《機(jī)械加工技術(shù)》(侯志敏)教學(xué)課件-第十一章-圓柱齒輪加工

機(jī)械加工技術(shù)第十一章圓柱齒輪加工概述1齒形加工2圓柱齒輪加工工藝3第一節(jié)概述常見齒輪傳動(dòng)種類

常用的齒輪如下圖所示。一、圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)常見齒輪結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中盤類齒輪應(yīng)用最廣。常見齒輪結(jié)構(gòu)工藝觀點(diǎn)齒圈上輪齒的分布形式圓柱齒輪齒圈輪體直齒齒輪斜齒齒輪人字齒齒輪輪體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)盤形齒輪套筒齒輪內(nèi)齒輪軸類齒輪扇形齒輪齒條二、圓柱齒輪傳動(dòng)的技術(shù)要求技術(shù)要求傳動(dòng)的準(zhǔn)確性要求齒輪在一轉(zhuǎn)中,轉(zhuǎn)角誤差的最大值不能超過(guò)一定的限度。

要求齒輪傳動(dòng)平穩(wěn),無(wú)沖擊,振動(dòng)和噪聲小。

要求齒輪工作時(shí),齒面接觸要均勻,以使齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí)不致

引起齒面過(guò)早磨損。

其作用是儲(chǔ)存潤(rùn)滑油,使齒面工作時(shí)減少磨損;同時(shí)可以補(bǔ)償熱變形等因素引起的齒側(cè)間隙減小,防止卡死。工作平穩(wěn)性載荷均勻性齒側(cè)間隙三、圓柱齒輪齒形加工方法及設(shè)備齒輪加工的關(guān)鍵是齒形加工,它包括齒形的切削加工和齒面的磨削加工。常見的齒形加工方法與設(shè)備如下表所示。加工方法刀具車床加工精度和適用范圍成形法模數(shù)銑刀銑床加工精度與生產(chǎn)率均較低,精度等級(jí)為IT9一下齒輪拉刀拉床加工精度與生產(chǎn)率較高,但成本高,適用于大批量生產(chǎn),適于拉內(nèi)齒輪展成法滾齒齒輪滾刀滾齒機(jī)生產(chǎn)率較高,通用性好,一般精度等級(jí)為IT10~IT6,最高可達(dá)IT4,常用于直齒齒輪、斜齒外嚙合圓柱齒輪和蝸輪的加工插齒刀插齒機(jī)生產(chǎn)率較高,通用性好,一般精度等級(jí)為IT9~IT7,最高可達(dá)IT6,常用于內(nèi)外嚙合齒輪、扇形齒輪和齒條等的加工插齒剃齒刀剃齒機(jī)生產(chǎn)率較高,一般精度等級(jí)為IT7~IT5,通常用于齒輪滾齒、插齒和預(yù)加工后、淬火前的精加工剃齒砂輪磨齒機(jī)生產(chǎn)率低且加工成本高,一般精度等級(jí)為IT7~IT3,大多用于淬硬后齒形的加工磨齒珩磨輪珩磨機(jī)一般精度等級(jí)為IT7~IT6,多用于經(jīng)過(guò)剃齒和高頻淬火后齒形的精加工珩齒1.成形法成形法是使用與被加工齒輪的齒槽形狀一致的刀具,在齒坯上加工出齒面的方法。直齒圓柱齒輪的成形銑削如左圖所示，銑削時(shí)工件安裝在分度頭上,銑刀旋轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行切削加工,工作臺(tái)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng),加工完一個(gè)齒槽,分度頭將工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒,再加工另一個(gè)齒槽,依次加工出所有齒槽。

盤形齒輪銑刀銑削指形齒輪銑刀銑削在采用盤形齒輪銑刀或指狀齒輪銑刀加工齒輪時(shí),實(shí)際上是將同一模數(shù)和同一壓力角的銑刀制成8把(或15把)一套,每一號(hào)銑刀只加工一定范圍齒數(shù)的齒輪。每一號(hào)銑刀只加工一定范圍齒數(shù)的齒輪,如下邊所示。刀號(hào)12345678加工齒數(shù)范圍12~1314~1617~2021~2526~3435~5455~134135以上成形法一般用于單件小批量生產(chǎn)和機(jī)修工作中,加工精度為IT9~IT12級(jí),齒面粗糙度值Ra為6.3~3.2mm的直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪。2.展成法展成法是利用一對(duì)齒輪嚙合或齒輪與齒條嚙合原理,使其中一個(gè)作為刀具,在嚙合過(guò)程中加工齒面的方法。在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用廣泛。第二節(jié)齒形加工一、銑齒概念在臥式或立式銑床上用盤形齒輪銑刀或指狀齒輪銑刀加工,是成形法加工齒輪應(yīng)用較為廣泛的一種。工作過(guò)程銑齒時(shí)工件安裝在分度頭上,銑刀旋轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行切削加工,工作臺(tái)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng),加工完一個(gè)齒槽,分度頭將工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒,再加工另一個(gè)齒槽,依次加工出所有齒槽。應(yīng)用銑削斜齒圓柱齒輪必須在萬(wàn)能銑床上進(jìn)行。

