毕业设计直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺.doc

毕业设计-直齿圆柱齿轮的设计及加工工艺毕业设计局部装订 目 录 前言 任务书 开题报告绪论 第一章 其次章 第三章 第四章 零件图1 张 毛坯图1 张 机械加工工艺卡片 直齿圆柱齿轮的设计 4.1 齿轮的根底学问. 4.2 齿轮材料的合理选择. 4.3 影响齿轮工作平稳性的加工误差分析. 第五章 直齿圆柱齿轮的工艺分析 5.1 轴类零件加工的工艺路线. 5.2 齿轮加工方法. 5.3 齿轮加工方案选择及使用要求. 5.4 齿轮加工工艺过程设计总结感谢语参考文献浙江同济科技职业学院 2022 级数控技术专业毕业设计任务书 设计题目：设计直齿圆柱齿轮的机械加工工艺规程及工艺装备。 设计题目：设计直齿圆柱齿轮的机械加工工艺规程及工艺装备。题目 直齿圆柱齿轮的机械加工工艺规程及工艺装备 完成设计内容： 完成设计内容： 1、零件图 1 张； 2、毛坯图 1 张； 3、机械加工工艺卡片或工艺过程卡片和工序卡片1 套； 4、夹具总装图 1 张； 5、夹具主要零件图假设干张； 6、毕业设计说明书 1 份。绪 论 齿轮是机械行业量大面广的根底件，广泛应用于机床，汽车， 摩托车，农机， 建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域， 而且对加工精度，效率和柔性 提出了越来越高的要求。 齿轮加工技术的进展有四个阶段， 分别是： 公元前 400-200 年的手工制作阶段，18 世纪后的机械仿形阶段，19 世纪后的机械范成加工阶段以 及20 世纪 80 年月至今的数控技术加工阶段。齿轮现在在国内绝大局部仍承受一般机床加工，精度难以提高。据有关资料显示，到 1995 年底，我国拥有齿轮机床 79485 台，其中数控齿轮加工机床仅 385 台。齿轮加工机床设备陈旧，其中 53的机床已使用 16 年以上， 已使用了 615 年的机床占 31，只有不到 16的机床使用年限不到 15 年。而对齿轮特别是汽 车齿轮制造要求也不断提高，在我国，由于齿轮的质量不能到达图纸要求，致使 齿轮箱噪音大，寿命短，从而严峻制约了整机的质量，这点在汽车行业表现得尤 为严峻。为了满足对齿轮加工中质量和加工效率得要求，从 1995 年以来大量进口 数控齿轮加工机床。 近几年，齿轮加工技术在进展的过程中涌现了一些工艺：磨料流光整加工 工艺，磨-珩联合工艺。信任在不久的将来，齿轮加工技术必定会朝着数控化、智 能化、高速化、集成化、环保化的方向进展。 本文主要介绍磨齿技术的应用。 磨齿加工技术最进呈现状 承受磨齿加工的齿轮具有低传动噪音、高传动效率和长使用寿命的优点。磨 齿加工曾被认为是一种用于航空或其它高技术领域的昂贵齿轮加工手段。现在， 由于磨齿机的效率提高了，砂轮性能也更好，高额本钱得以大幅下降。由此，磨 齿加工已开头大规模应用于齿轮加工中。 磨齿机经过如下的一系列的重大改进，使得效率提高了很多。 1机载测量 很多磨齿机因配备了机载测量系统而变得更为准确。优于使用了在机测量， 不必将齿轮从工作台上拆卸下来送到其它地方去检测，避开了再加工时的二次安装误差。加工时，先由机载测量系统初步分析齿轮，再将实测参数与理论设计参 数比照，求出所需修正量，把握系统采集到这些修正数据后自动调整磨齿加工状 态，然后再进展磨齿和测量。如此反复循环，直至到达所需的精度要求。一体化 机载测量和机载修正系统使现代磨齿机更加高效。? 2直驱电机 近年来，构造紧凑的直驱电机在砂轮主轴和齿轮工件主轴上的使用日渐增 加。直驱主轴可避开传动链误差。因此，在“修砂轮磨齿轮”循环中运用直驱 电机， 并配以较好的砂轮和多轴联动把握，可消退切削纹、偏畸几何外形、齿轮 使用噪音的高频误差及有害振动。 3自动化 “自动化”一词越来越多地应用于磨齿加工特别是流程化生产中，包括工 件安装、换刀以及与工件流程同步的库存分类等。自动化消退了机器空转时间并 有利于削减工序间等待时间。4磨齿机软件 基于 Windows 的软件也像应用于个人计算机一样，广泛应用于今日的磨齿 机中如基于 Windows 的设计系统和数控系统。以前只能以纸绘图，现在， 图 形界面和算法软件相结合的设计加修正软件包可使齿轮几何尺寸设计程序化和局 部制造仿真化。? 驱动、滚珠丝杠和位置传感器三者间的高精度闭环把握因软件的应用而得 以实现。很多一代磨齿机的部件配有与驱动单元分别的位置传感器，因而具有 更高的精度和热稳定性。确定式位移传感器和确定编码技术保证了在高定位精度前提下，反响数据的高速传输和机床传动的稳定性。? 5材料砂轮 先进的陶瓷结合剂砂轮和电镀立方氮化硼CBN砂轮有着同样高的生产 效率。由于“混合颗粒”型合成物中使用了材料以及粘接工艺的进步，提高了 陶瓷结合剂砂轮的强韧性、外形精度保持力、材料切除力和耐用性。这些优异性 能来源于高性能颗粒构造和增大的孔隙度。同时，良好的颗粒构造削减了磨削压 力，降低了磨削温度。 6磨削费用的降低 如今，磨齿本钱大幅下降，其缘由很多， 如基于模块化设计的高性价比 机型、数控系统、流程化生产等，即使是综合了前述全部先进技术的磨齿机也比 以前的机型廉价得多， 大批量生产使单件生产周期比以前缩短了 50%70%，损耗 品砂轮和金刚石修正器等本钱也大幅下降。 