機(jī)械制造技術(shù)(濃縮版)-4-09

機(jī)械制造裝備——機(jī)械制造技術(shù)——齒輪加工裝備——機(jī)械制造技術(shù)——齒輪概述齒輪是傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的重要零件。齒輪具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、傳遞轉(zhuǎn)矩大、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠耐用等優(yōu)點(diǎn)。常見齒輪類型圓柱齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿圓柱齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿齒輪概述齒輪的實(shí)際應(yīng)用場合很多，包括齒輪減速箱、齒輪泵、齒輪馬達(dá)等。齒輪分類齒輪類型應(yīng)用直齒輪、斜齒輪、人字齒輪平行軸間傳動(dòng)螺旋齒輪、蝸輪與蝸桿垂直交錯(cuò)軸間傳動(dòng)內(nèi)齒輪平行軸間同向傳動(dòng)齒輪齒條旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線移動(dòng)的轉(zhuǎn)換直齒錐齒輪相交軸間傳動(dòng)齒輪分類齒輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)齒輪類型結(jié)構(gòu)剖面圖單聯(lián)齒輪多聯(lián)齒輪盤形齒輪齒圈軸齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性傳遞運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性載荷分布的均勻性齒側(cè)具有間隙齒輪制造的精度確定標(biāo)準(zhǔn)13個(gè)精度等級(jí)，用數(shù)字0~12由低到高的順序排列，0級(jí)最高，12級(jí)最低齒輪主要技術(shù)要求齒輪加工方法成形法：用與被切齒輪的齒槽形狀完全相符的成形刀具切出齒形的方法。如銑齒、成形法磨齒等。展成法（范成法）：利用齒輪的嚙合原理加工齒輪。常用的展成法齒輪刀具：滾齒刀、插齒刀、剃齒刀等。齒輪加工方法成形法：齒槽形狀成形刀具切出齒形。盤形齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒齒輪加工方法——成形法刀刃形狀與齒輪齒槽形狀一致；用一把刀加工模數(shù)相同直徑不同的多種齒輪；加工模數(shù)較小的齒輪時(shí)，用盤狀銑刀；模數(shù)較大時(shí)，用指狀銑刀；盤形齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒齒輪加工方法展成法：利用齒輪或齒輪與齒條嚙合原理加工齒輪。圓柱齒輪齒面加工方法齒面的切削加工成形法銑齒拉齒磨齒滾齒插齒剃齒珩齒磨齒展成法齒面的無屑加工軋制（熱軋齒）冷擠齒（精軋齒）精密鍛造齒輪普通精度精密加工齒輪加工設(shè)備滾齒機(jī)是用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪和蝸輪等，加工范圍廣，可達(dá)到高精度或高生產(chǎn)率；插齒機(jī)是用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用于加工多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪；銑齒機(jī)是用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形的儀表齒輪；齒輪加工設(shè)備剃齒機(jī)是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機(jī)床；磨齒機(jī)是用砂輪，精加工淬硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面的高精度機(jī)床；珩齒機(jī)是利用珩輪與被加工齒輪的自由嚙合，消除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機(jī)床；滾齒原理滾齒的實(shí)質(zhì)是將刀具和工件的運(yùn)動(dòng)演化成一對(duì)交錯(cuò)軸斜齒輪的嚙合；滾刀實(shí)質(zhì)上是一個(gè)斜齒圓柱齒輪。滾齒加工滾齒原理=0旋向相反，取“+”號(hào)旋向相同，取“-”號(hào)