成形法一般用于單件小批量生產(chǎn)和機(jī)修工作中,生產(chǎn)率和加工精度較低,加工IT9級(jí)以下的齒輪,用的是普通銑床,刀具易制造。二、滾齒特點(diǎn)滾齒是齒形加工中生產(chǎn)率較高、應(yīng)用較廣的一種加工方法。精度為IT6~IT8級(jí),齒面粗糙度Ra值為3.2~1μm,適于大批量生產(chǎn)。應(yīng)用滾齒還可以用于加工蝸輪。

滾齒的加工尺寸范圍也較大,從儀器儀表中的小模數(shù)齒輪到礦山和化工機(jī)械中的大型齒輪都廣泛采用滾齒加工。

滾齒既可用于齒形的粗加工和半精加工,也可用于精加工。如上圖所示，滾齒的成形運(yùn)動(dòng)是由滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成的復(fù)合運(yùn)動(dòng),為了滾切出全齒寬,滾刀還應(yīng)有沿工件軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。1.滾齒原理滾齒加工原理2.輪滾刀特點(diǎn)及應(yīng)用在齒面的切削加工中,齒輪滾刀的應(yīng)用范圍很廣,可以用來(lái)加工外嚙合的直齒輪、斜齒輪、標(biāo)準(zhǔn)及變位齒輪。其加工的范圍大,模數(shù)為0.1~40mm的齒輪,均可用齒輪滾刀加工。漸開線加工漸開線齒輪應(yīng)用漸開線蝸桿,但其制造困難阿基米德阿基米德蝸桿軸向剖面的齒形為直線,容易制造,生產(chǎn)中常用來(lái)代替漸開線蝸桿。法向直廓滾刀的基本蝸桿滾刀結(jié)構(gòu)分為整體式和鑲片式滾刀兩大類,如下圖所示。整體滾刀的結(jié)構(gòu)如上圖所示，目前中小模數(shù)(m=1~10mm)滾刀都做成整體結(jié)構(gòu),模數(shù)較大的滾刀為節(jié)省材料和便于熱處理一般做成鑲片式。滾刀的容屑槽有直槽和螺旋槽兩種,如下圖所示。滾刀的容屑槽示意圖如上圖所示，直槽滾刀制造方便,刃磨及檢查齒面精度也比較容易,目前多采用這種槽形。螺旋槽直槽3.滾刀的安裝應(yīng)當(dāng)使?jié)L刀的螺旋線方向與被加工齒輪的齒面線方向一致,滾刀和工件處于正確的嚙合位置。加工斜齒輪時(shí)滾刀的安裝角如左圖所示，將滾刀軸線與被切齒輪端面安裝成一定的角度,稱作安裝角δ。當(dāng)加工斜齒圓柱齒輪時(shí),滾刀的安裝角不僅與滾刀螺旋線方向及螺旋升角γ有關(guān),而且還與被加工齒輪的螺旋方向及螺旋角β有關(guān)。4.工件的安裝工件的安裝不僅與工件的形狀、大小、精度要求等有關(guān),而且還受到生產(chǎn)批量和裝備條件的限制。常用的安裝形式主要是夾具安裝。5.滾齒機(jī)的組成Y3150E型滾齒機(jī)如左圖所示，為Y3150E型滾齒機(jī)外形圖，其各組成部分均在圖中標(biāo)識(shí)。Y3150E型滾齒機(jī)是一種中型通用滾齒機(jī),主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪,也可以采用徑向切入加工蝸輪?？杉庸すぜ畲笾睆綖?00mm,最大模數(shù)8mm。6.提高滾齒生產(chǎn)率的途徑多件加工。徑向切入。

軸向竄刀和對(duì)角滾齒。(1)高速滾齒(2)采用多頭和大直徑滾刀(3)改進(jìn)滾齒加工方法7.滾齒加工的工藝特點(diǎn)適應(yīng)性好。生產(chǎn)率較高。