直齿圆柱齿轮的设计第四章 直齿圆柱齿轮的设计 4.1 齿轮的根底学问 4.1.1 齿轮机构的特点如下： 1齿轮机构的优点有：1齿轮机构传递的功率和圆周速度分别可达 100000kw、 300m/s。 2齿轮机构的传动比恒定，寿命长，工作牢靠性高。 3齿轮机构能 够实现平行轴和不平行轴之间的传动。 2齿轮机构的缺点有：1齿轮机构得制造本钱过高。 2齿轮机构不适用于 远距离的传动。 3低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。 4.1.2 齿轮的分类 从机电一体化有用手册见参考文献，以下皆是一书中我们了解到：齿 轮的传动是通过轮齿之间的相互啮合来实现直接接触的传动方法。这种传动方法 的传动比准确、传递功率较大。齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则两轮的 齿廓不管在何处接触，过接触点的公法线必需与两轮的连心线交于固定的一点。直齿轮 外啮合齿轮 内啮合齿轮 齿轮齿条啮合 平行轴 斜齿轮 直齿圆锥齿轮 相交轴圆锥齿轮 螺旋齿圆锥齿轮 齿轮传动 穿插轴 准双曲面齿轮 蜗轮与蜗杆 同心轴行星齿轮 图 4-1 齿轮的分类 4.1.3 共轭齿廓的重要一种 渐开线齿廓齿轮 通过这段时间的考察与探讨，我们得出以下一些结论：1发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚动过的圆弧长。2渐开线上任意一点的法线必与基圆相切；渐开线上各点的曲率半径不相等； 渐开线的外形打算基圆的大小。3基圆内无渐开线。 图 4-2 渐开线的形成及压力角 图 4-3 渐开线外形与基圆大小的关系 4 渐开线齿廓啮合的特点：1渐开线齿轮中心距的可分性。2啮合角为恒定 值。 5压力角ak及展角invak的计算 cos (ak)=(rb)/(rk) inv(ak)=tgak-(ak) 4.1.4 标准直齿圆柱齿轮外啮合几何尺寸计算 1分度圆、模数和压力角 我们把齿轮上作为齿轮尺寸基准的圆称为分度圆，分度圆以 d 表示。相邻两 齿同侧齿廓间的分度圆弧长称为齿距，以 p 表示，p=d/z，z 为齿数。齿距 p 与 的比值 p/ 称为模数，以 m 表示模数是齿轮的根本参数 。由此可知： 齿距 度圆直径 p = m d = m z 我们把渐开线齿廓上与分度圆交点处的压力角称为分度圆压力角，简称压力角，国家规定标准压力角 =20°。2齿距、齿厚和槽宽 齿距 p 分为齿厚 s 和槽宽 e 两局部，即 s + e = p =m 标准齿轮的齿厚和槽宽相等，即 s = e =m/2 齿距、齿厚和槽宽都是分度圆上的尺寸。 3齿顶高、顶隙和齿根高 由分度圆到齿顶的径向高度称为齿顶高，用 ha 表示 h a = h a* m 两齿轮装配后，两啮合齿沿径向留下的空隙距离称为顶隙，以 c 表示 c = c*m 由分度圆到齿根圆的径向高度称为齿根高，用 hf 表示 hf = ha + c =ha*+c*m 式中ha*、c*分别称为齿顶高系数和顶隙系数，标准齿制规定：正常齿制ha*=1、 c*=0.25，短齿制 ha*=0.8、c*=0.3。 由齿顶圆到齿根圆的径向高度称为全齿高，用 h 表示 h = ha + hf =2ha*+c*m 齿顶高、齿根高、全齿高及顶隙都是齿轮的径向尺寸。表 4-1 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算公式 名称 齿距 齿厚 槽宽 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆 直径 齿顶圆 直径 齿根圆 直径 基圆直 径中心距 符号 计算公式 p s e ha hf h d p = m s = m/2 e =m/2 h a = h a* m hf = ha + c =ha*+c*m h = ha + hf =2ha*+c* m d = m z da = d + 2ha = mz + 2ha* da df = d ? 2hf = mz ? 2ha* ? 2c* df db = dcos= mzcos db a a = mz1+z2/ 2 齿轮材料的合理选择 4.2 齿轮材料的合理选择 在加工之前，为了保证齿轮工作的牢靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及 其热处理应依据实际的工作条件和材料的特点来选取。 在本文的一些条件下，对齿轮材料的根本要求是：应使齿面具有足够的硬度 和耐磨性， 齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以到达齿轮的各种技术要求。 可以知道的是，常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素构造钢、合金构造钢、 铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多承受锻件或轧制钢材。当齿轮构造尺寸较大， 轮坯不易锻造时，可承受铸钢。