热加工工艺基础第七章齿轮齿形的加工

第七章齿轮齿形的加工(P97)§7-1概述一、圆柱齿轮传动的精度要求与精度等级二、齿轮精度的选择§7-2圆柱齿轮齿形的加工方法及特点一、铣齿二、滚齿三、插齿四、剃齿五、珩齿六、磨齿齿轮传动类型§7-1概述(P97)齿轮是机器中传递运动和动力的重要零件。常用的齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗轮等。圆柱的齿轮应用最广，又可分为直齿、斜齿和人字齿齿轮，齿轮的齿廓有渐开线、摆线和圆弧等，但常用的是渐开线齿轮。这里主要介绍渐开线圆柱齿轮的加工。一、圆柱齿轮传动的精度要求与精度等级1、齿轮的精度要求(P97)根据齿轮传动的特点和不同用途，对其精度提出以下三个组别的不同的要求：1）运动的准确性：或称为第Ⅰ公差组。要求齿轮在一转范围内，最大的转角误差应限制在一定范围内，以保证传递运动的准确性。2）传动的平衡性：或称为第Ⅱ公差组。要求齿轮传动的瞬时速比变化小，以免引起冲击和噪声。3）载荷分布的均匀性：或称为第Ⅲ公差组。要求齿轮啮合时齿面接触良好，以免引起载荷集中，造成齿面局部磨损，影响齿轮寿期。2、齿轮的精度等级(P97)在圆柱齿轮传动公差标准(JB179-81)中，将渐开线圆柱齿轮的精度分为十二个等级。1～2级：远景级3～6级：高精度级(磨齿、剃齿可达到)7～8级：中等精度级(插齿、滚齿可达到)9～12级：低精度级(一般的铣齿)3、齿轮的侧隙规定(P79)一对齿轮啮合时，非工作的齿面间应有一定的间隙。间隙的作用是：贮存润滑油、补偿齿轮传动受力后的弹性变形和热膨胀、以免传动产生干涉，出现卡死和烧伤。侧隙的大小按齿轮工作条件决定，与齿轮精度等级无关。如重载荷、低速时要求较大；如需正、反转的齿轮副则要求小。侧隙的大小靠控制齿厚的偏差来实现。即分度圆上齿厚略小于理论齿厚。国家标准规定了14种偏差代号。二、齿轮精度的选择(P100)应根据传动的用途、使用条件、传动功率和圆周速度等来决定。一般三个公差组应选相同的精度等级，但国家标准同时规定三个公差组可以选用不同的精度等级。如：手表、分度圆要求运动的准确性要求很高；高速运转的机床主轴要求传动的平稳高；大型矿山设备要求载荷分布的均匀性高。齿轮精度等级标注方法举例(P98)7—6—6—GMJB179-81齿厚下偏差齿厚下偏差载荷分布的均匀性精度等级传动的平稳性精度等级运动的准确性精度等级齿轮精度的具体数字表示法4()GB10095-88-0.330-0.495齿厚的上下偏差齿轮的精度等级(均为四级)§7-2圆柱齿轮齿形的加工方法及特点(P98)按齿形形成的原理不同，齿轮加工可分为两种类型：一种是成形法；另一种是展成法。成形法：用与被切齿轮的齿槽形状相符的成形刀具切出齿形。如铣齿、拉齿、成形磨齿等。展成法：齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作对滚运动。如滚齿、插齿、剃齿等。一、铣齿1、铣齿的方法(P98)铣齿的方法属于成形法，如P99图7-1所示。铣刀的旋转为主运动；工作台带着工件作纵向进给运动。m≤8时，一般用盘状模数铣刀；m8时，通常用指状模数铣刀。铣刀的模数必须与齿轮模数一致；铣刀的号数必须与被切齿轮的齿数Z相对应。1、铣齿的方法(P98)从理论上来讲，要使两个齿轮齿形完全相同，必须使两个齿轮的模数和齿数同时相等。为了减少标准铣刀的数量，节约费用，同一模数的铣刀，一般做成8把(或15把)，如P100表7-2所示。每把规定只能铣削一定齿数范围的齿轮。某一刀号的铣刀齿形与加工齿数范围中最小齿数的齿槽形状相同。