《機(jī)械制造技術(shù)》課件第9章

第9章齒輪零件加工工藝及工藝實(shí)施

9.1概述

9.2圓柱齒輪齒形加工方法和加工方案9.3齒輪零件的加工工藝分析9.4齒輪零件工藝實(shí)施習(xí)題

9.1概述

9.1.1齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)齒輪傳動在現(xiàn)代機(jī)器和儀器中的應(yīng)用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動和動力。齒輪的結(jié)構(gòu)由于使用要求不同而具有不同的形狀，但從工藝角度上可將齒輪看成是由齒圈和輪體兩部分構(gòu)成。按照齒圈上輪齒的分布形式，可分為直齒、斜齒、人字齒等；按照輪體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，齒輪大致分為盤形齒輪(如圖9-1(a)、(b)、(c)所示)、套筒齒輪(如圖9-1(d)、(e)

所示)、軸齒輪(如圖9-1(f)所示)、扇形齒輪(如圖9-1(g)所示)和齒條(如圖9-1(h)所示)等。

圖9-1圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式

在上述各種齒輪中，盤形齒輪應(yīng)用最廣。盤形齒輪的內(nèi)孔多為精度較高的圓柱孔和花鍵孔。其輪緣具有一個或幾個齒圈。單齒圈齒輪的結(jié)構(gòu)工藝性最好，可采用任何一種齒形加工方法加工輪齒；雙聯(lián)或三聯(lián)等多齒圈齒輪（如圖9-1(b)、(c)所示），當(dāng)其輪緣間的軸向距離較小時，小齒圈齒形的加工方法的選擇就會受到限制，通常只能選用插齒。如果小齒圈精度要求高，需要精滾或磨齒加工，而軸向距離在設(shè)計(jì)上又不允許加大時，可將此多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)，以改善加工的工藝性。

9.1.2齒輪的技術(shù)要求

根據(jù)齒輪的使用條件，對各種齒輪提出了不同的精度要求，以保證其傳遞運(yùn)動具有準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性，齒面接觸良好和齒側(cè)間隙適當(dāng)。因此GB10095—88中對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級，從1～12順次降低。其中1～2級是有待發(fā)展的精度等級，3～5級為高精度等級，6～8級為中等精度等級，9級以下為低精度等級。每個精度等級都有三個公差組，分別規(guī)定出各項(xiàng)公差和偏差項(xiàng)目，見表9-1。

表9-1齒輪公差組

9.1.3齒輪的材料、熱處理和毛坯

1.齒輪材料的選擇

齒輪應(yīng)按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的合適與否對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。

一般來說，對于低速重載的傳力齒輪，齒面受壓產(chǎn)生塑性變形和磨損，且輪齒易折斷。應(yīng)選用機(jī)械強(qiáng)度、硬度等綜合力學(xué)性能較好的材料，如18CrMnTi；線速度高的傳力齒輪，齒面容易產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，所以齒面應(yīng)有較高的硬度，可用38CrMoAlA氮化鋼；承受沖擊載荷的傳力齒輪，應(yīng)選用韌性好的材料，如低碳合金鋼18CrMnTi；非傳力齒輪可以選用未淬火鋼、鑄鐵、夾布膠木、尼龍等材料。一般用途的齒輪均用45鋼等中碳結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。

2.齒輪的熱處理

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(yù)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(yīng)力，改善材料的切削性能和提高綜合力學(xué)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(jìn)行滲碳淬火，高頻淬火，碳氮共滲和氮化處理等熱處理工序。

3.齒輪毛坯

齒輪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)簡單且對強(qiáng)度要求不太高的齒輪。當(dāng)齒輪強(qiáng)度要求高，并要求耐磨損、耐沖擊時，多用鍛件毛坯。當(dāng)齒輪的直徑大于?400時，常用鑄造齒坯。為了減少機(jī)械加工量，對大尺寸、低精度的齒輪，可以直接鑄出輪齒；對于小尺寸、形狀復(fù)雜的齒輪，可以采用精密鑄造、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，以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料。

9.2圓柱齒輪齒形加工方法和加工方案

9.2.1齒坯的加工方法齒形加工之前的齒輪加工稱為齒坯加工，齒坯的內(nèi)孔（或軸頸）、端面或外圓經(jīng)常是齒輪加工、測量和裝配的基準(zhǔn)，齒坯的精度對齒輪的加工精度有著重要的影響。因此，齒坯加工在整個齒輪加工中占有重要的地位。齒坯加工方案的選擇主要與齒輪的輪體結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量等因素有關(guān)。