开式低速传动时，可承受灰铸铁或球墨铸铁。低 速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。 高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选 用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可承受非金属材 料、如夹布胶木、尼龙等。 4.2.1 满足材料的机械性能 在加工过程中， 假设齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效； 假设齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。 齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。 因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲乏强度和接触疲乏强度，齿面要有足够 的硬度和耐磨性，芯部要有肯定的强度和韧性。 4.2.2 满足材料的工艺性能材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的力量。 齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要 特别留意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好， 其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢 淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过转变工艺规程、 热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。 4.2.3 材料的经济性要求 在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应当留意尽量降低零件的总本钱。 从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能 的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能， 而且可以降低本钱。 从齿轮生产过程的消耗来考虑。首先，承受不同的热处理方法相对加工费用 也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低本钱 。 4.2.4 齿轮的材料及热处理 材料成形原理与工艺中对齿轮材料的根本要求如下： 齿面要硬,齿芯要韧 易于加工及热处理 软齿面齿轮齿面配对硬度差为 30-50HBS 常用的齿轮材料及其热处理方法有： 1中碳钢(如 45 钢)进展调质或外表淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻 载或中载的一些不重要的齿轮。 2合金调质钢(如 40Cr)进展调质或外表淬火，综合力学性能更好，且热处理变 形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。 3合金渗碳钢(如 20Cr，20CrMnTi)进展渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可 达 58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮 4铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)。这些材料强度低、易加工， 适用于一些轻载的齿轮。 由于本文用到的齿轮材料为钢制齿轮，因此主要介绍一下它的的热处理方法本 篇文章的加工工艺过程的选用中需要用到的热处理方法是正火和调质： a.外表淬火 外表淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、 40Cr 钢等。外表淬火后，齿面硬 度一般为 40 55HRC。特点是抗疲乏点蚀、抗胶合力量高。耐磨性好；由于齿心部 分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。 b.渗碳淬火 渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20、 20Cr 钢等。渗碳淬火后齿面硬度 可达 5662HRC，而齿轮心部仍保持较高的韧性， 轮齿的抗弯强度和齿面接触强度 高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿 变形较大，应进展磨削加工。 c.渗氮 渗氮是一种外表化学热处理。渗氮后不需要进展其他热处理，齿面硬度可达 700 900HV。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和 难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如 38CrMoAl 等。 