第14讲 典型零件加工-齿轮.ppt

机械制第14讲 典型零件加工-齿轮造工艺机械制造与自动化团队机械制造与自动化团队 史琼艳史琼艳机械制造工艺斜齿轮人字齿轮圆柱齿轮加工机械制造工艺一、概述二、齿形的加工方法三、圆柱齿轮齿形的加工方法四、圆柱齿轮加工工艺过程圆柱齿轮的分类圆柱齿轮的精度要求齿轮材料及热处理成形法 展成法齿轮加工工艺过程齿形加工方案端面加工和基准孔修整滚齿 插齿 剃齿 珩齿 挤齿 磨齿机械制造工艺 一、概述 功用 齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。机械制造工艺1.圆柱齿轮的分类及结构特点 圆柱齿轮可以看成由齿圈和轮体两部分所构成，在轮圈上切出直齿、斜齿或人字齿等就形成了齿轮。齿轮的结构形状按使用场合和要求不同变化，图6-3-1是常用圆柱齿轮的结构形式，分为：盘形齿轮（图a单联、b双联、c三联）；连轴齿轮（图d）；内齿轮（图e）；装配齿轮（图f）等。机械制造工艺图6-3-1 圆柱齿轮的结构形式 机械制造工艺2.圆柱齿轮的精度要求 齿轮自身的精度影响其使用性能和寿命，通常对齿轮的制造提出以下精度要求：运动精度 确保齿轮准确的传递运动和恒定的传动比，要求最大转角误差不能超过相应的规定值。工作平稳性 要求传动平稳，振动、冲击、噪声小。机械制造工艺齿面接触精度 为保证传动中载荷分布均匀，齿面接触要求均匀，避免局部载荷过大、应力集中等造成过早磨损或折断。齿侧间隙 要求传动中的非工作面留有间隙以补偿温升、弹性形变和加工装配的误差并利于润滑油的储存和油膜的形成。运动准确、工作平稳、齿面接触良好、齿侧间隙适当。2.圆柱齿轮的精度要求 机械制造工艺3.齿轮材料、毛坯及热处理 齿轮材料 根据使用要求和工作条件选取合适的材料。一般用途的齿轮均用45钢等中碳结构钢和低中碳合金结构钢如20Cr、40Cr、20CrMnTi等。大型齿轮为了节省贵重金，可做成装配式的。如轮体用铸铁做，齿圈用合金钢做。机械制造工艺 齿轮毛坯毛坯的选择取决于齿轮的材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等因素，常用的毛坯种类为：棒料：用于尺寸小、结构简单、强度要求不高的齿轮；锻坯：强度高，耐冲击、耐磨损。用于高速重载齿轮；铸坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮；机械制造工艺 齿轮的热处理 在齿轮加工中根据不同的目的，一般有两种热处理工序：毛坯的热处理 为了消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。齿面的热处理 为了提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后，珩齿、磨齿之前。机械制造工艺二、齿形的加工方法 按齿面形成的原理不同，齿形加工可以分为两类方法：成形法（观看动画）用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等；机械制造工艺主运动铣刀高速旋转；进给运动沿工件轴线移动；分齿运动手摇分度头（或分齿机构）分齿。机械制造工艺展成法 亦称为包络法或范成法，是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮的啮合副中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具与工件严格地按照运动关系啮合，则刀具切削刃在各瞬时位置的包络线就形成了工件的齿廓线。机械制造工艺三、圆柱齿轮齿形的加工方法 滚齿（1）滚齿加工原理（观看动画）滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来的。所用刀具称为滚刀。当滚刀与工件按确定的关系强制相对运动时，滚刀的切削刃便在工件上滚切出齿槽，形成渐开线齿面。机械制造工艺滚齿是齿形加工总生产率较高、应用最广的一种加工方法，滚齿通用性好，但齿面的表面粗糙度差。为提高齿轮的加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。机械制造工艺（2）提高滚齿生产率的途径提高滚齿速度采用大直径滚刀和多头滚刀改进滚齿加工方法机械制造工艺 插齿（1）插齿加工原理（观看动画）从插齿原理上分析，插齿刀和工件相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合，插齿刀就好像是一个磨有前、后角并具有切削刃的齿轮。机械制造工艺机械制造工艺（2）插齿的主要运动切削运动，插齿刀的上下往复运动；分齿展成运动，插齿刀和工件间的正确啮合关系，也就是圆周进给运动；径向进给运动，为切至齿深应有的径向进给运动；让刀运动，插齿刀向下进行切削，向上是空进程。为了避免擦伤齿面和减少刀具磨损，空行程时工作台作让刀运动，使刀具离开工件。向下切削时，工作台回复原位。机械制造工艺（3）插齿的工艺特点插齿的加工质量插齿的齿形精度比滚齿高；插齿后齿面的表面粗糙度比滚齿小；插齿的运动精度比滚齿差；插齿的齿向误差比滚齿大。插齿的生产率 一般滚齿的生产率较插齿高。