1)中小批量生產(chǎn)的齒坯加工

中小批生產(chǎn)盡量采用通用機(jī)床加工。對于圓柱孔齒坯，可采用粗車各部分—精加工內(nèi)孔—精車各部分的路線：

（1）在臥式車床上粗車齒輪各部分；

（2）在一次安裝中精車內(nèi)孔和基準(zhǔn)端面，以保證基準(zhǔn)端面對內(nèi)孔的跳動要求；

（3）以內(nèi)孔在心軸上定位，精車外圓、端面及其它部分。

對于花鍵孔齒坯，采用粗車-拉-精車的加工方案。

2）大批量生產(chǎn)的齒坯加工

大批量生產(chǎn)中，無論花鍵孔或圓柱孔，均采用高生產(chǎn)率的機(jī)床（如拉床、多軸自動車床或多刀半自動車床等），其加工方案如下：

（1）以外圓定位加工端面和孔（留拉削余量）；

（2）以端面支承拉孔；

（3）以孔在心軸上定位，在多刀半自動車床上粗車外圓、端面和切槽；

（4）不卸下心軸，在另一臺車床上精車外圓、端面、切槽和倒角，如圖9-2所示。

圖9-2多刀半自動車床上精車齒坯外形

9.2.2齒形的加工方法

一個齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個加工過程都是圍繞著齒形加工工序展開的。齒形加工方法很多，按加工中有無切削，可分為無切削加工和有切削加工兩大類。

無切削加工包括熱軋齒輪、冷軋齒輪、精鍛、粉末冶金等新工藝。無切削加工具有生產(chǎn)率高、材料消耗少、成本低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，目前已推廣使用。但因其加工精度較低，工藝不夠穩(wěn)定，特別是生產(chǎn)批量小時難以采用，這些缺點(diǎn)限制了它的使用。

齒形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齒形的主要加工方法。按其加工原理可分為成形法和展成法兩種。

成形法的特點(diǎn)是所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同，如圖9-3所示。用成形原理加工齒形的方法有：用齒輪銑刀在銑床上銑齒；用成形砂輪磨齒；用齒輪拉刀拉齒等。

圖9-3成形法加工齒輪

1.滾齒

滾齒是齒形加工方法中生產(chǎn)率較高、應(yīng)用最廣的一種加工方法。在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀加工齒輪的原理，相當(dāng)于一對螺旋齒輪作無側(cè)隙強(qiáng)制性的嚙合，如圖9-4所示。滾齒加工的通用性較好,既可加工圓柱齒輪，又可加工蝸輪；既可加工漸開線齒形，又可加工圓弧、擺線等齒形；既可加工大模數(shù)齒輪，又可加工大直徑齒輪。

滾齒可直接加工8～9級精度齒輪，也可用作7級以上齒輪的粗加工及半精加工。滾齒可以獲得較高的運(yùn)動精度，但因滾齒時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，因而齒面的表面粗糙度值較大。為了提高滾齒的加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗精滾齒分開。

圖9-4齒輪滾刀的工作原理

2.插齒

插齒是按展成法原理加工齒輪的，插齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個磨有前后角并具有切削刃的齒輪。圖9-5所示為插齒的工作原理。

圖9-5插齒的工作原理

插齒和滾齒相比，在加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和應(yīng)用范圍等方面具有如下特點(diǎn)：

1）插齒的加工質(zhì)量

（1）插齒的齒形精度比滾齒高。滾齒時，形成齒形包絡(luò)線的切線數(shù)量只與滾刀容屑槽的數(shù)目和基本蝸桿的頭數(shù)有關(guān)，它不能通過改變加工條件而增減；但插齒時，形成齒形包絡(luò)線的切線數(shù)量由圓周進(jìn)給量的大小決定，并可以選擇。此外，制造齒輪滾刀時是近似造型的蝸桿來替代漸開線基本蝸桿，這就有造形誤差。而插齒刀的齒形比較簡單，可通過高精度磨齒獲得精確的漸開線齒形。所以插齒可以得到較高的齒形精度。