d.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如 45、40Cr、35SiMn 钢等。调质处理后齿面 硬度一般为 220280HBS。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进展。 e.正火 正火能消退内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的 齿轮可承受中碳钢正火处理， 大直径的齿轮可承受铸钢正火处理。表 4-2 常用齿轮材料及其力学性能 热处理方 法 抗拉强度 b/MPa 屈服点 s/MPa 硬度 HBS或 HRC 类别 材料牌号 正火 35 调质 优质碳素 钢 45 正火 调质500 270 150180HBS 550 588 647 294 294 373 190230 HBS 169217 HBS 229286 HBS 4050 HRC 外表淬火 50 40Cr 外表淬火 调质 35SiMn 外表淬火 合金构造 钢 调质 40MnB 外表淬火 20Cr 20CrMnTi 38CrMnAlA 铸钢 渗碳淬火 后回火 渗氮 正火 650 300 HT350 QT600-3 球墨铸铁 QT700-2 非金属 夹布胶木 700 100 420 350 600 370 350 637 1079 980 580 392 834 834 320 735 490750 450 正火 调质 700 500 628 373 180220 HBS 240258 HBS4855 HRC 217269 HBS 4555 HRC 241286 HBS 4555 HRC 5662 HRC 5662HRC 850HV 156217 HBS 169229 HBS 185278 HBS202304 HBS 190270 HBS 225305 HBS 2535 HBSv ZG45 ZG55HT300 灰铸铁 4.2.5 齿轮的技术要求 齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载力量及使用寿命都有很 大的影响。依据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。1传递运动准确性 我们要求齿轮能较准确地传递运动并使传动比恒定。即要求齿轮在一转中的 转角误差不超过肯定范围。 2传递运动平稳性 我们要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动 时瞬时速比的变化。 3载荷分布均匀性 我们要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷 分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均 匀性以外，还包括接触面积和接触位置。 4传动侧隙的合理性 我们要求齿轮工作时，非工作齿面间留有肯定的间隙，以贮存润滑油，补偿 因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。 由于齿轮的制造精度和齿侧间隙主要依据齿轮的用途和工作条件而定。在实 际运用中：对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动 力传动用齿轮，为了削减冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载 低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损； 对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格把握齿侧间隙，必要时，须消退间 隙。 4.2.6 齿轮毛坯 由于齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、构造形式与尺寸、使用条件及生产批 量等因素。常用的齿轮毛坯有： (1)下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，构造简洁的齿轮。由于实际 需求，本文使用的就是下料件 (2)锻件用于重要而受力较大的齿轮。 (3)铸钢件用于直径大或构造外形简单，不宜锻造的齿轮。 (4)铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。 4.3 影响齿轮工作平稳性的加工误差分析 4.3.1 机械加工的阶段 由于齿轮的传动精度主要打算于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时承受的定位基准孔和端面的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为 下一阶段加工齿形预备精基准，使齿的内孔和端面的精度根本到达规定的技术要 求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要外表的加工，也应尽 量在这一阶段的后期加以完成。 