典型零件的加工--齒輪2013

1、1一、概述一、概述二、齒輪零件工藝過程分析二、齒輪零件工藝過程分析三、齒輪加工工藝過程中的關(guān)鍵問題三、齒輪加工工藝過程中的關(guān)鍵問題四、齒輪加工方法錄像四、齒輪加工方法錄像2 齒輪傳動應(yīng)用廣泛，在機(jī)械制造中，齒輪生產(chǎn)占齒輪傳動應(yīng)用廣泛，在機(jī)械制造中，齒輪生產(chǎn)占有極重要地位。近年來，在提高齒輪生產(chǎn)率方面得到有極重要地位。近年來，在提高齒輪生產(chǎn)率方面得到很大的發(fā)展，例如采用精密鑄造、精密鍛造、粉末冶很大的發(fā)展，例如采用精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金、熱軋及冷擠新工藝，減少切削量，節(jié)約材料，提金、熱軋及冷擠新工藝，減少切削量，節(jié)約材料，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。在制造精密齒輪方面高勞動生產(chǎn)率，降低生

2、產(chǎn)成本。在制造精密齒輪方面也有突破，采用磨齒法可制造出也有突破，采用磨齒法可制造出4 4級或級或3 3級精度齒輪。級精度齒輪。34v齒輪模數(shù)0.004100毫米 v齒輪直徑由1毫米150米v傳遞功率可達(dá) 十萬千瓦v轉(zhuǎn)速可達(dá) 十萬轉(zhuǎn)/分v最高的圓周速度達(dá)300米/秒 5一、齒輪的技術(shù)要求一、齒輪的技術(shù)要求二、齒輪的材料及毛坯制造二、齒輪的材料及毛坯制造三、齒輪的熱處理及其對加工質(zhì)量的影響三、齒輪的熱處理及其對加工質(zhì)量的影響四、齒輪的機(jī)械加工工藝過程四、齒輪的機(jī)械加工工藝過程二、齒輪零件工藝過程分析二、齒輪零件工藝過程分析6一、齒輪的技術(shù)要求一、齒輪的技術(shù)要求 l、齒輪精度和側(cè)隙、齒輪精度和側(cè)隙精

3、度：精度：齒輪共分齒輪共分13個精度等級。（個精度等級。（012級）級）國標(biāo)中將齒輪各項公差分成國標(biāo)中將齒輪各項公差分成、三個公差組。三個公差組。它們分別是評定運動精度、平穩(wěn)性精度、接觸精度的它們分別是評定運動精度、平穩(wěn)性精度、接觸精度的指標(biāo)。允許各公差組選用不同的精度等級。指標(biāo)。允許各公差組選用不同的精度等級。7側(cè)隙：側(cè)隙：是指齒輪副嚙合輪齒非工作面間沿法線方向的空隙。是指齒輪副嚙合輪齒非工作面間沿法線方向的空隙。為使齒輪副正常工作必須具有一定的側(cè)隙。它是通過為使齒輪副正常工作必須具有一定的側(cè)隙。它是通過中心距變動和齒厚偏差來控制。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有中心距變動和齒厚偏差來控制。在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有14

4、種種齒厚偏差。齒厚偏差。8 齒輪在加工、檢驗和安裝時基準(zhǔn)應(yīng)盡量一致，并且齒輪在加工、檢驗和安裝時基準(zhǔn)應(yīng)盡量一致，并且盡盡量和設(shè)計基準(zhǔn)一致量和設(shè)計基準(zhǔn)一致。 2、齒坯基準(zhǔn)表面的精度、齒坯基準(zhǔn)表面的精度齒坯基準(zhǔn)表面的尺寸誤差和形位誤差影響齒輪與齒坯基準(zhǔn)表面的尺寸誤差和形位誤差影響齒輪與齒輪副的精度。齒輪副的精度。齒坯的基準(zhǔn)表面齒坯的基準(zhǔn)表面切齒時的安裝端面切齒時的安裝端面 安裝在傳動軸上的孔或安裝在支承中的基準(zhǔn)軸安裝在傳動軸上的孔或安裝在支承中的基準(zhǔn)軸9 10 0.81.63.211 l l、材料的選擇、材料的選擇 齒輪材料對齒輪的加工性能和壽命有直接的影響齒輪材料對齒輪的加工性能和壽命有直接的影