圖9-6滾齒和插齒齒面的比較

（2）插齒后齒面的粗糙度值比滾齒小。這是因?yàn)闈L齒時，滾刀在齒向方向上作間斷切削，形成如圖9-6(a)所示的魚鱗狀波紋；而插齒時插齒刀沿齒向方向的切削是連續(xù)的，如圖9-6(b)所示。所以插齒時齒面粗糙度值較小。

（3）插齒的運(yùn)動精度比滾齒差。這是因?yàn)椴妪X機(jī)的傳動鏈比滾齒機(jī)多了一個刀具蝸輪副，即多了一部分傳動誤差。另外，插齒刀的一個刀齒對應(yīng)切削工件的一個齒槽，因此，插齒刀本身的周節(jié)累積誤差必然會反映到工件上。而滾齒時，因?yàn)楣ぜ拿恳粋€齒槽都是由滾刀相同的2～3圈刀齒加工出來的，故滾刀的齒距累積誤差不會影響被加工齒輪的齒距精度，所以滾齒的運(yùn)動精度比插齒高。

（4）插齒的齒向誤差比滾齒大。插齒時的齒向誤差主要取決于插齒機(jī)主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差。由于插齒刀工作時往復(fù)運(yùn)動的頻率高，使得主軸與套筒之間的磨損大，因此插齒的齒向誤差比滾齒大。

所以就加工精度來說，對運(yùn)動精度要求不高的齒輪，可直接用插齒來進(jìn)行齒形精加工，而對于運(yùn)動精度要求較高的齒輪和剃前齒輪（剃齒不能提高運(yùn)動精度），則用滾齒較為有利。

2）插齒的生產(chǎn)率

切制模數(shù)較大的齒輪時，插齒速度要受到插齒刀主軸往復(fù)運(yùn)動慣性和機(jī)床剛性的制約，切削過程又有空程的時間損失，故生產(chǎn)率不如滾齒高。只有在加工小模數(shù)、多齒數(shù)并且齒寬較窄的齒輪時，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高。

3）滾、插齒的應(yīng)用范圍

（1）加工帶有臺肩的齒輪以及空刀槽很窄的雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，只能用插齒。這是因?yàn)椴妪X刀“切出”時只需要很小的空間，而滾刀會與大直徑部位發(fā)生干涉。

（2）加工無空刀槽的人字齒輪，只能用插齒。

（3）加工內(nèi)齒輪，只能用插齒。

（4）加工蝸輪，只能用滾齒。

（5）加工斜齒圓柱齒輪，兩者都可用，但滾齒比較方便。插制斜齒輪時，插齒機(jī)的刀具主軸上須設(shè)有螺旋導(dǎo)軌，以提供插齒刀的螺旋運(yùn)動，并且要使用專門的斜齒插齒刀，所以很不方便。

3.剃齒

剃齒加工是根據(jù)一對螺旋角不等的螺旋齒輪嚙合的原理，剃齒刀與被切齒輪的軸線空間交叉一個角度，如圖9-7所示，剃齒刀為主動輪1，被切齒輪為從動輪2，它們的嚙合為無側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運(yùn)動。

圖9-7剃齒原理

剃齒具有如下特點(diǎn)：

(1）剃齒加工精度一般為IT7～I(xiàn)T6級，表面粗糙度Ra為0.8～0.4μm，用于未淬火齒輪的精加工。

(2）剃齒加工的生產(chǎn)率高，加工一個中等尺寸的齒輪一般只需2～4min，與磨齒相比較，可提高生產(chǎn)率10倍以上。

(3）由于剃齒加工是自由嚙合，機(jī)床無展成運(yùn)動傳動鏈，故機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)床調(diào)整容易。

4.珩齒

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。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，也可以采用珩齒進(jìn)行精加工。

珩齒原理與剃齒相似，珩輪與工件類似于一對螺旋齒輪呈無側(cè)隙嚙合，利用嚙合處的相對滑動，在齒面間施加一定的壓力來進(jìn)行珩齒。

珩輪由磨料（通常80?！?80＃粒度的電剛玉）和環(huán)氧樹脂等原料混合后澆鑄而成。珩齒是齒輪熱處理后的一種精加工方法。

與剃齒相比較，珩齒具有以下工藝特點(diǎn)：

(1）珩輪結(jié)構(gòu)和磨輪相似，但珩齒速度較低（通常為1～3m／s），加之磨粒粒度較細(xì)，珩輪彈性較大，故珩齒過程實(shí)際上是一種低速磨削、研磨和拋光的綜合過程。