4.3.2 齿形的加工 对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最终加工阶段， 经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮， 必需在这个阶段中加工出能满足齿形的最终精加工所要求的齿形精度，所以这个 阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。应予以特别留意。 4.3.3 热处理阶段 在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面到达规定的硬度要求。 我们在齿轮加工中依据不同的目的，安排两类热处理工序： (1)毛坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理正火或调质。其主要目的是消退 锻造及粗加工所引起的剩余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。 (2)齿面热处理齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进展渗碳淬火， 高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。 4.3.4 齿形的精加工阶段 这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高 齿形精度和降低外表粗糙度，使之到达最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面孔和端面进展修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形， 假设在淬火后直接承受这样的孔和端面作为基准进展齿形精加工，是很难到达齿 轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进展齿形精加工，可以使定位准确牢靠， 余量分布也比较均匀， 以便到达精加工的目的。 影响齿轮传开工作平稳性的主要因素是齿轮的齿形误差ff 和基节偏差 fpb。齿形误差会引起每对齿轮啮合过程中传动比的瞬时变化；基节偏差会引起 一对齿过渡到另一对齿啮合时传动比的突变。齿轮传动由于传动比瞬时变化和突 变而产生噪声和振动，从而影响工作平稳性精度。4.3.5 加工误差分析1 齿形误差 从实际操作中，我们不难觉察：齿形误差主要是由于齿轮滚刀的制造刃磨误 差及滚刀的安装误差等缘由造成的，因此在滚刀的每一转中都会反映到齿面上。常见的齿形误差有如图 1-4 所示的各种形式。图 a 为齿面出棱、图 b 为齿形不对 称、图 c 为齿形角误差、图 d 为齿面上的周期性误差、图 e 为齿轮根切。 由于齿轮的齿面偏离了正确的渐开线，使齿轮传动中瞬时传动比不稳定，影 响齿轮的工作平稳性。 图 4-4 常见的齿轮误差 2 基节极限偏差滚齿时， 齿轮的基节极限偏差主要受滚刀基节偏差的影响。 滚刀基节的计算式为： pb0=pn0cos0=pt0cos0cos0pt0cos0 式中：pb0滚刀基节； pn0滚刀法向齿距； pt0滚刀轴向齿距； 0滚刀法向齿形角； 0滚刀分度圆螺旋升角，一般很小，因此 cos01。 由上式可见，为削减基节偏差，滚刀制造时应严格把握轴向齿距及齿形角误 差，同时对影响齿形角误差和轴向齿距误差的刀齿前刀面的非径向性误差也要加 以把握。直齿圆柱齿轮的工艺分析 第五章 直齿圆柱齿轮的工艺分析 5.1 轴类零件加工的工艺路线 由于我们加工的是齿轮工件，因此，要对外圆进展加工。外圆加工的根本加 工路线可归纳为四条： 1 粗车半精车精车 对于一般常用材料，这是外圆外表加工承受的最主要的工艺路线。 2粗车半精车粗磨精磨 对于黑色金属材料， 精度要求高和外表粗糙度值要求较小、 零件需要淬硬时， 其后续工序只能用磨削而承受的加工路线。 3 粗车半精车精车金刚石车 对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的外表粗糙度， 由于有色金 属一般比较软，简洁堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。 4 粗车半精粗磨精磨光整加工 对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和外表粗糙度值要求很小，常用 此加工路线。 5.2 齿轮加工方法 为了便于我们了解齿轮加工，下面我们对齿轮加工的方法进展一个简洁的探 讨。 齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛承受的齿 面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。依据加工原理，可 分为成形法和展成法两大类。 一般状况下: a.