(jié)偏差等。1）齒形誤差bj鹿在斷形實(shí)際街感

11、圖527常見的齒形誤差a）出棱b）不對(duì)稱c）齒形角誤差d）周期誤差e）根切D滾齒后常見的齒形誤差，如圖5-27所示。其中齒面出棱、齒形不對(duì)稱和根切，可直接看出來；而齒形角誤差和周期誤差需要通過儀器才能測(cè)出。應(yīng)該指出，圖6-18所示的誤差是齒形誤差的幾種單獨(dú)表現(xiàn)形式，實(shí)際齒形誤差常是上述幾種形式的疊加。齒形誤差產(chǎn)生的主要原因是：滾刀在制造、刃磨和安裝中存在誤差，其次是機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中存在的小周期轉(zhuǎn)角誤差。下面分析這些誤差對(duì)齒形誤差的影響。齒面出棱的主要原因滾齒時(shí)齒面有時(shí)出棱，其主要原因是：滾刀刀齒沿圓周等分性不好和滾刀安裝后存在較大的徑向圓跳動(dòng)及軸向竄動(dòng)等。由圖528看出，刀齒存在不等分誤差時(shí)，

12、各排刀齒相對(duì)準(zhǔn)確位置有的超前有的滯后，這種超前與滯后使刀齒上的切削刃偏離滾刀基本蝸桿的螺紋表面。因而，在滾切齒輪的過程中，就會(huì)出現(xiàn)“過切”和“空切”而產(chǎn)生齒形誤差。圖528c是從圖5-28b中取出三個(gè)刀齒位置加以放大的示意圖。圖中雙點(diǎn)劃線表示無等分誤差時(shí)刀齒的位置（和漸開線齒面相切）；實(shí)線表示有等分誤差時(shí)，刀齒2因滯后而引起刃口“空切”和刀齒因超前而引起刃口“過切”的情況。刀齒等分性誤差愈大，這種“空切”和“過切愈嚴(yán)重，齒面出棱愈明顯。刀齒等分性誤差對(duì)不同曲率的漸開線齒形的影響是不同的，齒形曲率愈大（即齒輪基圓愈小）影響愈大，這也就是齒數(shù)少的小齒輪為何齒面易出棱的緣故。滾刀安裝后，如果存在較大

13、的徑向圓跳動(dòng)或軸向竄動(dòng)，滾刀刀齒面同樣會(huì)產(chǎn)生“過切”或“空切”使齒面出棱。產(chǎn)生齒形角誤差的主要原因齒輪的齒形角誤差主要決定于滾刀刀齒的齒形圖5-29刀齒前刀面非徑向性誤差對(duì)齒形誤差的影響a）前角大于零b）前角小于零1一刀齒2一工件角誤差。滾刀刀齒的齒形角誤差，由滾刀制造時(shí)鏟磨刀齒產(chǎn)生的齒形角誤差和刃磨刀齒前刀面所產(chǎn)生的非徑向性誤差及非軸向性誤差而引起。刀齒前刀面非徑向性誤差對(duì)齒形誤差的影響，如圖5-29所示。精加工所用滾刀的前角通常為0°（即刀齒前刀面在徑向平面內(nèi)），刃磨不好時(shí)會(huì)出現(xiàn)前角（正或負(fù)）。由于刀齒側(cè)后面經(jīng)鏟磨后具有側(cè)后角，因此刀齒前角誤差必然引起齒形角變化。前角為正時(shí)，齒形

14、角變小，切出的齒形齒頂變肥（圖5-29a）;前角為負(fù)時(shí)，齒形角變大，切出的齒形齒頂變瘦（5-29b）o刀齒前刀面的非軸向性誤差，是指直槽滾刀前刀面沿軸向?qū)τ诳纵S線的平行度誤差（圖6-21）。這種誤差使各刀齒偏離了正確的齒形位置，而且刀齒左右兩側(cè)刃偏離值不等，這樣既產(chǎn)生軸向齒距偏差，又引起齒形歪斜。產(chǎn)生齒形不對(duì)稱的主要原因滾齒時(shí)，有時(shí)出現(xiàn)齒形不對(duì)稱誤差，除了刀齒前刀面非軸向性誤差的影響外，主要是滾齒時(shí)滾刀對(duì)中不好。滾刀對(duì)中是指滾齒時(shí)滾刀所處的軸向位置應(yīng)使其一個(gè)刀齒（或齒槽）的對(duì)稱線通過齒坯中心（圖6-22）。滾刀對(duì)中了，切出的齒形就對(duì)稱；反之則引起齒形不對(duì)稱。滾刀包絡(luò)齒面的刀齒數(shù)愈少，工件齒形愈