5、響 高速齒輪高速齒輪的齒面容易產(chǎn)生疲勞點蝕，應(yīng)選用齒面硬的齒面容易產(chǎn)生疲勞點蝕，應(yīng)選用齒面硬度較高而硬層較厚的材料；度較高而硬層較厚的材料； 有沖擊載荷的齒輪有沖擊載荷的齒輪傳動，輪齒容易折斷，應(yīng)選用韌傳動，輪齒容易折斷，應(yīng)選用韌性較好的材料；性較好的材料； 低速重載的齒輪低速重載的齒輪傳動，輪齒易折斷，齒面易磨損，傳動，輪齒易折斷，齒面易磨損，應(yīng)選用機(jī)械強度大，齒面硬度高的材料。應(yīng)選用機(jī)械強度大，齒面硬度高的材料。 齒輪的常有材料有：齒輪的常有材料有： 金屬：金屬：4545# #（正火或調(diào)質(zhì)）、（正火或調(diào)質(zhì)）、40Cr40Cr（高頻淬火）、（高頻淬火）、18CrMnTi18CrMnTi（滲碳

6、）、（滲碳）、38CrMoAlA38CrMoAlA（氮化）、鑄鐵（氮化）、鑄鐵二、齒輪的材料及毛坯制造二、齒輪的材料及毛坯制造12 有色金屬：黃銅有色金屬：黃銅HPb59-1HPb59-1、青銅、青銅QSnPl0-1QSnPl0-1、鋁合金、鋁合金 非金屬：夾布膠木、尼龍、塑料。非金屬：夾布膠木、尼龍、塑料。 2 2、齒輪毛坯的制造、齒輪毛坯的制造 齒輪毛坯的形式主要有：棒料、鍛件、鑄件。齒輪毛坯的形式主要有：棒料、鍛件、鑄件。 棒料：用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單而且對強度要求低棒料：用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單而且對強度要求低的齒輪。的齒輪。 鍛件：多用于齒輪要求強度高，還要耐磨、耐沖鍛件：多用于齒輪要求強

7、度高，還要耐磨、耐沖擊的場合。鍛造后要進(jìn)行正火處理，消除鍛造應(yīng)力，擊的場合。鍛造后要進(jìn)行正火處理，消除鍛造應(yīng)力，改善晶粒組織和切削性能。改善晶粒組織和切削性能。 鑄件：多用于直徑大于鑄件：多用于直徑大于400400600mm600mm的齒輪。的齒輪。13 三、齒輪的熱處理及其對加工質(zhì)量的影響三、齒輪的熱處理及其對加工質(zhì)量的影響 1 1、齒坯熱處理、齒坯熱處理 鋼料齒坯常用的熱處理：正火或調(diào)質(zhì)。鋼料齒坯常用的熱處理：正火或調(diào)質(zhì)。 鍛件或鑄件：采用正火或退火，安排在鑄造或鍛鍛件或鑄件：采用正火或退火，安排在鑄造或鍛造之后，切削加工之前。這樣可消除殘留的鑄造或鍛造之后，切削加工之前。這樣可消除殘留的

8、鑄造或鍛造的應(yīng)力，使組織重新結(jié)晶得到細(xì)化，從而改善了切造的應(yīng)力，使組織重新結(jié)晶得到細(xì)化，從而改善了切削性能和表面粗糙度。削性能和表面粗糙度。 棒料齒坯：采用正火或調(diào)質(zhì)處理，一般安排在粗棒料齒坯：采用正火或調(diào)質(zhì)處理，一般安排在粗車之后，這樣可以消除粗車形成的內(nèi)應(yīng)力。車之后，這樣可以消除粗車形成的內(nèi)應(yīng)力。14 2 2、輪齒的熱處理、輪齒的熱處理 輪齒常用的熱處理：高頻淬火、滲碳、氮化。輪齒常用的熱處理：高頻淬火、滲碳、氮化。 熱處理的質(zhì)量對齒輪加工精度和表面粗糙度影響熱處理的質(zhì)量對齒輪加工精度和表面粗糙度影響很大。往往因為熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，引起齒輪定位基很大。往往因為熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，引起齒輪定位

9、基面及齒面變形過大或表面粗糙度太大而報廢。面及齒面變形過大或表面粗糙度太大而報廢。 3 3、加工表面的粗糙度、加工表面的粗糙度 零件加工的表面粗糙度，是多種因素影響的結(jié)果。零件加工的表面粗糙度，是多種因素影響的結(jié)果。與熱處理的冷卻過程、機(jī)械加工方法有關(guān)。與熱處理的冷卻過程、機(jī)械加工方法有關(guān)。 4 4、齒輪淬火變形及其改進(jìn)措施、齒輪淬火變形及其改進(jìn)措施 預(yù)熱保護(hù)法：即將齒輪工件先在回火爐中預(yù)熱到預(yù)熱保護(hù)法：即將齒輪工件先在回火爐中預(yù)熱到260260320320，保溫，保溫1 1小時后立即取出進(jìn)行高頻淬火。小時后立即取出進(jìn)行高頻淬火。15 四、齒輪的機(jī)械加工工藝過程四、齒輪的機(jī)械加工工藝過程 齒輪

