第5讲齿形螺纹加工.

清华大学基础工业训练中心徐伟国制造工程基础——第5讲齿形螺纹加工零件结构工艺作业讲评：1）刚讲完特种加工，但并不意味着作业题全部或主要需要运用特种加工知识。任何一道工艺题，都要根据题目的实际要求，独立思考，找出解题方案.2）工艺无简单题，任何简单题都比较综合，同时具有一定的不确定性。同学一定要联系以前学的热处理知识和工艺知识，综合考虑，在给定的工艺环境中求(甚至创造出)优化解，锻炼思维能力。3)在选择工艺方法时的基本思路：先选常规加工，再选特种加工；先选普通加工，再选特殊加工；先选价廉加工，再选高价加工。4)33页41题（习题集）激光加工的特点和应用1）功率密度大，108-1010W/cm2，可以加工任何金属和非金属材料。2）无明显机械力，加工速度快，热影响区小，易实现加工过程自动化。3）可通过透明材料进行加工，如对真空管内部的器件进行焊接等。4）聚焦后光斑尺寸小，功率大小可调节，可实现精密微细加工。5）加工精度0.01-0.001mm，Ra值0.4-0.1μm。应用范围：焊接、打孔、切割、打标、雕刻、微细加工、表面处理、合金熔复等。超声波加工（UltrasonicMachining,简称USM）利用工具端面做超声频振动（或通过磨料悬浮液）加工脆硬材料的一种方法。1.适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属脆材料，例如玻璃、陶瓷、石英、宝石、金刚石等；玻璃：100%；半导体：250%；淬火钢：1%2.工具较软易于制造；宏观切削力小；3.加工表面质量好，尺寸精度0.01mm，表面粗糙度Ra值1.0—0.1μm；4.工具与工件相对运动简单，使机床结构简单。第5讲齿形螺纹加工GearandThreadmachining第1节齿形加工第2节螺纹加工第3节成形面加工*第1节齿形加工Gearmachining第1节齿形加工Gearmachining1.1概述1.2圆柱齿轮精度1.3铣齿（成形法）1.4插齿和滚齿（展成法）1.5齿形精加工方法1.1概述Introduction1.常见齿轮类型varietyofgears2.齿形曲线：渐开线等。渐开线的形成：渐开线的发生圆为基圆。用线绳沿基圆缠好绷紧展开，或用直尺沿着基圆做纯滚动无滑动的运动，线绳或直尺上任何一点的运动轨迹即为渐开线。3.直齿圆柱齿轮的主要参数及其计算两个基本参数：TwobasicParameters：m,α1）模数mmodulem当齿数为z时，分度圆indexedcircle直径d与周节p：πd=pz；d=(p/π)z令P/π为m，即模数，单位为mm。则，d=mz。模数标准化：1，1.25，1.5，2，2.5，3，4，…等，共有50种。小于1的模数齿轮称为小模数齿轮，用于仪器仪表。2）压力角αPressureangle渐开线齿形上任意一点K的法向力和速度之间的夹角，成为K点的压力角。3）渐开线特性characteristicsofinvolute渐开线上，基圆上压力角为零；齿顶圆上的压力角最大；分度圆上压力角为标准压力角：一般为20°与加工刀具压力角相适应。4)一对渐开线齿轮的正确啮合条件两相啮合齿轮的模数与压力角必须相等（直齿）。5)一对螺旋齿轮正确啮合的条件增加：螺旋角相等，方向相反。6）直齿圆柱齿轮尺寸表dimensioncalculationtable1.GB10095-88标准规定，齿轮加工精度分12级：远景级：1~2级；高级精度：3~5级；中级精度：6~8级；低级精度：9~12级。2.根据对传动性能的影响，标准对每个精度等级中的各项公差分为三个组别：（准、平、均、侧）第Ⅰ公差组：影响传递运动的准确性；第Ⅱ公差组：影响传递运动的平稳性；第Ⅲ公差组：影响载荷分布的均匀性。1.2圆柱齿轮精度accuracyofgearmachining准平均侧3.齿轮精度及齿侧间隙的标注铣齿：8～9级或9级以下；滚、插齿：8～7级；剃齿：～6级；珩齿：7～6级；磨、研齿：6～3级(高速、精密齿轮）4.齿轮精度应用1.3铣齿（成形法）1.成形法2.