15、大且齒面曲率愈大時(shí)，齒形不對(duì)稱愈嚴(yán)重。故對(duì)于模數(shù)較大且齒數(shù)較少的齒輪，滾齒前應(yīng)認(rèn)真使?jié)L刀對(duì)中。產(chǎn)生齒形周期誤差的主要原因滾刀安裝后的徑向圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)、機(jī)床分度蝸輪副圖5-31滾刀對(duì)中對(duì)齒形的影響a）對(duì)中齒形b）不對(duì)中齒形圖中分度蝸桿的徑向圓跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)都是周期性的誤差，這些都會(huì)使得滾齒時(shí)出現(xiàn)齒面凸凹不平的周期誤差。減少齒形誤差的措施：從以上分析可知，影響齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機(jī)床分齒傳動(dòng)鏈中蝸桿的誤差。為了保證齒形精度，除了根據(jù)齒輪的精度等級(jí)正確地選擇滾刀和機(jī)床外，要特別注意滾刀的重磨精度和安裝精度。2）基節(jié)偏差在滾齒加工時(shí)，齒輪的基節(jié)應(yīng)等于滾刀的基節(jié)。滾刀的基節(jié)

16、：Pb0=Pn0cosao=Pt0cos入oCOSa0-Pt0cosa0式中Pb0一滾刀的基節(jié);Pn0一滾刀的法向齒距;Pt0一滾刀的軸向齒距；a0一滾刀的法向齒形角；入o一滾刀的分度圓螺旋升角，一般很小，故COS入01。由此可以看出，要減少基節(jié)偏差，滾刀制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制軸向齒距及齒形角的誤差；對(duì)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和非軸向性誤差，也應(yīng)加以控制。3）影響齒輪接觸精度的加工誤差分析齒輪接觸精度受到齒寬方向接觸不良和齒高方向接觸不良的影響。影響齒高方向接觸不良的主要因素是齒形誤差A(yù)ff和基節(jié)偏差A(yù)fpb,影響齒寬方向接觸不良的主要因素是齒輪的齒向誤差A(yù)Fb,此處只

17、分析影響齒向誤差A(yù)Fb的主要因素。齒向誤差A(yù)Fb是指在分度圓柱面上，齒寬工作部分范圍內(nèi)，包容實(shí)際齒線且距離為最小的兩條設(shè)計(jì)齒線之間的端面距離。滾齒加工中引起齒向誤差的主要因素如下：滾齒機(jī)刀架導(dǎo)軌相對(duì)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線存在平行度誤差時(shí)，齒輪會(huì)產(chǎn)生齒向誤差（圖5-32）。由于夾具支承端面與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差，或齒坯孔與定位端面的垂直度誤差（圖5-33）等工件的裝夾誤差均會(huì)造成被切齒輪的齒向誤差。進(jìn)給方向進(jìn)結(jié)方向圖5-32滾齒機(jī)刀架導(dǎo)軌誤差對(duì)齒向誤差的影響a）導(dǎo)軌不平行b用軌歪斜1一刀架導(dǎo)軌2齒坯3夾具底座4一機(jī)床工作臺(tái)滾切斜齒輪時(shí)，除上述影響因素外，機(jī)床差動(dòng)掛輪的誤差，也會(huì)影響齒輪的齒向誤差2插齒及

18、與滾齒工藝特點(diǎn)比較插齒原理與運(yùn)動(dòng)插齒也是生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的一種切齒方法。1）插齒原理：從插齒過程原理上分析，插齒刀和工件相當(dāng)于一對(duì)軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，插齒刀就縣一個(gè)磨有前、后角具有切削刃的高精度齒輪。2）插齒的主要運(yùn)動(dòng)（圖5-34）:1）切削運(yùn)動(dòng)。插齒刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。2）分齒展成運(yùn)動(dòng)。插齒刀與工件間應(yīng)保持正確的嚙合關(guān)系。插齒刀每往復(fù)一次，工件相對(duì)刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)為加工時(shí)的4一進(jìn)給方向5一刀架導(dǎo)軌6一墊圈圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，故刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進(jìn)給過程。3）徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。插齒時(shí)，為逐步切至全齒深，插齒刀應(yīng)有徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fro4）讓刀運(yùn)動(dòng)。插齒刀作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，向下是工作

19、過程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒磨損，在插齒刀向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件沿徑向退出切削區(qū)一段距離，插齒刀工作行程時(shí)，工件恢復(fù)原位。在較大規(guī)格的插齒機(jī)上，讓刀運(yùn)動(dòng)由插齒刀刀架部件來完成。插齒與滾齒工藝特點(diǎn)比較插齒與滾齒同為常用的齒形加工方法，它們的加工精度和生產(chǎn)率也大體相當(dāng)。但在精度指標(biāo)、生產(chǎn)率和應(yīng)用范圍等方面又各自有其特點(diǎn)?，F(xiàn)分析比較如下:1）插齒的加工質(zhì)量：1）插齒的齒形精度比滾齒高。這是因?yàn)椴妪X刀在制造時(shí),可通過高精度磨齒機(jī)獲得精確的漸開線齒形。2）插齒后的齒面粗糙度值比滾齒小。其原因是插齒的圓周進(jìn)給量通常較小，插齒過程中包絡(luò)齒面的切削刃數(shù)較滾齒多,因而插齒后的齒面粗糙度值小。3）插齒的運(yùn)動(dòng)精度比滾齒差。因?yàn)樵跐L齒時(shí)，一船只是滾刀某幾圈的刀齒參加切削，工件上所有齒槽都是這些刀齒切出的；而插齒時(shí),插齒刀上的各刀齒順次切削工件各齒槽，因而，插齒刀上的齒距