10、加工的工藝路線是根據(jù)齒輪材質(zhì)和熱處理要求、齒輪加工的工藝路線是根據(jù)齒輪材質(zhì)和熱處理要求、齒輪結(jié)構(gòu)及尺寸大小、精度要求、生產(chǎn)類型和車間現(xiàn)有的齒輪結(jié)構(gòu)及尺寸大小、精度要求、生產(chǎn)類型和車間現(xiàn)有的設(shè)備條件而定。一般可以歸納成如下的工藝路線：設(shè)備條件而定。一般可以歸納成如下的工藝路線：毛坯制造毛坯制造- -齒坯熱處理齒坯熱處理- -齒坯加工齒坯加工- -輪齒加工輪齒加工- -輪齒熱處理輪齒熱處理- -齒輪主要表面精加工齒輪主要表面精加工- -輪齒的精整加工輪齒的精整加工。 下面給出三個常見的盤形、中小尺寸齒輪的例子，代下面給出三個常見的盤形、中小尺寸齒輪的例子，代表在三種不同生產(chǎn)類型下的加工工藝過程。表

11、在三種不同生產(chǎn)類型下的加工工藝過程。 1 1、大批大量生產(chǎn)齒輪的工藝過程、大批大量生產(chǎn)齒輪的工藝過程 圖圖2-402-40所示為運輸機(jī)齒輪零件圖。表所示為運輸機(jī)齒輪零件圖。表2-122-12為機(jī)械加工為機(jī)械加工工藝過程，表中還列出了主要工序簡圖。工藝過程，表中還列出了主要工序簡圖。16 GB/T 10095.1-200817 18 19 20 21 2 2、成批生產(chǎn)齒輪的工藝過程、成批生產(chǎn)齒輪的工藝過程 圖示為齒輪零件圖。表圖示為齒輪零件圖。表2-132-13為機(jī)械加工工藝過程為機(jī)械加工工藝過程熱處理：齒部G54。即齒部高頻淬火HRC5422 23 3 3、單件小批量生產(chǎn)齒輪的工藝過程、單件小

12、批量生產(chǎn)齒輪的工藝過程 圖示為齒輪零件圖。表圖示為齒輪零件圖。表2-142-14為機(jī)械加工工藝過程為機(jī)械加工工藝過程熱處理：齒部G5224 25 1 1、定位基面的選擇與加工、定位基面的選擇與加工 齒輪加工時的定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能符合基準(zhǔn)重合原齒輪加工時的定位基準(zhǔn)應(yīng)盡可能符合基準(zhǔn)重合原則。在齒輪加工的整個過程中也盡量選用統(tǒng)一基準(zhǔn)。則。在齒輪加工的整個過程中也盡量選用統(tǒng)一基準(zhǔn)。 小直徑軸齒輪：小直徑軸齒輪：可采用兩端中心孔作為定位基準(zhǔn)可采用兩端中心孔作為定位基準(zhǔn) 大直徑軸齒輪：大直徑軸齒輪：通常用軸頸定位，并以一個較大通常用軸頸定位，并以一個較大的端面作為支承；的端面作為支承； 帶孔齒輪：帶孔齒輪：

13、則以孔定位和一個端面支承。則以孔定位和一個端面支承。 為了加工出符臺各項精度參數(shù)要求的齒輪，齒坯為了加工出符臺各項精度參數(shù)要求的齒輪，齒坯的基準(zhǔn)面必須具有相應(yīng)的精度和粗糙度。的基準(zhǔn)面必須具有相應(yīng)的精度和粗糙度。 下面對帶孔齒輪制造中定位基面的加工進(jìn)行分析下面對帶孔齒輪制造中定位基面的加工進(jìn)行分析三、齒輪加工工藝過程中的關(guān)鍵問題三、齒輪加工工藝過程中的關(guān)鍵問題26 1) 1) 淬火前齒坯基面的加工方案：淬火前齒坯基面的加工方案： 大批大量生產(chǎn)：鉆大批大量生產(chǎn)：鉆- -拉拉- -多刀車。多刀車。 成批生產(chǎn)：成批生產(chǎn)： 車車- -拉拉- -車或車車或車- -車。車。 單件小批生產(chǎn)：車單件小批生產(chǎn)：車