加工直齿圆柱齿轮用插齿机 b.加工斜齿轮用滚齿机 c.加工伞齿轮用刨齿机 (滚齿机也可以加工斜齿轮) 所选用的刀具由齿轮加工机床打算： a 滚齿机有专用的齿轮滚刀 b 插齿机有专用的齿轮插刀c.刨齿机有转用的齿轮刨 刀 以上刀具都是标准件,可以在刀具书中选型(依据模数) 齿轮轴的加工一般用滚齿机就可以加工,选用相应模数的齿轮滚刀,不需要特地的 夹具就可以加工。 5.2.1 成形法 成形法是承受与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀 在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。 1齿轮铣刀的选择 铣刀应选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。同时按齿轮齿数依据下 页表选择适宜号数的铣刀。 刀号 1 2 3 4 5 6 7 8 135 以 上及齿 条 加工齿 1213 1416 1720 2125 2634 3554 55 数范围 134 2铣削方法 我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾 架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开头铣第一个槽，铣完一齿退出进展分度，依 次逐个完成齿数的铣削。 3铣齿加工特点 1用一般的铣床设备，且刀具本钱低。 2生产效率低。每切完一齿要进展分度，占用较多的关心时间。 3齿轮精度低。齿形精度只达 11-9 级。 以上主要缘由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肯定的误差。 5.2.2 展成法展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下 分类： 1 插齿加工 插齿加工在插齿机上进展，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作 啮合运动而把齿形切成的。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片 材料， 然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后， 插齿 刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被 一刀刀地切出，齿形则被渐渐地包络而成。因此， 一把插齿刀，可加工一样模数 而齿数不同的齿形，不存在理论误差。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，其把握着每次插齿刀的切削量 4径向进给量 插齿刀须作径向渐渐切入运动，以便切出全齿深。 5让刀运动 插齿刀回程向上时，为避开与工件摩擦而使插齿刀让开肯定 距离的运动 插齿除适于加工直齿圆柱齿轮外，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加 工精度一般为 7-8 级。齿面粗糙度 Ra 值为 1.6m。 2滚齿加工滚齿是目前应用最广的切齿方法，滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺 旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿数很少一至二齿 齿很长的齿轮，形似 蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此， 可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加 工。这种方法可用一把滚齿刀加工一样模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误 差。 滚齿精度一般为 79 级，当承受高精度滚刀和滚齿机时，可滚切 5 级精度 的齿轮。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。 滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动： 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需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 1.6m。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。 3 剃齿加工 剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进展 精加工的方法。加工原理： 剃齿时刀具与 工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺 旋角。