(2）珩齒時，齒面間隙除沿齒向有相對滑動外，沿齒形方向也存在滑動，因而齒面形成復(fù)雜的網(wǎng)紋，提高了齒面質(zhì)量，其粗糙度可從Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。

(3）珩輪彈性較大，對珩前齒輪的各項(xiàng)誤差修正作用不強(qiáng)。因此，對珩輪本身的精度要求不高，珩輪誤差一般不會反映到被珩齒輪上。

(4）珩輪主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮和毛刺。珩齒余量一般不超過0.025mm，珩輪轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min以上，縱向進(jìn)給量為0.05～0.065mm/r。

(5）珩輪生產(chǎn)率較高，一般一分鐘珩一個，通過3～5次往復(fù)即可完成。

5.磨齒

磨齒是目前齒形加工中精度最高的一種方法。它既可磨削未淬硬齒輪，也可磨削淬硬齒輪。磨齒精度可達(dá)IT6～I(xiàn)T4級，齒面粗糙度為Ra0.8～0.2μm。磨齒對齒輪誤差及熱處理變形有較強(qiáng)的修正能力，多用于硬齒面高精度齒輪及插齒刀、剃齒刀等齒輪刀具的精加工。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低、加工成本高，故適用于單件小批生產(chǎn)。

根據(jù)齒面漸開線的形成原理，磨齒方法分為仿形法磨齒和展成法磨齒兩類。仿形法磨齒是用成形砂輪直接磨出漸開線齒形，目前應(yīng)用較少；展成法磨齒是將砂輪工作面制成假想齒條的兩側(cè)面，通過與工件的嚙合運(yùn)動包絡(luò)出齒輪的漸開線齒面。常見的磨齒方法有錐面砂輪磨齒（如圖9-8所示）和雙片蝶形砂輪磨齒（如圖9-9所示）。

圖9-8錐面砂輪磨齒原理

圖9-9雙片碟形砂輪磨齒原理

9.2.3齒輪加工方案選擇

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。下面提出齒輪加工方案選擇時的幾條原則，以供參考。

(1)對于8級及8級以下精度的未淬硬齒輪，可用銑齒、滾齒或插齒直接達(dá)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，其齒輪加工方案為：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級以上精度的齒輪，一般采用磨齒方案。

(6)對于大批量生產(chǎn)，用滾（插）齒－冷擠齒的加工方案，可穩(wěn)定地獲得7級精度齒輪。9.3齒輪零件的加工工藝分析

9.3.1齒輪的加工工藝過程圖9-10所示為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr，精度為7－6－6級，其加工要求見表9-2，加工工藝過程見表9-3。圖9-11所示為一高精度齒輪，材料為40Cr，精度為6－5－5級，其加工要求見表9-4，加工工藝過程見表9-5。

圖9-10雙聯(lián)齒輪

表9-2雙聯(lián)齒輪加工要求

表9-3雙聯(lián)齒輪加工工藝過程

圖9-11高精度齒輪

表9-4高精度齒輪加工要求

表9-5高精度齒輪加工工藝過程

9.3.2齒輪加工工藝分析

1.加工階段的劃分

從表9-3和表9-5中可見，齒輪加工工藝過程大致要經(jīng)過如下幾個階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準(zhǔn)修正及齒形精加工等。

第一階段是齒坯最初進(jìn)入機(jī)械加工的階段。這個階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。

第二階段是齒形的加工階段。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(yīng)當(dāng)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(guān)鍵階段。

第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對齒面進(jìn)行淬火處理，使齒面達(dá)到規(guī)定的硬度要求。

最后階段是齒形的精加工階段。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(jìn)一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達(dá)到最終的精度要求。在這個階段中首先應(yīng)對定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進(jìn)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作為基準(zhǔn)進(jìn)行齒形精加工，是很難達(dá)到齒輪精度要求的。以修整過的基準(zhǔn)面定位進(jìn)行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確可靠，余量分布也比較均勻，以便達(dá)到精加工的目的。

2.定位基準(zhǔn)的確定

定位基準(zhǔn)的精度對齒形加工精度有直接的影響。軸類齒輪的齒形加工一般選擇頂尖孔定位，一些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇齒輪軸頸和一端面定位。盤套類齒輪的齒形加工常采用兩種定位基準(zhǔn)。