被切齒距偏差小。在滾齒加工中所形成工件齒廓的包絡(luò)線比插齒加工少得多。三、插齒1.插齒的基本原理插齒原理如左圖所示，插齒時(shí),刀具沿工件軸線方向作高速的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),形成切削加工的主運(yùn)動(dòng),同時(shí)還與工件作無(wú)間隙的嚙合運(yùn)動(dòng),在工件上加工出全部輪齒齒廓。2.插齒的基本運(yùn)動(dòng)切削加工的主運(yùn)動(dòng)展成運(yùn)動(dòng)基本運(yùn)動(dòng)徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)插齒刀作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng),向下為切削運(yùn)動(dòng),向上為返回的退刀運(yùn)動(dòng)。在加工過(guò)程中,必須使插齒刀和工件保持一對(duì)齒輪的嚙合關(guān)系,即在刀具轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒時(shí),工件也應(yīng)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒。為了逐漸切至工件的全齒深,插齒刀必須要有徑向進(jìn)給。圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是插齒刀的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),其轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢直接影響生產(chǎn)率、刀具負(fù)荷和切削過(guò)程所形成的包絡(luò)線密度。讓刀運(yùn)動(dòng)讓開和恢復(fù)原位的運(yùn)動(dòng)稱為讓刀運(yùn)動(dòng)。3.插齒刀的精度插齒刀的精度AA級(jí)A級(jí)B級(jí)用于用于用于加工IT6級(jí)精度的齒輪用于加工IT7級(jí)精度的齒輪加工IT8級(jí)精度的齒輪4.插齒加工的工藝特點(diǎn)一齒精度高。

一轉(zhuǎn)精度差。齒向偏差大。生產(chǎn)率低。5.插齒的加工范圍插齒適合加工滾齒不能加工的內(nèi)齒輪、階梯齒輪、齒條、扇形齒輪或雙聯(lián)(三聯(lián))等齒輪,精度為IT6~IT8級(jí),齒面粗糙度Ra值為μm,圓周進(jìn)給量在0.2~0.5mm/雙行程,較小值用于精加工,較大值用于粗加工,適于小批量生產(chǎn)。四、剃齒1.剃齒的基本原理剃齒原理示意圖如左圖所示，剃齒加工是根據(jù)一對(duì)螺旋角不等的螺旋齒輪的嚙合原理。

加工時(shí)剃齒刀1與被切齒輪2的軸線空間交叉一個(gè)角度。出全部輪齒齒廓。2.基本運(yùn)動(dòng)剃齒刀的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n1。工件沿軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)fz。基本運(yùn)動(dòng)工件每往復(fù)一次后的徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)fj。3.加工范圍及生產(chǎn)率剃齒加工范圍較廣,廣泛用于未淬火圓柱齒輪軟齒面的精加工。齒面精度為IT6~IT8級(jí),粗糙度Ra值為μm。

加工一個(gè)齒輪需2~4min,

所以生產(chǎn)效率較高,適于大批量生產(chǎn)。4.加工精度

剃齒加工精度主要取決于剃齒刀。只要剃齒刀本身的精度高,刃磨好,就能剃出表面粗糙度Ra值為1.5~0.32μm,精度為IT6~IT8級(jí)的齒輪。

剃齒余量的大小,對(duì)加工質(zhì)量及生產(chǎn)率有一定影響?？蓞⒖枷卤磉x擇剃齒余量。模數(shù)1~1.752~33.25~44~55.5~6剃齒余量0.070.080.090.100.11五、珩齒珩齒原理示意圖如左圖所示，珩磨輪可以做成齒輪式的,直接加工直齒和斜齒圓柱齒輪。珩齒可以精加工淬硬齒輪,可得到較小的表面粗糙度和較高的齒面精度。

珩齒是一對(duì)交錯(cuò)軸齒輪的嚙合傳動(dòng),所不同的只是珩磨是利用珩磨輪面上的磨料,通過(guò)壓力和相對(duì)滑動(dòng)速度來(lái)切除金屬的。

蝸桿形珩磨輪的齒面比剃齒刀簡(jiǎn)單,且易于修磨,珩磨輪精度可高于剃齒刀的精度。采用這種珩磨方式對(duì)齒輪的各項(xiàng)誤差能夠較好地修正,縮短生產(chǎn)周期,節(jié)約費(fèi)用。六、磨齒