2、铣齿的特点和应用(P100)1)设备、刀具费用低：可使用普通车床，刀具制造简单。2)生产率低：每铣一个槽需要切入、切出、退刀和分度的辅助时间。3)加工精度低：齿形误差大(铣刀本身存在误差)、分度误差、铣刀刚度差。一般为9级，Ra值6.3～3.2um。二、滚齿1、滚齿的原理和滚刀(P100)滚齿是用滚刀在滚齿机上按展成原理来加工齿轮的方法，是齿轮的主要加工方法之一。滚刀相当于一个齿数很少、螺旋角很大的螺旋齿轮，由于轮齿很长，绕轴线几周，因而成为蜗杆状。滚刀与待加工的齿轮相当于一对螺旋齿轮啮合。如图7-2和图7-3所示。当滚刀绕自身轴线转动时，相当于假想齿条作轴向移动，因而待加工的齿轮绕自身轴线作相应转动。滚刀不停转动，即可连续地切出齿轮齿形。二、滚齿1、滚齿的原理和滚刀(P100)滚刀可看成是开槽和铲背的蜗杆。如P101图7-4所示。由于齿条与同模数、不同齿数的渐开线齿轮都能正确啮合，故用滚刀滚切同一模数、任何齿数的齿轮，都能获得所要求的齿形。滚齿适用于生产各种批量的直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内齿轮和相靠很近的多联齿轮。2、滚齿运动(P101)1)主运动：滚刀的旋转为主运动，其转速为n0(r/s)。2)分齿运动：滚刀的转速n0和被切齿轮的转速nw之间必须满足啮合关系。即：nw×Z=n0×K(Z为齿数、K为滚刀条数)3)垂直进给运动：滚刀还应沿被切齿轮的轴线方向作垂直进给，以切出整个齿宽。3、滚刀的安装角度(P102)滚齿时，必须保证滚刀的螺旋线方向与被切齿轮的齿向一致。加工直齿圆柱齿轮时，应将滚刀刀架扳转一个λ0角(滚刀的螺旋升角)。如P102图7-6a)所示。加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角度应根据滚刀和被切齿轮轮齿的螺旋方向、滚刀的螺旋升角和齿轮的螺旋角的大小而定。如P102图7-6b)和c)所示。4、滚齿的特点和应用(P102)与铣齿相比滚齿有经下一些特点：1)齿形精度和分度精度高：铣齿时铣刀与齿形存在理论误差；滚齿机的分齿运动链的精度比分度头的精度要高。滚齿精度8～7级；Ra值3.2～1.6。2)生产率高：滚齿分度运动和切削运动是同时进行的。3)滚齿设备和刀具复杂、费用高：不能加工内齿轮和靠得太近的多联齿轮。三、插齿1、插齿原理与插齿刀(P102)插齿与插齿原理如P103图7-7所示。一个齿轮可以和同一模数的任何齿数的齿轮相啮合。把其中一个齿轮的轮齿作出前角和后角，就成了一把插齿刀。作强制性的啮合，即nw×Zw=n0×Z0，并作上下往复运动。2、插齿运动(P103)1)主运动：插齿刀的直线往复运动。2)分齿运动：nw×Zw=n0×Z0(在分齿运动中，插齿刀每往复一次，工件分度圆上所转过的弧长，称为圆周进给量。)3)径向进给运动：插齿刀每往复一次向径向移动的距离，称为径向进给量。mm/str。4)让刀运动：工件在水平方向的往复移动。(由工作台带动，为了防止已加工表面被刀碰坏)。3、插齿和滚齿的比较(P103)1)加工质量：A)插齿运动精度较低，运动多、运动链复杂；B)插齿刀制造、刃磨、检验方便，制造准确；C)插齿时，齿轮被刀刃切削的次数较多，即齿形精度好。总的来讲，加工质量相近。2)生产率：一般来说，插齿生产率低。3)加工范围：加工斜齿轮，滚齿极为方便，插齿要配备专用的附件；内齿轮和靠得太近的多联齿轮插齿方便，滚齿难以完成。四、剃齿(P104)剃齿是齿轮精加工方法之一：用来加工已经经过滚齿或插齿，但未经淬火的齿轮。精度可达IT7～IT6、Ra值为0.8～0.4um。剃齿所用的刀具称为剃齿刀：如P104图7-9所示。