(1）內(nèi)孔和端面定位。選擇既是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)又是測量和裝配基準(zhǔn)的內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，既符合“基準(zhǔn)重合”原則，又能使齒形加工等工序基準(zhǔn)統(tǒng)一，只要嚴(yán)格控制內(nèi)孔精度，在專用心軸上定位時不需要找正。故生產(chǎn)率高，廣泛用于成批生產(chǎn)中。

(2）外圓和端面定位。齒坯內(nèi)孔在通用心軸上安裝，用找正外圓來決定孔中心位置，故要求齒坯外圓對內(nèi)孔的徑向跳動要小。因找正效率低，一般用于單件小批生產(chǎn)。

3.齒端加工

如圖9-12所示，齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動時容易進(jìn)入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經(jīng)滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動中易崩裂。

圖9-12齒端加工形式圖9-13齒端倒圓加工示意圖

4.精基準(zhǔn)修正

齒輪淬火后基準(zhǔn)孔產(chǎn)生變形，為保證齒形精加工質(zhì)量，對基準(zhǔn)孔必須給予修正。

對外徑定心的花鍵孔齒輪，通常用花鍵推刀修正。推孔時要防止歪斜，有的工廠采用加長推刀前引導(dǎo)來防止歪斜，已取得較好效果。

對圓柱孔齒輪的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生產(chǎn)率高，常用于未淬硬齒輪；磨孔精度高，但生產(chǎn)率低，對于整體淬火后內(nèi)孔變形大硬度高的齒輪，或內(nèi)孔較大、厚度較薄的齒輪，則以磨孔為宜。

圖9-14齒輪分度圓定心示意圖磨孔時一般以齒輪分度圓定心，如圖9-14所示，這樣可使磨孔后的齒圈徑向跳動較小，對以后磨齒或珩齒有利。為提高生產(chǎn)率，有的工廠以金剛鏜代替磨孔也取得了較好的效果。

對高精度的齒輪，定位基準(zhǔn)的精度要求較高，由圖?9-12可見，作為定位基準(zhǔn)的內(nèi)孔其尺寸精度標(biāo)注為?85H5，基準(zhǔn)端面的粗糙度值較小，為Ra1.6μm，它對基準(zhǔn)孔的跳動量為0.014mm，這幾項(xiàng)均比一般精度的齒輪要求要高。因此，在齒坯加工中，除了要注意控制端面與內(nèi)孔的垂直度外，尚需留一定的余量進(jìn)行精加工。精加工孔和端面采用磨削，先以齒輪分度圓和端面作為定位基準(zhǔn)磨孔，再以孔為定位基準(zhǔn)磨端面，控制端面跳動要求，以確保齒形精加工用的精基準(zhǔn)的精確度。

9.4齒輪零件工藝實(shí)施

9.4.1刀具

1.成形法齒輪刀具該類齒輪刀具的切削刃輪廓與被加工齒輪槽廓形相同或相似，通常適用于加工直齒圓柱齒輪、斜齒齒條等。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀、指狀齒輪銑刀等。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，可在普通銑床上使用，但是加工精度和效率較低，主要用于單件、小批量生產(chǎn)和修配。下面以盤形齒輪銑刀為例，簡要介紹該類刀具的選用。用模數(shù)盤形齒輪銑刀銑削直齒圓柱齒輪時，刀具廓形應(yīng)與工件端剖面內(nèi)的齒槽漸開線廓形相同。

當(dāng)被銑削齒輪的模數(shù)、壓力角相等，而齒數(shù)不同時，其基圓直徑也不同，因而漸開線的形狀（彎曲程度）也不同。因此銑削不同的齒數(shù)，應(yīng)采用不同齒形的銑刀，即不能用一把銑刀銑制同一模數(shù)中所有齒數(shù)的齒輪齒形，如圖9-11所示。但為了避免制造數(shù)量過多的盤形銑刀，生產(chǎn)上采用刀號的辦法，如表9-6所示。即用某一刀號的銑刀銑制模數(shù)和壓力角相同而齒數(shù)不同的一組齒輪。每號銑刀的齒形均按所銑制齒輪范圍中最小齒數(shù)的齒形設(shè)計(jì)。