一般磨齒機(jī)都采用展成法來(lái)磨削齒面,常見的有大平面砂輪磨齒機(jī)、碟形雙砂輪磨齒機(jī)、錐面砂輪磨齒機(jī)和蝸桿砂輪磨齒機(jī)。精度最高,,精度可達(dá)IT3級(jí),但效率較低。效率最高,被加工齒輪的精度為IT6級(jí)。

磨齒加工的主要特點(diǎn)是:加工精度高。修正誤差的能力強(qiáng),可以加工表面硬度很高的齒輪。

效率低,機(jī)床復(fù)雜,調(diào)整困難,故加工成本較高。

被磨削齒輪的精度主要取決于機(jī)床傳動(dòng)鏈的精度和蝸桿砂輪的形狀精度,如下圖所示。如左圖所示，砂輪為蝸桿狀,磨齒時(shí),砂輪與工件兩者保持嚴(yán)格的速比關(guān)系,為磨出全齒寬,砂輪還需沿軸線方向進(jìn)給。由于砂輪的轉(zhuǎn)速很高(約2000r/min),工件相應(yīng)的轉(zhuǎn)速也較高,因此磨削效率高。磨齒原理示意圖第三節(jié)圓柱齒輪加工工藝1.工藝過(guò)程

圓柱齒輪的加工工藝過(guò)程包括以下內(nèi)容:齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝及齒面的精加工。

下圖為直齒圓柱齒輪的工序簡(jiǎn)圖。齒輪工序簡(jiǎn)圖

加工工藝過(guò)程如下表所示。序號(hào)工藝內(nèi)容及要求定位基準(zhǔn)設(shè)備1鍛造2正火3粗車各部、均留余量1.5mm外圓、端面CA6140車床4精車各部至尺寸要求外孔、內(nèi)孔、端面CA610車床5滾齒,留剃齒余量0.007~0.10mm內(nèi)孔、B端面Y3150E滾齒機(jī)6倒角內(nèi)孔、B端面倒角機(jī)7插鍵槽達(dá)圖樣要求外圓、B端面插床8去毛刺9剃齒內(nèi)孔、B端面Y571410熱處理:齒面高頻感應(yīng)加熱淬火11珩齒達(dá)圖樣要求內(nèi)孔、B端面Y571412終檢入庫(kù)對(duì)普通鏜床的坐標(biāo)測(cè)量裝置的主要形式介紹如下:普通刻線尺與游標(biāo)尺加放大鏡測(cè)量裝置。百分表與塊規(guī)測(cè)量裝置。

經(jīng)濟(jì)刻度尺與光學(xué)讀數(shù)頭測(cè)量裝置。

光柵數(shù)字顯示裝置和感應(yīng)同步器測(cè)量裝置。一、平行孔系的加工1.找正法加工孔系根據(jù)圖樣要求在毛坯或半成品上劃出界線作為加工依據(jù),然后按劃線找正加工。劃線和找正誤差較大,所以加工精度低,一般在。劃線找正法要求各平行孔中心線之間及孔中心線與基準(zhǔn)面之間的距離尺寸精度和位置精度。量塊心軸找正法如上圖所示，將精密心軸插入鏜床主軸孔內(nèi)(或直接利用鏜床主軸),然后根據(jù)孔和定位基面的距離用塊規(guī)、塞尺校正主軸位置,鏜第一排孔。鏜第二排孔時(shí),分別在第一排孔和主軸中插入心軸,然后采用同樣方法確定鏜第二排孔時(shí)的主軸位置。心軸和塊規(guī)找正1—心軸;2—鏜床主軸;3—塊規(guī);4—塞尺;5—工作臺(tái)樣板找正法

如上圖所示，工件孔距尺寸的平均值在10~20mm厚的鋼板樣板上加工出位置精度很高(±0.01~±0.03mm)的相應(yīng)孔系,其孔徑比被加工孔徑大,以便鏜桿通過(guò)。樣板上的孔有較高的形狀精度和較小的表面粗糙度。樣板找正法千分表樣板2.用鏜模加工孔系工件裝在帶有鏜模板的夾具內(nèi),并通過(guò)定位與夾緊裝置使工件上待加工孔與鏜模板上的孔同軸。鏜桿支承在鏜模板的支架導(dǎo)向套里,這樣,鏜刀便通過(guò)模板上的孔將工件上相應(yīng)的孔加工出來(lái)。方法鏜?？梢詰?yīng)用于普通機(jī)床、專業(yè)機(jī)床和組合機(jī)床,用鏜模法加工孔系,可以大大提高工藝系統(tǒng)的剛性和抗振性。

鏜模法加工