圓柱齒輪的加工工藝

1、精選文檔圓柱齒輪的加工工藝一、 齒輪的技術(shù)要求圓柱齒輪是機械傳動中應(yīng)用極為廣泛的零件之一，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力。圖524 圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式1圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點齒輪盡管由于它們在機器中的功用不同而設(shè)計成不同的形狀和尺寸，但總是可以把它們劃分為齒圈和輪體兩個部分。常見的圓柱齒輪有以下幾類(圖6-15)：盤類齒輪、套類齒輪、內(nèi)齒輪、軸類齒輪、扇形齒輪、齒條(即齒圈半徑無限大的圓拄齒輪)。其中盤類齒輪應(yīng)用最廣。一個圓柱齒輪可以有一個或多個齒圈。普通的單齒圈齒輪工藝性好；而雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪的小齒圈往往會受到臺肩的影響，限制了某些加工方法的使用，一般只能采用插齒。如果齒輪精度要求高，需要剃齒

2、或磨齒時，通常將多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)。2圓柱齒輪的精度要求齒輪本身的制造精度，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大影響。根據(jù)齒輪的使用條件，對齒輪傳動提出以下幾方面的要求：運動精度要求齒輪能準確地傳遞運動，傳動比恒定，即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。工作平穩(wěn)性要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，沖擊、振動和噪聲要小。這就要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化要小，也就是要限制短周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差。接觸精度齒輪在傳遞動力時，為了不致因載荷分布不均勻使接觸應(yīng)力過大，引起齒面過早磨損，這就要求齒輪工作時齒面接觸要均勻，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置。齒側(cè)間隙要求齒輪傳動時

3、，非工作齒面間留有一定間隙，以儲存潤滑油，補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。二、 齒輪的材料、熱處理和毛坯材料的選擇齒輪應(yīng)按照使用的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。一般齒輪選用中碳鋼(如45鋼)和低、中碳合金鋼，如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。要求較高的重要齒輪可選用38CrMoAlA氮化鋼，非傳力齒輪也可以用鑄鐵、夾布膠木或尼龍等材料。齒輪的熱處理齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩種熱處理工序：1）毛坯熱處理：在齒坯加工前后安排預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì)，其主要目的是消除鍛造及粗加工引起的殘余應(yīng)力、改善材料的可切削

4、性和提高綜合力學(xué)性能。2）齒面熱處理：齒形加工后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進行滲碳淬火、高頻感應(yīng)加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。(3)齒輪毛坯齒輪的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)簡單且對強度要求低的齒輪。當齒輪要求強度高、耐磨和耐沖擊時，多用鍛件，直徑大于400600mm的齒輪，常用鑄造毛坯。為了減少機械加工量，對大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；對于小尺寸、形狀復(fù)雜的齒輪，可用精密鑄造、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。三、 齒坯的機械加工1齒坯加工方案的選擇對于軸齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加

5、工過程和一般軸、套基本相似，現(xiàn)主要討論盤類齒輪齒坯的加工過程。 齒坯的加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)類型。大批大量生產(chǎn)的齒坯加工大批大量加工中等尺寸齒坯時，青年工人多采用“鉆一拉一多刀車”的工藝方案：1）以毛坯外圓及端面定位進行鉆孔或擴孔；2）拉孔；3）以孔定位在多刀半自動車床上粗精車外圓、端面、切槽及倒角等。這種工藝方案由于采用高效機床可以組成流水線或自動線，所以生產(chǎn)效率高。成批生產(chǎn)的齒坯加工 成批生產(chǎn)齒坯時，常采用“車一拉一車”的工藝方案：1）以齒坯外圓或輪毅定位，精車外圓、端面和內(nèi)孔；2）以端面支承拉孔(或花鍵孔)；3）以孔定位精車外圓及端面等。這種方案可由臥式車床或轉(zhuǎn)塔車床

6、及拉床實現(xiàn)。它的特點是加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高。當齒坯孔有臺階或端面有槽時，可以充分利用轉(zhuǎn)塔車床上的多刀來進行多工位加工，在轉(zhuǎn)塔車床上一次完成齒坯的加工。四、 齒形的加工方法齒形加工是整個齒輪加工的關(guān)鍵。按照加工原理，齒形加工可分為成形法和展成法兩種。指狀銑刀銑齒、盤形銑刀銑齒、齒輪拉刀拉內(nèi)齒輪等是成形法加工齒形的例子，而滾齒、剃齒、插齒等是展成法加工齒形的例子?，F(xiàn)介紹幾種用展成法加工齒形的加工方法。1滾齒滾齒特點滾齒是齒形加工中生產(chǎn)率較高，應(yīng)用最廣的一種加工方法。而且滾齒加工通用性好，可加工圓柱齒輪、蝸輪等，亦可加工漸開線齒形、圓弧齒形、擺線齒形等。滾齒既可加工小模數(shù)、小直徑齒輪，又可加工