表9-6盤形銑刀刀號

用盤形銑刀銑制斜齒輪時，銑刀是在齒輪法剖面中進(jìn)行成形銑削的。選擇刀號時，銑刀模數(shù)應(yīng)依照被切齒輪的法向模數(shù)mn和法剖面中的當(dāng)量齒輪的當(dāng)量齒數(shù)Zv選擇。

式中,β——斜齒輪螺旋角（°）；

Zv——當(dāng)量齒數(shù)；

Z——斜齒輪齒數(shù)。

2.展成法齒輪刀具

1）滾刀

滾刀按國家標(biāo)準(zhǔn)《高精度齒輪滾刀通用技術(shù)條件》的規(guī)定，Ⅰ型適用于JB3327－83規(guī)定的AAA級滾刀、GB6084－85規(guī)定的AA級滾刀；Ⅱ型適用于GB6084－85所規(guī)定的AA、A、B、C級四種精度的滾刀。一般情況下，AA級滾刀可加工6～7級齒輪，A級可加工7～8級齒輪，B級可加工8～9級齒輪，C級可加工9～10級齒輪。

滾刀安裝在滾齒機(jī)的心軸上后，需要用千分表檢驗(yàn)滾刀兩端凸臺的徑向圓跳動不大于0.005mm。

滾刀在滾切齒輪時，通常情況下只有中間幾個刀齒切削工件，因此這幾個刀齒容易磨損。為使各刀齒磨損均勻，延長滾刀耐用度，可采取當(dāng)滾刀切削一定數(shù)量的齒輪后，用手動或機(jī)動方法沿滾刀軸線移動一個或幾個齒距，以延長滾刀壽命。

滾齒時，當(dāng)發(fā)現(xiàn)齒面粗糙度大于Ra3.2μm以上，或有光斑、聲音不正常，或在精切齒時滾刀刀齒后刀面磨損超過0.2～0.5mm，粗切齒超過0.8～1.0mm時，就應(yīng)重磨滾刀。對滾刀的重磨必須予以重視，使切削刃仍處于基本蝸桿螺旋面上。如果滾刀重磨不正確，會使?jié)L刀失去原有的精度。

滾刀的刃磨應(yīng)在專用滾刀刃磨機(jī)床上進(jìn)行。若沒有專用刃磨機(jī)床時，可在萬能工具磨床上裝一專用夾具來重磨滾刀。專用夾具使?jié)L刀作螺旋運(yùn)動，并精密分度。注意不能徒手刃磨。

2）插齒刀

插齒刀的形狀很像齒輪，它的模數(shù)和名義齒形角等于被加工齒輪的模數(shù)和齒形角，不同的是插齒刀有切削刃和前后角。

表9-7插齒刀主要類型與規(guī)格、用途

選用插齒刀時，除了根據(jù)被切齒輪的種類選定插齒刀的類型，使插齒刀的模數(shù)、齒形角和被切齒輪的模數(shù)、齒形角相等外，還需根據(jù)被切齒輪參數(shù)進(jìn)行必要的校驗(yàn)，以防切齒時發(fā)生根切、頂切和過渡曲線干涉等。

插齒刀制成AA、A、B三級精度，分別加工6、7、8級精度的齒輪。

3）剃齒刀

剃齒刀的齒面開槽形成刀刃，它的兩側(cè)面都能進(jìn)行切削加工，但兩側(cè)面的切削角度不同，一側(cè)為銳角，切削能力強(qiáng)；另一側(cè)為鈍角，切削能力弱。為了使齒輪兩側(cè)獲得同樣的剃削條件，在剃削過程中，剃齒刀作交替正反轉(zhuǎn)運(yùn)動。

剃齒刀的精度分A、B、C三級，分別加工6、7、8級精度的齒輪。剃齒刀分度圓直徑隨模數(shù)大小有85mm、180mm和240mm三種，其中240mm應(yīng)用最普遍。分度圓螺旋角有5°、10°和15°三種，其中5°和10°兩種應(yīng)用最廣泛。15°多用于加工直齒圓柱齒輪；5°多用于加工斜齒輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪。在剃削斜齒輪時，軸交叉角度不宜超過10°～20°，不然剃削效果不好。

9.4.2機(jī)床

1.齒輪加工機(jī)床的類型及其用途

目前按照被加工齒輪種類的不同，齒輪加工機(jī)床主要可分為圓柱齒輪加工機(jī)床和圓錐齒輪加工機(jī)床兩大類。此外還有齒輪齒端加工機(jī)床（倒角及檢查機(jī)）、齒輪的無屑加工設(shè)備等。