其形状很象斜齿圆柱齿轮，齿形做得非常准确，在齿面上开出许多小沟槽，以形成切削刃。生产率极高：加工一个中等模数的齿轮只需1～3min。四、剃齿(P104)剃齿是在专门的剃齿机上进行的。P104图7-10是剃削直齿圆柱齿轮简图，剃齿刀轴线相对于工件轴线倾斜一个角度β。剃齿运动：主运动是剃齿刀的旋转；它一方面带动工件旋转，同时使齿面间产生相对滑动剃齿速度；从而产生切削作用，剃下一层约0.007～0.03mm厚的切屑层。四、剃齿(P104)进给运动：工件由工作台带动作直线往复运动沿齿全长进行剃削；工件相对剃齿刀还要作径向进给以便剃削全部加工余量。(加工余量一般为0.08～0.11mm)。剃齿属自由啮合：不能提高齿轮的运动精度，所以加工前要求运动精度高些，常采用滚齿。但平稳性精度有很大提高，所以高速齿轮(如机床主轴)均采用剃齿后再珩。五、珩齿(P105)珩齿是齿轮光整加工方法：主要作用是去除齿轮淬火后的氧化皮，使Ra值减小到0.8～0.4mm。珩齿原理与剃齿相同：珩磨轮是由磨料+环氧树脂等材料混合，浇注或热压成形。珩磨生产率极高，珩磨一个齿轮只需约1分钟。珩磨余量极小：一般为0.01～0.02mm，所以珩磨时径向进给是一次完成的，珩磨开始时，齿面压力较大，随后逐渐减小，直至消失。六、磨齿(P105)磨齿是齿轮齿形精加工的主要方法。不管是淬硬件还是未淬硬件均能加工。与剃、珩齿相比，磨齿的最大优点在于：能纠正预加工的各项误差，所以加工精度高，一般可达6～4级，最高可达3级，Ra值可达0.8～0.2mm。按加工原理磨齿可分为展成法和成形法两种。1、展成法磨齿(P105)展成法磨齿是根据齿轮和齿条的啮合原理进行的。如图7-11所示。为一种常用的双碟形砂轮磨齿法。磨齿运动：(磨削直齿圆柱齿轮时)1)主运动：砂轮的旋转运动；2)展成运动：被磨齿轮分度圆沿假想齿条节线上作往复的纯滚动(边转边水平移动)；3)进给运动：齿轮沿齿宽方向的往复运动；4)分齿运动：当一组齿面磨光后，齿轮和砂轮自动脱离，进行分齿，即转1/Z转。2、成形法磨齿(P106)成形法磨齿与铣齿相似，是用两分别是两侧已修整成渐开线的成形砂轮，对已经进行过粗加工的齿轮槽逐个进行磨削。成形法磨齿的精度，主要取决于成形砂轮的修整精度和机床的分齿精度。常用齿轮加工方法的比较加工方法加工原理加工质量生产率设备应用范围精度等级齿面粗糙Ra/m铣齿成形法96.3~3.2较插齿、滚齿低普通铣床单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮拉齿成形法71.6~.4高拉床大批量生产7级精度的内齿轮，因外轮拉刀制造甚为复杂，故少用插齿展成法8~73.2~1.6一般较滚齿低插齿机单件和成批生产中，加工中等质量的内外圆柱齿轮、多联齿轮滚齿展成法8~73.2~1.6较高滚齿机单件和成批生产中，加工中等质量的外圆柱齿轮、蜗轮剃齿展成法7~60.8~0.4高剃齿机精加工未淬火的圆柱齿轮珩齿展成法改善不大0.8~0.4很高珩齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮。适用于成批和大量生产磨齿成形法，展居法6~30.8~0.2成形法高于展成法磨齿机精加工已淬火的圆柱齿轮常用齿轮加工路线1、滚齿(插齿)剃齿淬火珩齿：适应大批量生产，精度8～7级，淬硬齿轮，机床制造业多采用这种加工路线。2、滚齿(插齿)调质剃齿：适合批量生产，精度7～6级，不须淬硬的调质齿轮。3、滚齿(插齿)淬硬磨齿：适应单件小批量生产，精度6～3级的淬硬齿轮，内燃机机车的传动齿轮多采用这种方案。作业(P107)1、简答题：比较铣齿、滚齿和插齿加工方法的特点和应用？