14、- -車。車。 注意：注意： A A、對于帶孔齒輪，如果齒坯技術(shù)條件中規(guī)定端面和齒、對于帶孔齒輪，如果齒坯技術(shù)條件中規(guī)定端面和齒頂圓對定位孔有一定的要求，在大批大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)頂圓對定位孔有一定的要求，在大批大量生產(chǎn)和成批生產(chǎn)中采用內(nèi)孔定位精加工端面、齒頂圓，這樣就能保證端面中采用內(nèi)孔定位精加工端面、齒頂圓，這樣就能保證端面圓跳動和外圓徑向圓跳動的要求。圓跳動和外圓徑向圓跳動的要求。 在小批生產(chǎn)和成批生產(chǎn)的轉(zhuǎn)塔車床在小批生產(chǎn)和成批生產(chǎn)的轉(zhuǎn)塔車床“車車- -車車”方案中，方案中，則必須在一次裝夾中精加工出內(nèi)孔、端面和外圓，以保證則必須在一次裝夾中精加工出內(nèi)孔、端面和外圓，以保證它們之間的位置精

15、度。它們之間的位置精度。( (一刀活一刀活) )27 B B、齒坯的大量生產(chǎn)有兩個發(fā)展趨勢：一是向切、齒坯的大量生產(chǎn)有兩個發(fā)展趨勢：一是向切削加工自動線發(fā)展；另一個是向少無切削加工發(fā)展，削加工自動線發(fā)展；另一個是向少無切削加工發(fā)展，即采用精鍛和粉末冶金制造齒坯，只加工內(nèi)孔后就可即采用精鍛和粉末冶金制造齒坯，只加工內(nèi)孔后就可以進(jìn)行輪齒加工。以進(jìn)行輪齒加工。 2) 2) 淬火后齒坯基面的加工淬火后齒坯基面的加工 淬火后的齒輪基準(zhǔn)孔會有一定的變形，需要修正，淬火后的齒輪基準(zhǔn)孔會有一定的變形，需要修正，一般采用磨孔工序。一般采用磨孔工序。 由于磨孔的生產(chǎn)率低，在淬火變形不大而齒輪精由于磨孔的生產(chǎn)率低，

16、在淬火變形不大而齒輪精度要求不高度要求不高(8(8級級) )的情況下，應(yīng)盡量采用推孔工藝。的情況下，應(yīng)盡量采用推孔工藝。28 2 2、輪齒的加工方案及分析、輪齒的加工方案及分析 主要取決于齒輪的精度、粗糙度、生產(chǎn)批量和生主要取決于齒輪的精度、粗糙度、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)廠的設(shè)備條件。根據(jù)最后獲得輪齒精度和粗糙度的產(chǎn)廠的設(shè)備條件。根據(jù)最后獲得輪齒精度和粗糙度的方法不同，可以歸納成以下幾種加工方案：方法不同，可以歸納成以下幾種加工方案： 1) 1) 滾滾( (插插) )齒方案：齒方案： 滾齒是最常用的切齒方法，它能加工直齒、斜齒滾齒是最常用的切齒方法，它能加工直齒、斜齒和修正齒形的圓柱齒輪。滾齒精度一般

17、可達(dá)和修正齒形的圓柱齒輪。滾齒精度一般可達(dá)7 78 8級，級，最高可達(dá)最高可達(dá)4 45 5級，齒面粗糙度級，齒面粗糙度RaRa值可達(dá)值可達(dá)1.61.60.2um0.2um，由于滾齒的整個切削過程是連續(xù)的，因此生產(chǎn)率較高。由于滾齒的整個切削過程是連續(xù)的，因此生產(chǎn)率較高。插齒精度一般可達(dá)插齒精度一般可達(dá)7 78 8級，最高可達(dá)級，最高可達(dá)6 6級，齒面粗糙級，齒面粗糙度度RaRa值可達(dá)值可達(dá)l.6l.60.2um0.2um。29 用滾用滾( (插插) )齒作為輪齒最終加工的方案，多用于不齒作為輪齒最終加工的方案，多用于不需淬硬的齒輪。需淬硬的齒輪。 對于模數(shù)較小、齒圈較窄的小齒輪、扇形齒輪，對于模