1）圓柱齒輪加工機(jī)床

（1）滾齒機(jī),主要用于加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪。

（2）插齒機(jī),主要用于加工單聯(lián)和多聯(lián)的內(nèi)外直齒圓柱齒輪。

（3）剃齒機(jī),主要用于淬火前的直齒和斜齒圓柱齒輪的齒廓精加工。

（4）珩齒機(jī),主要用于對熱處理后的直齒和斜齒圓柱齒輪的齒廓精加工。

（5）磨齒機(jī),主要用于淬火后的圓柱齒輪的齒廓精加工。

此外還有花鍵軸銑床，車齒機(jī)等。

2）圓錐齒輪加工機(jī)床

此類機(jī)床可分為直齒錐齒輪加工機(jī)床和弧齒錐齒輪加工機(jī)床兩類。用于加工直齒錐齒輪的機(jī)床有錐齒輪刨齒機(jī)、磨齒機(jī)等;用于加工弧齒輪的機(jī)床有弧齒輪銑齒機(jī)、磨齒機(jī)等。

此外，隨著計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，齒輪CNC機(jī)床的發(fā)展也非常迅速。

下面主要以Y3150E型滾齒機(jī)為例介紹其功用和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.Y3150E型滾齒機(jī)

Y3150E型滾齒機(jī)主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪。此外，使用蝸輪滾刀時，還可用手動徑向進(jìn)給滾切蝸輪或通過切向進(jìn)給機(jī)構(gòu)切向進(jìn)給滾切蝸輪，也可用相應(yīng)的滾刀加工花鍵軸、鏈輪及同步帶輪。機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)為：加工齒輪最大直徑500mm，最大寬度250mm，最大模數(shù)8mm，最小齒數(shù)5k（k為滾刀齒數(shù)）。

1）主要組成部分

如圖9-15所示，機(jī)床由床身1、立柱2、刀架滑板3、滾刀架5、后立柱8和工作臺9等主要部件組成。立柱2固定在床身上，刀架滑板3帶動滾刀架可沿立柱導(dǎo)軌作垂向進(jìn)給運(yùn)動或快速移動。滾刀安裝在刀桿4上，由滾刀架5的主軸帶動作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動。該刀架可繞自己的水平軸線轉(zhuǎn)動，以調(diào)整短刀的安裝角度。工件安裝在工作臺9的心軸7上或直接安裝在工作臺上，隨同工作臺一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。工作臺和后立柱裝在同一滑板上，可沿床身的水平導(dǎo)軌移動，以調(diào)整工件的徑向位置或作手動徑向進(jìn)給運(yùn)動。后立柱上的支架6可通過軸套或頂尖支承在工件心軸的上端，以提高滾切工作的平穩(wěn)性。

圖9-15Y3150型滾齒機(jī)外形圖

2）機(jī)床運(yùn)動分析

（1）加工直齒圓柱齒輪時的運(yùn)動分析。

根據(jù)展成法滾齒原理可知，用滾刀加工齒輪時，除具有切削工作運(yùn)動外，還必須嚴(yán)格保持滾刀與工件之間的運(yùn)動關(guān)系，這是切制出正確齒廓形狀的必要條件。因此，滾齒機(jī)在加工直齒圓柱齒輪時的運(yùn)動有以下幾種。

①主運(yùn)動：主運(yùn)動即滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)合理的切削速度和滾刀直徑，即可確定滾刀的轉(zhuǎn)速。

②展成運(yùn)動：展成運(yùn)動即滾刀與工件之間的嚙合運(yùn)動。滾刀與工件應(yīng)準(zhǔn)確地保持一對嚙合齒輪的傳動比關(guān)系。設(shè)滾刀頭數(shù)為k，工件齒數(shù)為z，則每當(dāng)滾刀轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)時，工件應(yīng)轉(zhuǎn)k／z轉(zhuǎn)。

③垂向進(jìn)給運(yùn)動：垂向進(jìn)給運(yùn)動即滾刀沿工件軸線方向作連續(xù)的進(jìn)給運(yùn)動，以切出整個齒寬上的齒形。根據(jù)合理的工藝條件（滾刀和工件材料），即可確定滾刀的垂向進(jìn)結(jié)速度。