——被切削齒輪螺旋角；——滾刀導(dǎo)程角。滾刀軸線與被切削齒輪端面間夾角滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)滾齒的三種基本運(yùn)動(dòng)：（1）滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（）（2）工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（）滾刀與工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間，必須嚴(yán)格保持一對(duì)交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪副的嚙合傳動(dòng)關(guān)系，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足——滾刀與被切削齒輪的轉(zhuǎn)速；——被切削齒輪的齒數(shù)；——滾刀齒（頭）數(shù)。（3）軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（）為了在全齒寬上切削出漸開線齒面，滾齒刀應(yīng)沿被切削齒輪軸線方向進(jìn)行軸向進(jìn)給，軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)形成齒面的導(dǎo)線。軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)滾刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)滾齒加工運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)：滾刀旋轉(zhuǎn)分齒運(yùn)動(dòng)：軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切出整個(gè)齒寬；徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：切出整個(gè)齒深；加工設(shè)備——滾齒機(jī)工作臺(tái)移動(dòng)立式滾齒機(jī)立柱移動(dòng)立式滾齒機(jī)滾切渦輪滾齒特點(diǎn)滾刀通用性好，可以加工與其模數(shù)、壓力角相同而齒數(shù)不同的齒輪。滾齒的整個(gè)切削過程連續(xù)，生產(chǎn)率高；滾齒機(jī)為專用齒輪加工機(jī)床，調(diào)整費(fèi)時(shí)；滾刀較齒輪銑刀的制造、刃磨要困難，設(shè)備與刀具費(fèi)用高；滾齒應(yīng)用范圍較廣，可加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪等，但不能加工內(nèi)齒輪和相距太近的多聯(lián)齒輪。插齒是利用一對(duì)平行軸圓柱齒輪副嚙合原理，使用插齒刀進(jìn)行切齒。插齒刀相當(dāng)于一個(gè)切削刃為漸開線并磨出前角和后角的假想圓柱齒輪，其模數(shù)與壓力角與被加工齒輪相同。插齒刀以內(nèi)孔或錐柄緊固在插齒機(jī)主軸上。插齒時(shí)，插齒刀與被切削齒輪間嚴(yán)格保持一對(duì)圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)關(guān)系，插齒刀刀齒連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡在工件上包絡(luò)出輪齒齒廓。插齒原理插齒加工

插齒運(yùn)動(dòng)（1）切削運(yùn)動(dòng) 插齒刀沿其周線方向的快速直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是插齒切削的主運(yùn)動(dòng)，以插齒刀每分鐘往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖程次數(shù)表示（str/min）。提高插齒刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度，可增加輪廓的包絡(luò)線數(shù)目，使齒廓線更加光滑，齒形誤差減小。（2）展成運(yùn)動(dòng) 插齒刀與工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成插齒加工的展成運(yùn)動(dòng)。 插齒刀與工件旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)之間，必須嚴(yán)格保持一對(duì)圓柱齒輪副的嚙合傳動(dòng)關(guān)系，其傳動(dòng)比應(yīng)滿足——插齒刀與被切削齒輪的轉(zhuǎn)速； ——插齒刀與被切削齒輪的齒數(shù)；

插齒機(jī)運(yùn)動(dòng)（3）圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)插齒刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是插齒的圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以插齒刀每往復(fù)一次在其節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長表示（mm/str）。圓周進(jìn)給量的大小影響插齒的切削負(fù)荷和生產(chǎn)效率。（4）徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)開始插齒時(shí)，如果插齒刀立即切入至全齒深，將會(huì)因切削負(fù)荷過大而損壞道具和機(jī)床。徑向進(jìn)給至全齒深后，徑向進(jìn)給自動(dòng)停止，再進(jìn)行展成加工，便可加工出完整的全深齒廓。（5）讓刀運(yùn)動(dòng)插齒刀與被切削齒面脫離接觸稱為讓刀。這可以避免插齒刀在空行程中擦傷已切削齒面和減少齒刀磨損。插齒機(jī)分立式和臥式兩種﹐前者使用最普遍。立式插齒機(jī)又有刀具讓刀和工件讓刀兩種形式。高速和大型插齒機(jī)用刀具讓刀﹐中小型插齒機(jī)一般用工件讓刀。加工設(shè)備——插齒機(jī)（1）加工質(zhì)量比較1)運(yùn)動(dòng)精度（傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性）滾齒后齒輪的的齒距累積誤差比插齒小。滾齒加工：滾刀上相同的2~3圈刀齒切出來的。插齒加工：插齒刀的不同刀齒切出來的。2）傳動(dòng)的平穩(wěn)性滾齒與插齒形成的齒廓是由有限個(gè)折線包絡(luò)形成的，必然都存在齒形誤差。但插齒后形成的齒形誤差較小。實(shí)質(zhì)：包絡(luò)折線的數(shù)目。滾齒、插齒的比較3）表面粗糙度滾齒刀在齒向的切削是連續(xù)的。在被加工輪齒齒面上留下的是鱗狀刀痕。（右圖a））插齒刀在齒向切削是連續(xù)的，輪齒齒面上留下的刀痕是直線。（右圖b））（2）生產(chǎn)效率比較滾齒效率較高，因?yàn)椴妪X切削是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，提高插齒速度要受到插齒機(jī)主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性的限制；此外插齒空行程的損失使實(shí)際切削的行程長度減短。（3）生產(chǎn)應(yīng)用比較