7、大模數(shù)、大直徑齒輪，加工斜齒也很方便。滾齒可直接加工98級精度齒輪，也可作為7級精度以上齒輪的粗加工和半精加工。滾齒可以獲得較高的運動精度。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，故齒面的表面粗糙度值較大。為提高加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗、精滾齒分開。滾齒加工質(zhì)量分析1）影響傳動準確性的加工誤差分析 影響傳動準確性的主要原因是，在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產(chǎn)生齒輪徑向誤差，它以齒圈徑向跳動Fr來評定；相對運動的變化(運動偏心)產(chǎn)生齒輪切向誤差，它以公法線長度變動Fw來評定?，F(xiàn)分別加以討論：齒輪的徑向誤差。齒輪的徑向誤差是指

8、滾齒時，由于齒坯的回轉(zhuǎn)軸線與齒輪工作時的回轉(zhuǎn)軸線不重合(出現(xiàn)幾何偏心)，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差(圖6-16)。從圖6-32可以看出，O為切齒時的齒坯回轉(zhuǎn)中心，O為齒坯基準孔的幾何中心(即齒輪工作時的回轉(zhuǎn)中心)。滾齒時，齒輪的基圓中心與工作臺的回轉(zhuǎn)中心重合于O，這樣切出的各齒形相對基圓中心O分布是均勻的（如圖中實線圓上的P1P2），但齒輪工作時是繞基準孔中心O轉(zhuǎn)動的(假定安裝時無偏心)，這時各齒形相對分度圓心O分布不均勻了(如圖中雙點劃線圓上的P1P2)。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的，故又稱為齒輪的徑向誤差。圖525 幾何偏心引起的徑向誤差r一滾

9、齒時的分度圓半徑 r一以孔軸心O為旋轉(zhuǎn)中心時，齒圈的分度圓半徑齒輪的切向誤差：齒輪的切向誤差是指：滾齒時因滾齒機分齒傳動鏈誤差，引起瞬時傳動比產(chǎn)生不穩(wěn)定，使機床工作臺不等速旋轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)時快時慢，所切齒輪的輪齒沿切向發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差。如圖6-17所示。由圖6-17可以看出，當輪齒出現(xiàn)切向位移時，圖中每隔一齒所測公法線的長度是不等的。如2、8齒間的公法線長度明顯大于4、6齒間的公法線長度。據(jù)此可以看出，通過公法線長度變動Fw可以反映出齒輪齒距累積誤差(切向部分)，因此在生產(chǎn)中公法線長度變動可以作為評定齒輪傳遞運動準確性的指標之一。機床工作臺的回轉(zhuǎn)誤差，主要取決于分齒傳動鏈的傳動誤差。

10、在分齒傳動鏈的各傳動元件中，影響傳動誤差的最主要環(huán)節(jié)是工作臺下面的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中產(chǎn)生的齒距累積誤差，使工作臺回轉(zhuǎn)時發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差，這些誤差將直接地復(fù)映給齒坯使其產(chǎn)生齒距累積誤差。影響傳動誤差的另一重要環(huán)節(jié)是分齒掛輪，分齒掛輪的制造和安裝誤差，也會以較大的比例傳遞到工作臺上。圖526 齒輪的切向誤差為了減少齒輪的切向誤差，主要應(yīng)提高機床分度蝸輪的制造和安裝精度。對高精度滾齒機還可通過校正裝置去補償蝸輪的分度誤差，使被加工齒輪獲得較高的加工精度影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分折影響齒輪工作平穩(wěn)性的主要誤差是齒形誤差、基節(jié)偏差等。 1）齒形誤差 滾齒后常見的齒形誤差，如圖527所示。其