在加工小模数、多齿、齿宽小的齿轮时，插齿生产率比滚齿高。机械制造工艺 剃齿（1）剃齿的原理（观看动画）剃齿根据一对轴线交叉的斜齿轮啮合时，沿齿向有相对滑动而建立的一种加工方法。剃齿刀实际上是一个在齿面上沿渐开线方向开了许多小槽，以形成切削刃的高精度斜齿轮。剃齿是淬火前齿形的精加工方法。机械制造工艺剃齿刀的高速正、反旋转；工件沿轴向的往复运动；工件每往复一次后的径向进给运动。机械制造工艺（2）剃齿的特点 剃齿最基本的条件是剃齿刀与工件轴线必须构成轴交角。剃齿的切削速度与轴交角有关，轴交角越大，切削速度越高。为了使齿轮两侧都能获得较好的剃齿质量，剃齿刀在剃齿过程中应交替地正反转动。（3）剃齿的质量分析 剃齿是一种剃齿刀与被剃齿轮做自由啮合进行展成加工的方法。对齿轮传动的平稳性和接触精度有较大提高，齿轮表面的粗糙度值明显减小。机械制造工艺（4）剃齿工艺中的几个问题剃前齿轮的材料 材质均匀，硬度均匀。剃前齿轮硬度在2232HRC时，剃齿刀的校正误差能力最好；剃前齿轮的精度 剃齿是齿形的精加工方法，因此剃齿前的齿轮应该有较高的精度；剃齿的生产率 剃齿的生产率比较高，在大批大量生产中被广泛采用。机械制造工艺 珩齿（1）珩齿的原理（观看动画）珩齿是对热处理后的齿轮进行精整加工的方法。珩齿的运动关系和所用的机床与剃齿类似，不同的是珩齿所用刀具是含有磨料的塑料齿轮。珩齿时珩轮与工件呈交错轴斜齿轮副似地自由啮合，借齿面间的压力和相对滑动磨粒进行切削。机械制造工艺机械制造工艺（2）珩齿的应用 珩齿具有齿面的表面粗糙度值小、效率高、成本低、设备简单、操作方便等一系列特点。由于珩齿修正误差能力差，因而目前珩齿主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。珩前加工常采用剃齿和高频淬火工艺。机械制造工艺挤齿（1）挤齿原理（观看动画）挤齿是一种齿轮无切削光整加工新工艺。将留有挤齿余量的齿轮置于两个高精度淬硬挤轮之间，挤轮和工件在一定压力下做无间隙对滚。挤轮实际上是一个高精度的圆柱齿轮，挤轮与齿轮轴线平行选择。挤齿过程中挤轮只做径向进给。挤轮的材料要有一定的强度和耐磨性。机械制造工艺机械制造工艺（2）挤齿的特点 挤齿是齿轮淬火前的齿形精加工。有以下特点：生产率高于剃齿；精度高；齿面的表面粗糙度值小；挤轮寿命长且成本低；被挤齿轮使用寿命长；挤多联齿轮时不受限制。机械制造工艺磨齿磨齿是现有齿轮加工方法中加工精度最高的一种方法。磨齿可分为成形法和展成法两类:成形法是一种用成形砂轮磨齿的方法，是磨削内齿轮和特殊齿轮时不得不采用的方法。展成法主要是利用齿轮于齿条啮合原理进行加工的方法，有三种方法。机械制造工艺（1）双片蝶形砂轮磨齿两片蝶形砂轮倾斜安装，构成假想齿条的两个齿面。工件的运动有正反转，还有往复运动。这种磨齿方法展成运动环节少，传动精度高，但生产率很低，适用于磨高精度的圆柱齿轮。机械制造工艺（2）双锥面砂轮磨齿砂轮截面呈锥形（相当于假想齿条的一个轮齿），磨齿时，砂轮一面旋转一面演齿向快速往复运动。该方法机床结构复杂，传动误差大，磨齿精度低。（3）蜗杆砂轮磨齿砂轮做成蜗杆形状。这种磨齿原理于滚齿相似，蜗杆砂轮相当于滚刀，生产率高，精度可达5-7级。机械制造工艺四、圆柱齿轮加工工艺过程1.齿轮加工工艺过程加工一个齿轮大致要经过齿坯加工、齿形加工、热处理和齿形精加工等四个主要步骤。齿坯加工（齿形加工前的齿轮加工统称为齿坯加工）阶段主要为加工齿形准备基准并完成齿形以外的次要表面加工。齿形加工是保证齿轮加工精度的关键阶段，其加工方法的选择，对齿轮的加工顺序并未影响，主要决定于加工精度要求。机械制造工艺2.齿形加工方案齿轮齿形的精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常用的齿形加工方案见表6-1。机械制造工艺齿形 加 工 方 案齿轮精度等 级粗糙度Ram 适 用 范 围铣齿9级以下6.33.2 单件修配生产中，加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮拉齿7级1.60.4 大批量生产7级内齿轮，外齿轮拉刀制造复杂，故少用滚齿87级3.21.6 各种批量生产中，加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮插齿1.6 各种批量生产中，加工中等质量的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条滚（或插）齿淬火珩齿0.80.4 用于齿面淬火的齿轮滚齿剃齿76级0.80.4 主要用于大批量生产滚齿剃齿淬火珩齿 0.40.2滚（插）齿淬火磨齿63级0.40.2 用于高精度齿轮的齿面加工，生产率低，成本高滚（插）齿磨齿63级机械制造工艺3.端面加工和基准孔修整工作齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等方式。倒圆、倒尖后的齿轮在换档时容易进人啮合状态，减少撞击现象。倒棱可除去齿端尖边和毛刺。齿轮淬火后，基准孔常发生变形，影响加工质量，因此一般采用推孔和磨孔进行修整。其中，磨孔效率低，推孔能满足精度要求时尽量不要采用磨孔。对齿圈高频淬火的齿轮，因其内孔精度不高，也可采用精车对其进行修整。