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法 向速度，从而带开工件旋转和轴向运动，使刀具在工件外表上剃下一层极薄的切 屑。同时， 工作台带开工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。4 珩齿加工 珩齿特点:珩齿的加工原理与剃齿一样，外表粗糙 Ra0.40.2m。主要作用 是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工 86 级精度的淬火 齿轮。 5磨齿加工 磨齿是获得高精度齿轮最有效和牢靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可 磨削淬火的齿轮。加工精度可达 64 级, Ra0.40.2m。 磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大类 锥形砂轮磨削 单分度展成磨削 蝶形砂轮磨削 展成磨 削 大平面砂轮磨削 齿轮磨削 圆柱蜗杆砂轮磨削 连续分度展成磨削 球面蜗杆砂轮磨削 成形磨削数控成形砂轮磨削 图 5-1 磨削 方式的分类 磨孔 对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周外表如 有键槽或花键的孔、阶梯孔及盲孔时，常承受磨孔作为精加工。磨孔时砂轮的 尺寸受被加工孔径尺寸的限制，一般砂轮直径为工件孔径的 0.50.9 倍，磨头轴 的直径和长度也取决于被加工孔的直径和深度。故磨削速度低，磨头的刚度差， 磨削质量和生产率均受到影响。 磨孔的方式有中心内圆磨削、无心内圆磨削。中 心内圆磨削是在一般内圆磨床或万能磨床上进展。无心内圆磨削是在无心内圆磨 床上进展的，被加工工件多为薄壁件， 不宜用夹盘夹紧，工件的内外圆同轴度要 求较高。这种磨削方法多用于磨削轴承环类型的零件，其工艺特点是精度高，要 求机床具有高精度、高的自动化程度和高的生产率，以适应大批大量生产。由于内圆磨削的工作条件必外圆磨削差，故内圆磨削有如下特点： 1 磨孔用的砂轮直径受到工件孔径的限制。约为孔径的 0.59 倍，砂轮直径小则磨耗快，因此经常需要修整和更换，增加了关心时间。 2 由于选择直径较小的砂轮，磨削时要到达砂轮圆周速度 25-30m/s 是很 困难的。因此，磨削速度比外圆磨削速度低的多，故孔的外表质量较低，生产效 率也不高。近些年来已制成有 100000r/min 的风动磨头，以便磨削 12mm 直径 的孔。 3 砂轮轴的直径受到孔径和长度的限制，又是悬臂安装，故刚性差，简洁 弯曲和变形，产生内圆磨削砂轮轴的偏移，从而影响加工精度和外表质量。 4 砂轮与孔的接触面积大，单位面积压力小，砂粒不易脱落，砂轮显得硬， 工件易发生烧伤，故应选用较软的砂轮。 5 切削液不易进入磨削区，排屑较困难，磨屑易积集在磨粒间的空隙中， 简洁堵塞砂轮， 影响砂轮的切削性能。 6磨削时，砂轮与孔的接触长度经常转变。当砂轮有一局部超出孔外时，其 接触长度较短，切削力较小，砂轮主轴所产生的压移量比磨削孔的中部时为小， 此时被磨去的金属层较多，从而形成 “喇叭口” 。为了减小或消退其误差，加工 时应把握砂轮超出孔外的长度不大于 1/21/3 砂轮宽度。内圆磨削精度可达 。 IT7 ，外表粗糙度可达 6 齿轮加工的其它方法 滚制： 齿轮的滚制加工有利用成形法与展成法。利用展成法的滚制是利用齿条与小齿轮、小齿轮与大齿轮、内齿轮与小齿轮的啮合；将淬火硬化的齿条形工 具、小齿轮形工具、内齿轮形工具按压于齿轮轮坯，使轮坯滚动，借塑性变形加 工成齿形。利用成形法的滚制是用对应于滚制齿轮的齿轮外形的成形滚制刀具， 藉特别的滚轧加工成形齿形。热间锻造：热间锻造的主要对象为直齿伞齿轮、螺旋伞齿轮及正齿轮， 通常 为以非铁合金为材料的齿轮，可不计加热之际发生的氧化皮时， 热间锻造的精度 及外表粗糙度不亚于机械加工。高速锻造：1957 年由美国 General Dynamics 公司开发 冷间锻造：主要有利用锻粗或锻头法扩大齿坯尺寸的成形与削减齿坯断面的 挤出成形。 冲剪：玩具等不大要求精度的小型板齿轮常用冲剪法作成。 一般铸造：超大型齿轮不得不用铸造放来加工。直接将熔融的金属注入铸模 中，凝固后取出，直接使用或机械加工后使用。 周密铸造法：有毂模法、石膏模法等。 还有粉末冶金法、射出成形法等齿轮加工方法 5.2.3 齿形加工方法比较 滚齿、插齿与铣齿比较 铣齿承受一般设备和简洁刀具即可加工齿形。但是只能加工 119 级精度、齿面粗糙度 Ra 值为 6.3m 3.2m 的齿形。 滚齿和插齿的分度精度和齿形精度均较铣齿高，可以加工 6 级精度、齿面粗糙度值 Ra 为 3.2m 1.6m；滚齿 和插齿是连续分度和切削 ，生产效率比铣齿高。用同一模数的滚到和插齿刀，可 以各种不同齿数的齿轮，大大削减了刀具数目，提高了经济效益。 滚齿与插齿比较 滚齿是刀齿作连续的旋转切削、切削速度较高，插齿是刃齿作往复运动，限制了切削速 度， 故滚齿生产率比插齿烙高，滚齿机可以加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮，但不能加工内 齿轮和相距太近的多联齿轮；插齿时播齿刀沿齿全长连续切出，包络线数量也多，而滚齿时 轮齿全长是由滚刀屡次连续切出，故插齿的齿面粗糙度值较小；插齿刀的制造、刃磨检验壁滚刀便利，易得到高精度，但插齿机分齿传动链比滚齿简单，因此， 加工齿轮的精度根本一 样；插齿机可以加工内齿轮和多联齿轮,但不能加工蜗轮。 