11、中齒面出棱、齒形不對稱和根切，可直接看出來；而齒形角誤差和周期誤差需要通過儀器才能測出。應(yīng)該指出，圖6-18所示的誤差是齒形誤差的幾種單獨表現(xiàn)形式，實際齒形誤差常是上述幾種形式的疊加。圖527 常見的齒形誤差a)出棱 b)不對稱 c)齒形角誤差 d)周期誤差 e)根切齒形誤差產(chǎn)生的主要原因是：滾刀在制造、刃磨和安裝中存在誤差，其次是機床工作臺回轉(zhuǎn)中存在的小周期轉(zhuǎn)角誤差。下面分析這些誤差對齒形誤差的影響。齒面出棱的主要原因 滾齒時齒面有時出棱，其主要原因是：滾刀刀齒沿圓周等分性不好和滾刀安裝后存在較大的徑向圓跳動及軸向竄動等。由圖528看出，刀齒存在不等分誤差時，各排刀齒相對準確位置有的超前有的

12、滯后，這種超前與滯后使刀齒上的切削刃偏離滾刀基本蝸桿的螺紋表面。因而，在滾切齒輪的過程中，就會出現(xiàn)“過切”和“空切”而產(chǎn)生齒形誤差。圖528c是從圖528b中取出三個刀齒位置加以放大的示意圖。圖中雙點劃線表示無等分誤差時刀齒的位置(和漸開線齒面相切)；實線表示有等分誤差時，刀齒2因滯后而引起刃口“空切”和刀齒3因超前而引起刃口“過切”的情況。刀齒等分性誤差愈大，這種“空切”和“過切”愈嚴重，齒面出棱愈明顯。刀齒等分性誤差對不同曲率的漸開線齒形的影響是不同的，齒形曲率愈大(即齒輪基圓愈小)影響愈大，這也就是齒數(shù)少的小齒輪為何齒面易出棱的緣故。圖528 刀齒不等分引起的齒形誤差a)刀齒不等分 b)

13、滾切過程 c)放大圖滾刀安裝后，如果存在較大的徑向圓跳動或軸向竄動，滾刀刀齒面同樣會產(chǎn)生“過切”或“空切”使齒面出棱。圖529刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響a)前角大于零 b)前角小于零1一刀齒 2一工件產(chǎn)生齒形角誤差的主要原因 齒輪的齒形角誤差主要決定于滾刀刀齒的齒形角誤差。滾刀刀齒的齒形角誤差，由滾刀制造時鏟磨刀齒產(chǎn)生的齒形角誤差和刃磨刀齒前刀面所產(chǎn)生的非徑向性誤差及非軸向性誤差而引起。刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響，如圖529所示。精加工所用滾刀的前角通常為0°(即刀齒前刀面在徑向平面內(nèi))，刃磨不好時會出現(xiàn)前角(正或負)。由于刀齒側(cè)后面經(jīng)鏟磨后具有側(cè)后角，因此刀

14、齒前角誤差必然引起齒形角變化。前角為正時，齒形角變小，切出的齒形齒頂變肥(圖529a)；前角為負時，齒形角變大，切出的齒形齒頂變瘦(529b)。刀齒前刀面的非軸向性誤差，是指直槽滾刀前刀面沿軸向?qū)τ诳纵S線的平行度誤差(圖6-21)。這種誤差使各刀齒偏離了正確的齒形位置，而且刀齒左右兩側(cè)刃偏離值不等，這樣既產(chǎn)生軸向齒距偏差，又引起齒形歪斜。產(chǎn)生齒形不對稱的主要原因 滾齒時，有時出現(xiàn)齒形不對稱誤差，除了刀齒前刀面非軸向性誤差的影響外，主要是滾齒時滾刀對中不好。滾刀對中是指滾齒時滾刀所處的軸向位置應(yīng)使其一個刀齒(或齒槽)的對稱線通過齒坯中心(圖6-22)。滾刀對中了，切出的齒形就對稱；反之則引起齒形

15、不對稱。滾刀包絡(luò)齒面的刀齒數(shù)愈少，工件齒形愈大且齒面曲率愈大時，齒形不對稱愈嚴重。故對于模數(shù)較大且齒數(shù)較少的齒輪，滾齒前應(yīng)認真使?jié)L刀對中。產(chǎn)生齒形周期誤差的主要原因 滾刀安裝后的徑向圓跳動和軸向竄動、機床分度蝸輪副圖530刀齒前刀面非軸向性誤差對齒形誤差的影響圖5-31滾刀對中對齒形的影響a)對中齒形 b)不對中齒形圖中分度蝸桿的徑向圓跳動和軸向竄動都是周期性的誤差，這些都會使得滾齒時出現(xiàn)齒面凸凹不平的周期誤差。 減少齒形誤差的措施：從以上分析可知，影響齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機床分齒傳動鏈中蝸桿的誤差。為了保證齒形精度，除了根據(jù)齒輪的精度等級正確地選擇滾刀和機床外，要特