18、數(shù)較小、齒圈較窄的小齒輪、扇形齒輪，插齒的生產(chǎn)率就比滾齒高；插齒的生產(chǎn)率就比滾齒高； 中等模數(shù)以上中等模數(shù)以上( (大于大于2.5mm)2.5mm)的齒輪。滾齒的效率高的齒輪。滾齒的效率高 同一把滾刀可以加工模數(shù)和壓力角相同的直齒輪同一把滾刀可以加工模數(shù)和壓力角相同的直齒輪和任意螺旋角的斜齒輪。而插齒不能，因為插齒是平和任意螺旋角的斜齒輪。而插齒不能，因為插齒是平行軸嚙合，滾齒是交叉軸螺旋齒輪嚙合，所以滾齒的行軸嚙合，滾齒是交叉軸螺旋齒輪嚙合，所以滾齒的通用性比插齒好。通用性比插齒好。 但是在加工齒圈很近的多聯(lián)齒輪、按展成法加工但是在加工齒圈很近的多聯(lián)齒輪、按展成法加工內(nèi)齒輪、人字齒輪、齒條、

19、帶凸臺齒輪及某些特殊齒內(nèi)齒輪、人字齒輪、齒條、帶凸臺齒輪及某些特殊齒輪等工件時只能用插齒。輪等工件時只能用插齒。 30 2) 2) 剃齒方案：剃齒方案： 剃齒加工的工藝路線為：滾剃齒加工的工藝路線為：滾( (插插) )齒齒- -剃齒。精度可剃齒。精度可達(dá)達(dá)6 67 7級，齒面粗糙度級，齒面粗糙度RaRa值可達(dá)值可達(dá)0.80.8O.2umO.2um。剃齒方。剃齒方案多用于不淬硬齒輪，生產(chǎn)率高。由于剃齒是自由嚙案多用于不淬硬齒輪，生產(chǎn)率高。由于剃齒是自由嚙合，對齒輪的運動精度提高很小，因此齒輪的運動精合，對齒輪的運動精度提高很小，因此齒輪的運動精度就必須由剃前的滾齒或插齒保證。由于滾齒的運動度就必

20、須由剃前的滾齒或插齒保證。由于滾齒的運動精度比插齒高所以剃前加工一般都用滾齒。精度比插齒高所以剃前加工一般都用滾齒。 3) 3) 珩齒方案：珩齒方案： 珩齒加工的工藝路線為：滾珩齒加工的工藝路線為：滾( (插插) )齒齒- -剃齒剃齒- -淬火淬火- -珩齒。珩齒可以降低齒面粗糙度，修正淬火變形，降珩齒。珩齒可以降低齒面粗糙度，修正淬火變形，降低噪聲，作為齒面淬硬后的光整加工。加工精度可達(dá)低噪聲，作為齒面淬硬后的光整加工。加工精度可達(dá)6 67 7級，齒面粗糙度級，齒面粗糙度RaRa值可達(dá)值可達(dá)0.80.80.2um0.2um。生產(chǎn)率高。生產(chǎn)率高31 4) 4) 磨齒方案磨齒方案: : 磨齒加工

21、的主要工藝路線為：滾磨齒加工的主要工藝路線為：滾( (插插) )齒一淬火一齒一淬火一磨齒。磨齒是目前輪齒加工中精度最高的加工方法。磨齒。磨齒是目前輪齒加工中精度最高的加工方法。一般精度可達(dá)一般精度可達(dá)5 56 6級，最高可選級，最高可選3 34 4級。齒面粗糙度級。齒面粗糙度RaRa值可選值可選0.80.80.1um0.1um。由于在一般齒輪磨床的傳動中，由于在一般齒輪磨床的傳動中，不像其它展成法那樣連續(xù)分度而是單齒分度，帶來了不像其它展成法那樣連續(xù)分度而是單齒分度，帶來了回程和分度時的時間損失，所以生產(chǎn)效率很低，成本回程和分度時的時間損失，所以生產(chǎn)效率很低，成本很高，但用蝸桿砂輪磨齒，可以提高生產(chǎn)率。很高，但用蝸桿砂輪磨齒，可以提高生產(chǎn)率。 32 5) 5) 硬滾硬滾( (刮刮) )齒方案：齒方案： 對于中硬齒面對于中硬齒面(HB350左右左右)及硬齒面及硬齒面(HRc50以以上上)，日本發(fā)明的用大負(fù)前角，日本發(fā)明的用大負(fù)前角(一一300)的硬質(zhì)合金滾刀硬的硬質(zhì)合金滾刀硬滾滾(刮刮)的方法，已在國內(nèi)外受到普遍的重視。這種全的方法，已在國內(nèi)外受