表 5-1 加工精度 通常加工 610， 最高能 到达 4 级 滚齿 较高 较差 各种齿轮加工工艺比较 生产率 齿面光滑度 适用范围 通用性大，常用 于加工直齿、斜 齿的外啮合圆柱 齿轮和蜗杆 通用性大，适于 加工内外啮合齿 轮( 包括阶梯齿 轮)、扇形齿轮、 通常能加工 79，最高 能到达 6 级 插齿 较高 较好 齿条等能加工 57 级精度齿轮 高，24 分钟便 能加工一个齿轮 可达810 一般用于加工 68 级精 度齿轮 珩齿 一般状况下能到达37 级精度 磨齿 较低 可达 79 低 可达 79 主要用于齿轮滚插预加工后、淬 火前的精加工 多用于经过剃齿 和高频淬火后， 齿形的加工 加工本钱较高， 多用于齿形淬硬 后的周密加工 剃齿 齿轮加工方案选择及使用要求 5.3 齿轮加工方案选择及使用要求5.3.1 齿轮加工方案选择 由于齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理 方法等。下面提出我在选择齿轮加工方案时的几条原则，以供参考： 1对于 8 级及 8 级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接到达加 工精度要求。2对于 8 级及 8 级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工 方案可承受：滚插齿齿端加工齿面淬硬 修正内孔。 3对于 6 7 级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。 4对于 6 7 级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案： 1剃珩磨方案 滚插齿齿端加工剃齿齿面淬硬修正内孔珩齿。 2磨齿方案 滚插齿齿端加工齿面淬硬修正内孔磨齿。 剃珩方案生产率高，广泛用于 7 级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于 6 级精度以上的齿轮。 5对于 5 级及 5 级精度以上的齿轮，一般承受磨齿方案。 6对于大批量生产，用滚插齿冷挤齿的加工方案，可稳定地获得 7 级精 度齿轮。 5.3.2 齿轮传动的使用要求由于齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载力量、噪声及使用寿命影响很 大，因此，我们在制造齿轮时必需满足齿轮传动的使用要求。1传动的准确性即主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的传动比转过相应 的角度。要求齿轮在一转中，转角误差的最大值不能超过肯定的限度，即为一转 角精度。 2工作平稳性要求齿轮传动乎稳，无冲击；振动和噪声小，这就需要限制齿轮 传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度。3载荷均匀性齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的 使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量。4齿侧间隙一对相互啮合的齿轮，其非工作面必需留有肯定的间隙，即为齿侧 间隙， 其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，削减磨损；同时可以补偿热 变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的侧隙减小， 防止卡死。应当 依据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。 以上四项要求，依据齿轮传动装置的用途和工作条件而有所不同。例如， 滚 齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮副，对传动准确性要求高， 工作平稳性也 有肯定要求，而对载荷的均匀性要求一般不严格。 齿轮加工工艺过程 5.4 齿轮加工工艺过程 选用材料为钢棒 45 的棒料 1 下料：件 1锻造：按工序图一锻造 图 5-2 工序图一 2正火：按专业工艺标准进展 2.粗车：按工序图二 1 车端面，车平即可。 2打顶尖孔2.5。 一夹一顶装卡，车轴各个台阶，要求严格的台轴承台留肯定的磨量0.5-1， 与成活尺寸有关；齿轮轴齿部公差较大，可以直接车成； 车床 6140，车刀： 粗 车刀、精车刀、切槽刀。 图 5-3 工序图二 3.调头车：1 车端面、保证总厂 2打顶尖孔2.5。 4.粗车：两顶尖装夹： 按工序图二粗车符图。 5.调质处理：按本专业工艺内容。 6. 车：1按工序图三车右端面余量均分，半边 1mm 2修正中心孔。 图 4-4 工序图三 7.调头车：1按工序图