16、別注意滾刀的重磨精度和安裝精度。2）基節(jié)偏差在滾齒加工時，齒輪的基節(jié)應(yīng)等于滾刀的基節(jié)。滾刀的基節(jié)：pb0=pn0cos0=pt0cos0cos0pt0cos0式中pb0滾刀的基節(jié)；pn0一滾刀的法向齒距；pt0滾刀的軸向齒距；0滾刀的法向齒形角；0滾刀的分度圓螺旋升角，一般很小，故cos01。由此可以看出，要減少基節(jié)偏差，滾刀制造時應(yīng)嚴格控制軸向齒距及齒形角的誤差；對影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差和非軸向性誤差，也應(yīng)加以控制。3）影響齒輪接觸精度的加工誤差分析 齒輪接觸精度受到齒寬方向接觸不良和齒高方向接觸不良的影響。影響齒高方向接觸不良的主要因素是齒形誤差ff和基節(jié)偏

17、差fpb，影響齒寬方向接觸不良的主要因素是齒輪的齒向誤差F，此處只分析影響齒向誤差F的主要因素。齒向誤差F是指在分度圓柱面上，齒寬工作部分范圍內(nèi)，包容實際齒線且距離為最小的兩條設(shè)計齒線之間的端面距離。滾齒加工中引起齒向誤差的主要因素如下：滾齒機刀架導(dǎo)軌相對工作臺回轉(zhuǎn)軸線存在平行度誤差時，齒輪會產(chǎn)生齒向誤差(圖5-32)。由于夾具支承端面與回轉(zhuǎn)軸線的垂直度誤差，或齒坯孔與定位端面的垂直度誤差(圖5-33)等工件的裝夾誤差均會造成被切齒輪的齒向誤差。圖5-32 滾齒機刀架導(dǎo)軌誤差對齒向誤差的影響a)導(dǎo)軌不平行 b)導(dǎo)軌歪斜1刀架導(dǎo)軌 2齒坯 3夾具底座 4機床工作臺滾切斜齒輪時，除上述影響因素外，

18、機床差動掛輪的誤差，也會影響齒輪的齒向誤差。2插齒及與滾齒工藝特點比較插齒原理與運動插齒也是生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的一種切齒方法。1）插齒原理：從插齒過程原理上分析，插齒刀和工件相當于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，插齒刀就縣一個磨有前、后角具有切削刃的高精度齒輪。2）插齒的主要運動（圖5-34）：1）切削運動。插齒刀的上下往復(fù)運動。2）分齒展成運動。插齒刀與工件間應(yīng)保持正確的嚙合關(guān)系。插齒刀每往復(fù)一次，工件相對刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過的弧長為加工時的圖5-33 齒坯安裝歪斜對齒向誤差的影響 圖5-34 插齒時的運動l工作臺回轉(zhuǎn)軸線 2心軸軸線 3齒坯內(nèi)孔軸線4進給方向 5刀架導(dǎo)軌 6墊圈圓周進給運動，故

19、刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進給過程。3）徑向進給運動。插齒時，為逐步切至全齒深，插齒刀應(yīng)有徑向進給運動fr。4）讓刀運動。插齒刀作上下往復(fù)運動時，向下是工作過程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒磨損,在插齒刀向上運動時,工作臺帶動工件沿徑向退出切削區(qū)一段距離，插齒刀工作行程時，工件恢復(fù)原位。在較大規(guī)格的插齒機上，讓刀運動由插齒刀刀架部件來完成。插齒與滾齒工藝特點比較插齒與滾齒同為常用的齒形加工方法，它們的加工精度和生產(chǎn)率也大體相當。但在精度指標、生產(chǎn)率和應(yīng)用范圍等方面又各自有其特點?，F(xiàn)分析比較如下：1）插齒的加工質(zhì)量：1）插齒的齒形精度比滾齒高。這是因為插齒刀在制造時，可通過高精度磨齒機獲得精確的漸開線齒形。2）插齒后的齒面粗糙度值比滾齒小。其原因是插齒的圓周進給量通常較小，插齒過程中包絡(luò)齒面的切削刃數(shù)較滾齒多，因而插齒后的齒面粗糙度值小。3）插齒的運動精度比滾齒差。因為在滾齒時，一船只是滾刀某幾圈的刀齒參加切削，工件上所有齒槽都是這些刀齒切出的；而插齒時，插齒刀上的各刀齒順次切削工件各齒槽