為了實(shí)現(xiàn)上述三個運(yùn)動，機(jī)床就必須具有三條相應(yīng)的傳動鏈，而每一傳動鏈中，又必須有可調(diào)環(huán)節(jié)（即變速機(jī)構(gòu)），以保證傳動鏈兩端間的運(yùn)動關(guān)系。由圖9-16可以得知，主運(yùn)動傳動鏈的兩端件為電動機(jī)和滾刀，滾刀的轉(zhuǎn)速可通過改變uv的傳動比進(jìn)行調(diào)整；展成運(yùn)動鏈的兩端件為滾刀及工件，通過調(diào)整uc的傳動比，保證滾刀轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)k/z轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動；垂向進(jìn)給鏈的兩端件為工件和滾刀，通過調(diào)整uf的傳動比，使工件轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)時，該刀在垂向進(jìn)給絲杠帶動下，沿工件軸向移動所要求的進(jìn)給量。

（2）加工斜齒圓柱齒輪的運(yùn)動分析。

加工斜齒圓柱齒輪的運(yùn)動和加工直齒圓柱齒輪時一樣，同樣需要主運(yùn)動、展成運(yùn)動和垂向進(jìn)給運(yùn)動。此外，為了形成螺旋形的輪齒，還必須給工件一個附加運(yùn)動，這同在銑床上銑螺旋槽相似，即刀具沿工件軸線方向進(jìn)給一個螺旋線導(dǎo)程時，工件應(yīng)均勻地轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)。所以，在加工斜齒圓柱齒輪時，機(jī)床必須具有四條相應(yīng)的傳動鏈來實(shí)現(xiàn)上述四個工作運(yùn)動。圖9-17所示為加工斜齒圓柱齒輪時滾齒機(jī)的傳動原理圖。

圖9-16加工直齒圓柱齒輪時滾齒機(jī)的傳動原理

圖9-17加工斜齒圓柱齒輪時滾齒機(jī)的傳動原理

在圖9-17中，uf為附加運(yùn)動鏈的變速機(jī)構(gòu)傳動比。需要特別指出的是，在加工斜齒圓柱齒輪時，展成運(yùn)動和附加運(yùn)動這兩條傳動鏈需要將兩種不同要求的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動同時傳給工件。在一般情況下，兩個運(yùn)動同時傳到一根軸上時，運(yùn)動會發(fā)生干涉而將軸損壞。因此，在滾齒機(jī)上設(shè)有把不同方向和大小的運(yùn)動進(jìn)行合成的機(jī)構(gòu)。符號∑表示運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)。

滾齒機(jī)所用的運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)通常是圓柱齒輪或錐齒輪行星機(jī)構(gòu)。圖9-18

(a)、(b)、（c)所示為Y3150E型滾齒機(jī)所用的運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)，它主要由四個模數(shù)m=3、齒數(shù)z=30、螺旋角β=0°的弧齒錐齒輪組成。

圖9-18

Y3150E型滾齒機(jī)所用的運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)

9.4.3檢驗(yàn)方法和檢具

齒輪檢驗(yàn)按其目的可分為驗(yàn)收檢驗(yàn)和工藝檢驗(yàn)。驗(yàn)收檢驗(yàn)時可選用與齒輪使用條件相近的齒輪單面嚙合綜合檢驗(yàn)，或選用表9-1所推薦的各項(xiàng)檢驗(yàn)組合，以便按齒輪精度要求全面地評定齒輪加工質(zhì)量，確定其是否合格。

工藝檢驗(yàn)時可采用齒形誤差、基節(jié)偏差、公法線長度變動和齒圈徑向跳動等單項(xiàng)檢驗(yàn)項(xiàng)目，以分析該工序的加工誤差，評定機(jī)床－刀具－工件系統(tǒng)的精度。齒輪側(cè)隙用齒厚偏差與公法線平均長度偏差等指標(biāo)來評定。

根據(jù)齒輪的四個使用要求，對齒輪的三個公差組和側(cè)隙的合理性分別規(guī)定了公差組的檢驗(yàn)組，因各公差組中的公差項(xiàng)目所控制的誤差的性質(zhì)是相同的，所以只要在每一個公差組中選出一項(xiàng)或數(shù)項(xiàng)公差標(biāo)注在齒輪工作圖樣上，