滾齒效率高，齒距積累誤差小，運(yùn)動(dòng)精度高，通過后續(xù)精加工可彌補(bǔ)齒形誤差和齒面粗糙度的缺點(diǎn)。所以，高精度圓柱齒輪齒面的預(yù)加工一般采用滾齒。插齒可以加工內(nèi)齒、齒條、齒扇形等，還可以用來加工齒圈相距很近的雙聯(lián)、多聯(lián)齒輪中的小齒輪。插齒的靈活性比滾齒好。結(jié)論：滾齒與插齒比較，滾齒齒輪運(yùn)動(dòng)精度高，但齒形誤差和齒面粗糙度比插齒大。剃齒原理利用一對(duì)交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合時(shí)沿齒向存在相對(duì)滑動(dòng)而創(chuàng)建的一種齒輪精加工方法。剃齒刀與被切削齒輪嚙合時(shí)在齒向會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。由于剃齒刀的齒面上開有許多切削刃，剃齒刀便在被切齒面上剃下一層又薄又細(xì)的切屑。剃齒加工——剃齒切削速度——切向分量——剃齒刀的圓周速度——工件的圓周速度——剃齒刀的螺旋角——被剃齒輪的螺旋角剃齒機(jī)運(yùn)動(dòng)（1）剃齒刀的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)目的：為了剃削齒輪的兩個(gè)齒面。（2）工作臺(tái)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)當(dāng)被剃齒輪為斜齒輪時(shí)，嚙合點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一條與齒輪端面傾斜的曲線。當(dāng)被剃齒輪為直齒輪時(shí)，嚙合點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一條與齒輪端面平行的曲線。（3）徑向（垂直）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

剃齒的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍特點(diǎn)：機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)相對(duì)較低，可修正輪齒的徑向誤差、齒形誤差和減小齒面粗糙度，但對(duì)于輪齒的累積誤差等切向誤差的修正能力差。從保證加工精度考慮，剃前預(yù)加工一般先采用滾齒而不用插齒，因?yàn)樘挲X與滾齒的優(yōu)缺點(diǎn)可以互補(bǔ)，但與插齒的優(yōu)缺點(diǎn)不能互補(bǔ)。齒輪精加工時(shí)，加工成本低。 剃齒加工精度取決于刀具。加工齒輪精度可達(dá)到IT7~6級(jí)。齒面粗糙度可達(dá)到Ra0.40~1.25um。采用剃齒加工可將經(jīng)滾齒或插齒等預(yù)加工的齒輪精度提高1~2級(jí)。 在大批量生產(chǎn)加工中加工中等模數(shù)、7~6級(jí)精度、未經(jīng)淬硬的齒輪，剃齒時(shí)最常用的齒輪精加工方法。加工設(shè)備——剃齒機(jī)剃齒機(jī)有臥式和立式兩種。臥式剃齒機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)：一種刀具位于工件上面，機(jī)床結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，廣泛應(yīng)用于成批大量生產(chǎn)中小型齒輪的汽車、拖拉機(jī)和機(jī)床等行業(yè)；另一種刀具位于工件后面，工件裝卸方便﹐主要用于加工大中型齒輪和軸齒輪。大型剃齒機(jī)多為立式，主要用于機(jī)車、礦山機(jī)械和船舶制造部門。磨齒方法分類（1）成形法磨齒