铣削直齿圆柱齿轮1）铣齿方法2）铣齿要求3）铣刀刀号4）铣齿加工范围3.铣齿的工艺特点和应用在普通铣床上加工齿形，属于成形法，加工精度可达9级，表面粗糙度Ra6.3–3.2µm。成形法：用与被加工齿轮的齿槽法向截面形状相符的成形刀具，直接切出齿形的方法。如铣齿，拉齿及成形法磨齿等。1)模数铣刀铣齿，加工精度一般9级，生产率低。2)齿轮拉刀拉齿或成形法磨齿，加工精度高，成本高，生产率高。1.成形法XD6132A型万能升降台铣床1）铣齿方法在普通铣床上加工齿形的方法：对准中心后，先铣削一个齿，再分度进行下一个齿的切削。2.铣削直齿圆柱齿轮2）铣齿要求铣齿刀的模数，压力角必需与被加工齿轮的模数，压力角一致。模数m20或m=20；一般用盘铣刀加工。模数m20；用指状铣刀加工。？？由于相同模数而齿数不同的齿轮，其分度圆，基圆直径均不相同，因而其齿形也不相同。一般只制作8把，分为8个刀号。每把盘状铣刀的齿形按加工范围内的最小齿数设计，其他为近似齿形，存在刀具制造误差。3）铣刀刀号渐开线与基圆直径的关系：基圆半径愈小，渐开线愈弯曲，愈大愈平直；（基圆半径无限大，渐开线为直线，即齿条rack）4）铣齿加工范围可以铣直齿和螺旋齿圆柱齿轮。当铣削螺旋圆柱齿轮时，为使铣刀的回转平面与螺旋槽的切线方向一致，须将工作台由原来的位置板转β角（齿轮的螺旋角）。当齿轮的螺旋槽为右旋时，工作台逆时针板转；当齿轮的螺旋槽为左旋时，工作台顺时针板转。为铣出螺旋槽，工件沿轴向移动一个导程的同时，必须绕自身轴线旋转一周。3.铣齿的工艺特点和应用1）生产成本低使用普通铣床，铣齿刀和一般的铣刀结构上类似，结构简单，机床及刀具费用低。2）加工精度低铣齿使用通用分度头，分度精度低；铣刀分号后，同组只有齿数最少的可获得准确的齿形，其余只能获得近似的齿形。因此铣齿的加工精度低。3）生产效率低每铣一个齿槽都必须消耗：对刀、铣削、切出、退刀、分度、再铣另外一个齿槽，不能连续铣削，因此，铣齿的生产效率低。一般用于速度低、要求不高的9级或9级以下的齿轮—系统误差（原理误差）。1.4插齿和滚齿（展成法）1.展成法2.插齿3.滚齿4.滚齿和插齿分析比较1.展成法是利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用的齿轮加工机床上切出的齿形的一种加工方法，其中，插齿和滚齿是展成法中最常见的两种方法。其他如锑齿，冷挤齿珩齿及磨齿。1）插齿机2.插齿8~7级，Ra1.6µm插齿机插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。2）插齿切削原理（一对齿轮啮合）3）插齿刀实际上是一个精度很高的圆柱齿轮，周面呈圆锥形，以形成轮齿刀刃的后角；端面呈凹锥形，以形成前角。齿顶高比标准圆柱齿轮大0.25mm，以保证插削的圆柱齿轮在啮合时有间隙。4）切削运动：machiningmovement插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动，需5个运动：主运动；分齿运动；圆周进给运动；径向进给运动；让刀运动(reliefmovement)。4）插齿工作范围同一模数的刀具可以加工不同齿轮齿数；直齿轮、双联齿轮、内齿轮、螺旋齿轮和插削齿条。2.滚齿1）滚齿和滚齿机滚齿在滚齿机上进行，滚齿属于展成法，加工精度为：8~7级，表面粗糙度Ra3.2~1.6µm。滚齿机hobbing滚刀Hob2）滚齿刀a）外形呈蜗杆状，实际上是一个齿数很少的螺旋齿轮，多为单线右旋。b）刀齿的形成滚刀圆柱面上开若干条沟槽，以形成刀齿并容纳切屑。当滚刀的螺旋升角Ψ5º时，沿螺旋齿面法向开槽，当滚刀的螺旋升角Ψ5º或=5º时，沿轴向开槽。c）刀齿角度顶刃前角γp=0°；顶刃后角αp=10°~12°。3）滚齿原理和滚齿运动滚齿可看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。滚齿需要下列4个运动：a)主运动hobrotary滚刀旋转。b)分齿运动blankofgear强制按照传动速比保持啮合关系。