第十四章 切削加工3

14.3齿轮加工齿轮是机械传动中十分重要的零件，常用以传递扭矩和位移。常用的渐开线齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮副、齿条等，其中以圆柱齿轮应用最为广泛。齿轮齿坯的主要加工方法是车削及磨削；内键槽的加工采用插削或拉削，内花键的加工一般采用拉削。齿形的加工主要依靠齿轮加工机床，通用机床加工则为少见。齿轮类型应用直齿轮、斜齿轮、人字齿轮平行轴间传动螺旋齿轮、蜗轮与蜗杆垂直交错轴间传动内齿轮平行轴间同向传动齿轮齿条旋转运动和直线移动的转换直齿锥齿轮相交轴间传动一、概述齿形轮廓线：渐开线、摆线、圆弧线等。1.直齿圆柱齿轮的主要参数及尺寸计算（1）模数m①分度圆：齿厚e与齿间相等的圆，d②分度圆周节P：在分度圆上相邻两齿对应点的弧长。③由于πd＝Pz，令m＝P/π，可得d＝mz④模数m的数值已标准化，共50种。（2）压力角α渐开线上各点压力角不等。基圆上压力角为零，齿顶圆上压力角最大。分度圆上的压力角为刀具齿形角，称为标准压力角，α＝20°。渐开线齿轮正确啮合的基本条件是两齿轮的m和α分别相等。齿形加工时，刀具的m和α必须与被加工齿轮一致。二、圆柱齿轮精度简介1.齿轮传动的精度等级及其选择（1）、齿轮的精度要求（GB10095-88）①运动的的准确性（第I公差组）：分齿不均（误差）。②传动的平稳性（第II公差组）：渐开线齿形存在误差。③载荷分布的均匀性（第III公差组）。（2）齿轮的精度等级：GB10095-88对齿轮精度规定12个等级。1～2：精密级3～5：高级精度6～8：中级精度9～12：低级精度（3）、齿轮间隙的规定齿侧间隙：由工作条件决定，与齿轮精度无关，控制齿厚偏差或公法线平均长度偏差来限制。14个齿厚偏差：C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S2、齿轮精度的选择根据齿轮的用途、使用要求、传递功率及圆周速度及其它技术要求而定，同时考虑切齿工艺及经济性。齿轮3个公差组的精度等级应分别规定，可采用同级，也可以不同级，但同一公差组中的项目必须同级。齿轮副中两齿轮对应公差组的精度采用同级，也允许不同级。一般情况下三个公差组应选用相同的精度。测量仪器和分度机构的齿轮：第I公差组高机床主轴齿轮：第II公差组高起重机械及矿山机械的齿轮：第III公差组高三、齿轮表面的加工方法成形法：用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出齿形。展成法（包络法、范成法）：利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用齿轮加工机床上切出齿形的一种方法。1.铣削直齿圆柱齿轮（1）原理：成形法，IT9，Ra：6.3～3.2μm。M≤20，盘状模数铣刀；M＞20，指状模数铣刀。（2）成形铣刀同一模数的齿轮铣刀，一般制作8把或15把，表7.1。盘状齿轮铣刀刀号及其加工范围刀号12345678加工齿数范围12～1314～1617～2021～2526～3435～5455～134135以上及齿条齿形（3）铣齿加工特点①用普通的铣床设备，且刀具成本低。②生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。③齿轮精度低。齿形精度只达11-9级。主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。2.插齿（1）插齿机和插齿刀插齿刀：相当于圆柱齿轮。（2）插齿原理与插齿运动插齿原理：展成法。插齿加工相当于一对无啮合间隙的圆柱齿轮传动。IT8～IT7，Ra：3.2～1.6μm。如右图所示,插齿有以下切削运动:(1)主运动插齿刀的上下往复运动(2)展成运动确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动(3)圆周进给运动插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量(4)径向进给量插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深。(5)让刀运动插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动3.滚齿IT8～IT7，Ra：3.2～1.6μm。(1)滚齿机和齿轮滚刀齿轮滚刀：相当于一个右旋螺旋齿轮。滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动（如右下图所示）：（1）主运动滚刀的旋转运动。（2）展成运动是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转K/Z转。其中：K是滚刀的头数，Z为齿轮齿数。（3）垂直进给运动要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为8-7级，齿面粗糙度Ra值为1.6μm。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。4、滚齿与插齿比较（1）加工原理相同：展成法（2）加工精度和齿面粗糙度基本相同：精度为8～7级，Ra1.6μm（3）插齿的分齿精度略低于滚齿，滚齿的齿形精度略低于插齿。（4）插齿的齿面粗糙度略优于滚齿。（5）插齿的生产率低于滚齿。（6）加工范围不同。插齿：内齿轮和小间隙多联齿轮滚齿：螺旋齿轮、蜗轮和轴向齿轮较大的齿轮轴（7）生产类型相同5、剃齿IT7～IT6，Ra：0.8～0.4μm。（1）剃齿刀剃齿刀：相当于斜齿圆柱齿轮。（2）剃齿原理和剃齿运动①原理：展成法②剃齿运动剃齿刀旋转带动工件正转、反转转动，工作台带动工件往复运动，往复一次剃齿刀径向进给0.02～0.04mm/str，剃齿余量0.08～0.12mm。（3）剃齿的特点可提高渐开线齿形精度和齿向精度，降低表面粗糙度，不能修正被切齿轮的分齿误差。6、珩齿（1）原理：剃齿相同（展成法）。（2）作用：去除齿轮淬火后的氧化皮、齿面毛刺和压痕。（3）珩齿运动：剃齿相同，转速比剃齿高，为1000～000r/min，余量为0.01～0.02mm，或不留加工余量，径向进给一次完成，实现磨削、剃削和抛光的综合作用。（4）珩齿特点：对修正齿形精度和齿向精度作用不大，不能修正被切齿轮的分齿误差，生产率高，改善表面质量。常用工序：滚齿→剃齿→淬火→珩齿7、磨齿IT6～IT4→IT3，Ra：0.8～0.2μm原理：成形法和展成法。（1）成形法磨齿IT6～IT5，Ra：0.8～0.4μm，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。（2）展成法磨齿①锥面砂轮磨齿②双碟形砂轮磨齿（3）成形法磨齿与展成法磨齿①展成法磨齿精度高。②展成法磨齿生产率低。③展成法磨齿成本高。8、研齿IT7～IT6，Ra：1.6～0.2μm设备：研齿机。研具：精密的铸铁齿轮。研磨剂：磨粒：220＃～240＃，活性润滑油特点：与珩齿相同，只能降低表面粗糙度，不能提高齿形精度。（1）平行轴线研磨法（2）交叉轴线研磨法常用的齿形加工方法加工方法加工原理精度表面粗糙度生产率设备应用范围铣齿成形法96.3～3.2低普通铣床低精度圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮、齿条拉齿成形法71.6～0.4高拉床齿轮拉床制造复杂、应用少插齿展成法8～73.2～1.6较高插齿机内齿轮、扇形齿轮、人字齿轮、带凸台齿轮、间距小多联齿轮滚齿展成法8～73.2～1.6较高滚齿机直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、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研齿展成法改善不大1.6～0.2很高研齿机光整加工已淬火的圆柱齿轮磨齿成形法展成法6～30.8～0.2较低磨齿机精加工已淬火的圆柱齿轮