成形法磨齒是將砂輪修整成與被加工齒輪槽相對(duì)應(yīng)的形狀，對(duì)被加工齒輪槽逐個(gè)進(jìn)行磨削。由于砂輪磨粒本身具有很高的硬度和耐熱性，因此磨削能加工硬度很高的材料，如淬硬的鋼、硬質(zhì)合金等。磨齒加工（2）展成法磨齒1）單片錐形砂輪磨齒 砂輪的截面形狀相當(dāng)于假想齒條的一個(gè)齒。磨齒時(shí)，砂輪一面旋轉(zhuǎn)，一面沿齒寬方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就構(gòu)成了假想齒條上的一個(gè)齒。被磨齒輪位于與假想齒條相嚙合的位置，一面轉(zhuǎn)動(dòng)一面作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)。2）雙片碟形砂輪磨齒 兩片碟形砂輪安裝后，構(gòu)成假想齒條的兩個(gè)齒面。磨齒時(shí)，砂輪只在原位旋轉(zhuǎn)，同時(shí)對(duì)兩個(gè)齒面進(jìn)行磨削；被加工齒輪一面轉(zhuǎn)動(dòng)一面移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)。3）蝸桿砂輪磨齒 用蝸桿砂輪磨齒時(shí)，砂輪與被磨齒輪相當(dāng)于一對(duì)交錯(cuò)斜齒輪副嚙合傳動(dòng)。蝸桿砂輪磨齒的成形原理和機(jī)床運(yùn)動(dòng)與滾齒相同。由于展成運(yùn)動(dòng)和分齒運(yùn)動(dòng)是連續(xù)發(fā)生的，沒有空行程，故生產(chǎn)效率較高。磨齒工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范圍優(yōu)點(diǎn)：磨齒的加工質(zhì)量高，可糾正齒輪預(yù)加工中產(chǎn)生的各項(xiàng)齒輪誤差，加工精度比剃齒、珩齒高得多。表面質(zhì)量好，粗糙度可達(dá)到Ra0.2~0.8um，而且能加工3~6級(jí)的淬硬齒輪。是最有效的精加工方法。缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低、成本高。發(fā)展：自從出現(xiàn)了蝸桿砂輪磨齒機(jī)和立方氮化硼（CBN）砂輪成形磨齒機(jī)等新型磨齒機(jī)床，磨齒的生產(chǎn)效率成倍提高，加工成本不斷下降。使得蝸桿砂輪磨齒工藝和成形磨齒工藝在大量生產(chǎn)中逐漸得到廣泛應(yīng)用。磨削加工設(shè)備及其分類磨床的種類很多，主要有平面磨床、外圓磨床、內(nèi)圓磨床、萬能外圓磨床（也可磨內(nèi)孔）、齒輪磨床、螺紋磨床，導(dǎo)軌磨床、無心磨床（磨外圓）和工具磨床（磨刀具）等。這里介紹平面磨床及其運(yùn)動(dòng)。加工設(shè)備——磨齒機(jī)其他加工方法銑齒定義：用銑刀或銑刀盤按成形法或展成法加工齒輪或齒條的齒面。特點(diǎn)：齒輪銑刀結(jié)構(gòu)簡單，可在普通銑床上完成，費(fèi)用較低；銑齒過程不連續(xù)，每銑一齒，都要重復(fù)消耗切入、切出、退刀和分度的時(shí)間；獲得近似齒形，產(chǎn)生齒形誤差；銑床所用分度頭分度精度不高；IT9級(jí)或以下，齒面粗糙度值6.3～3.2μm；適用單件小批生產(chǎn)或維修精度不高的低速齒輪。其他加工方法珩齒原理：淬火后的齒輪輪齒表面有氧化皮，影響齒面粗糙度，熱處理的變形也影響齒輪的精度?？捎苗颀X進(jìn)行精加工。珩齒原理與剃齒相似，珩輪與工件類似于一對(duì)螺旋齒輪呈無側(cè)隙嚙合，利用嚙合處的相對(duì)滑動(dòng)，并在齒面間施加一定的壓力來進(jìn)行珩齒。珩輪帶動(dòng)工件高速