c)垂直进给运动hob工作台每转一周，滚刀沿被切齿轮轴向的向下移动距离为垂直进给量。d)滚齿的径向切深KZnn工工刀a)直齿圆柱齿轮positivegear滚刀轴相对水平面应板转滚刀螺旋升角Ψ。b)螺旋圆柱齿轮helicalgear右旋滚刀可以滚切右旋和左旋齿轮。c)蜗轮wormwheel蜗轮滚刀模数m，压力角α，螺旋升角Ψ及螺旋齿旋向应与被切蜗轮相啮合蜗杆完全一致。4）滚齿工作范围（考虑最少齿数与根切问题）4.滚齿与插齿的比较1)加工原理和精度相同均属展成法。插齿的分齿精度略低于滚齿，而滚齿的齿形精度略低于插齿。2)齿面粗糙度插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。3)滚齿的生产效率高于插齿.滚齿为连续切削，而插齿则有空回程，速度提高受到限制.4)加工范围不同螺旋齿轮一般用滚齿机加工，内齿轮和多联齿轮只能插齿，蜗轮和轴向尺寸大的齿轮轴等只能滚齿。5)生产类型相同硬质合金滚刀和涂层滚刀（知识扩展）硬质合金滚刀虽然特别适用于滚削汽车用齿轮。但是，在欧洲的应用程度仍然不高，这是由于随着新型的高速钢材料及高性能刀具涂层技术的发展，硬质合金滚刀与高速钢滚刀在滚齿时间上的差距可被控制在15%左右；以某厂商为例，每年约生产25000把滚刀，其中硬质合金类只占3%左右。齿轮干切加工由于环保要求及处理冷却废液的费用很高，欧洲、美国和日本的用户在选择时一般会考虑干切滚齿；而发展中国家，控制污染虽是一个迫切的要求，但需要时间。一旦对污染问题的控制日益严格后，齿轮干切加工也将会迅速发展。（干式切削提高运转成本45%）1.5齿形精加工方法gearfinishmachining1.剃齿剃齿属于“自由啮合的”展成法加工。剃齿提高齿形精度，降低齿面粗糙度，不能修正分齿误差。加工滚齿后没淬火齿轮，加工精度7~6级，Ra0.8~0.4µm。生产率高，多用于大量生产。齿形精加工方法，是在形成的齿形的基础上，作进一步的加工，以提高齿面的精度，降低表面粗糙度的加工方法。如剃齿，珩齿和磨齿等。2.珩齿gearhoning7-6级Ra0.4–0.2µm珩齿加工原理同剃齿，是一种齿面的光整加工方法。不修正齿形和齿向误差，多用于消除淬火后的氧化皮和伤痕与毛刺，降低表面粗糙度。m4，带钢齿心;m4，不带钢齿心。3.磨齿geargrinding6-3级，Ra0.4~0.2µm在磨齿机上进行，是高精度齿形的精加工方法。可磨削淬火和不淬火的齿轮，又分成形法磨齿和展成法磨齿。磨齿4.研齿gearlapping6-3级在研齿机上进行，只能降低表面粗糙度Ra1.6~0.2µm，不能提高齿形精度。滚齿8-7级，Ra3.2~1.6µm。用于各种生产批量。滚齿-淬火-珩齿8-7级，Ra0.8-0.4µm。用于淬火齿面的加工。滚齿-剃齿7-6级Ra0.8-0.4µm，用于大批大量生产。滚齿-剃齿-淬火-珩齿7-6级，Ra0.4-0.2µm。用于大批大量生产.滚(插)齿-磨齿6~3级，Ra0.4-0.2µm，用于高精度齿轮的精的加工，生产率低，成本高。滚(插)齿-淬火-磨齿6~3级，Ra0.4-0.2µm，用于高精度齿轮的精的加工，生产率低，成本高。小结粉末冶金齿轮是少切屑、无切屑的高新技术的产物。粉末冶金齿轮在整个粉末冶金零件中难以单独统计，但无论是按重量还是按零件数量，粉末冶金齿轮在汽车、摩托车中所占的比例都的上升，远远大干其他领域中的粉末冶金零件。新齿轮工艺（知识扩展）Gleason-PFAUTER美国格里森-普法特格里森刀具公司加工齿轮6分钟滚齿刀加工、干切削第2节螺纹加工Threadmachining2.1概述Introduction特形表面应包括螺纹、齿形和其他成形面.本节介绍螺纹加工.Include：thread，gearandotherformingsurfaces.1.螺纹的种类和用途VarietiesandapplicationofScrew用途：联结、紧固、传动、测量Application：connection，fastening，transmission，measuring种类：Varieties表格3-1Table3-12