08第八章齒面與齒輪加工

一、引入1、簡述M1432A型萬能外圓磨床的傳動系統(tǒng)。2、M1432A型萬能外圓磨床的主要部件有何結(jié)構(gòu)特點？二、講授新課第八章 齒面與齒輪加工齒輪是機械傳動中的重要零件，應(yīng)用廣泛，齒輪加工在機械制造業(yè)中占有重要的地位。第一節(jié) 概述齒輪加工的主要方法有無屑加工和切削加工兩大類。1、無屑加工：熱軋、冷軋、壓鑄、注塑、粉末冶金等。具有生產(chǎn)率高，材料消耗小，成本低，但加工精度不高。2、切削加工：成形法（仿形法）、展成法（又稱范成法）。通過切削和磨削加工而成，具有加工精度高，但生產(chǎn)周期長、成本高，高精度齒輪還需專用齒輪加工機床。成形法：利用與被加工齒輪齒槽法面截形相一致的刀具齒形，在齒坯上加工出齒面。一般用普通銑床加工，工件安裝在分度頭上，斜齒圓柱齒輪用萬能銑床加工。齒輪加工刀具有盤形齒輪銑刀（一般齒輪加工）和指形齒輪銑刀（大規(guī)模齒輪，特別是人字齒輪加工）。實際生產(chǎn)中將同一模數(shù)的齒輪銑刀按其所加工的齒數(shù)通常分為8組（精確的是15組）（表8-1）每一刀號的銑刀刀齒開頭按加工齒數(shù)范圍中最小齒數(shù)設(shè)計，因此，在加工范圍內(nèi)其它齒數(shù)齒輪時，會有齒形誤差產(chǎn)生，是近似加工法。成形法銑齒一般用于單件小批量生產(chǎn)，加工精度為912級，表面粗糙度值為Ra6.33.2m的直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪。展成法：刀具與工件（齒坯）模擬一對齒輪作嚙合運動來完成切削加工。刀具制作精確，一把刀具能加工同一模數(shù)的齒數(shù)產(chǎn)同的齒輪。加工時能連續(xù)分度，生產(chǎn)率較高，但需在專用的齒輪加工機床上做，機床調(diào)整、刀具的制造和刀磨都比較復(fù)雜，一般用于成批和大量生產(chǎn)。加工精度為6級，表面粗糙度值勤為Ra3.21.6m。第二節(jié) 滾齒 一、滾齒原理刀具與工件模擬一對交錯軸螺旋齒輪的嚙合傳動。齒輪滾刀本質(zhì)上是一個圓柱斜齒輪，其螺旋角很大（近似于90°）齒數(shù)很少（一個或幾個），可視為一蝸桿（滾刀的基本蝸桿）。用刀具材料來制造這蝸桿，并使它形成必要的幾何角度和切削刃，就構(gòu)成一把齒輪滾刀。 滾齒過程，復(fù)合成形運動B11和B12組成和簡單成形運動A2。B11與B12之間應(yīng)有嚴格的速比關(guān)系，滾刀的回轉(zhuǎn)（B11）為主運動，n0；工件的回轉(zhuǎn)（B12）為圓周進給運動，nw；滾刀的直線運動（A1）為垂直進給運動，f。1、加工直齒圓柱齒輪的傳動原理必須具備以下兩個運動：形成漸開線齒廓的展成運動和形成直線齒形（導(dǎo)線）的運動。展成運動傳動鏈刀具旋轉(zhuǎn)、工件旋轉(zhuǎn)。刀具-4-5-ux-6-7-工作臺。主運動傳運鏈電動機-1-2-uv-3-4-滾刀。垂直進給運動傳動鏈刀架沿立柱導(dǎo)軌移動。工作臺-7-8-uf-9-10-立柱螺桿。2、加工斜齒圓柱齒輪的傳動原理基本同直齒圓柱齒輪一致。斜齒不同于直齒的是齒形線是一條螺旋線。因此，當滾刀在沿工件軸線移動時，要求工件在展成運動B12的基礎(chǔ)上再產(chǎn)生一個附加運動B22，以形成螺旋齒的形成。刀架-12-13-uy-14-15-合成機構(gòu)-6-7-ux-8-9-工作臺。為使B12和B22兩個運動同時傳給工件又不發(fā)生干涉，需要在傳動系統(tǒng)中配置運動合成機構(gòu)，將這兩個運動合成之后，再傳給工件。3、滾刀的安裝應(yīng)使?jié)L刀的螺旋方向與被加工齒輪的齒形線方向一致。直齒圓柱齒輪：滾刀安裝角=滾刀螺旋升角。斜齒圓柱齒輪：滾刀與被加工齒輪的螺旋方向相同，滾刀安裝角=螺旋角-滾刀螺旋升角；當方向相反，滾刀安裝角=螺旋角+滾刀螺旋升角。4、滾刀的結(jié)構(gòu)及基本尺寸結(jié)構(gòu)分整體式、鑲片式和可轉(zhuǎn)位式等類型?；境叽纾和鈴絛、孔徑D、長度L及容屑槽數(shù)Z。按精密程度分為AAA、AA、A、B、C級（表8-2）。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生了解齒輪的兩大類加工方法，特別是切削齒輪的加工方法；掌握滾齒原理和滾刀的安裝方法；掌握滾刀的結(jié)構(gòu)及基本尺寸的選擇。四、布置作業(yè)1、齒輪加工的主要方法，各自特點。一、引入1、齒輪加工的主要方法，各自特點。二、講授新課第二節(jié) 滾齒二、Y3150E型滾齒機傳動系統(tǒng)及調(diào)整計算中型通用滾齒機，主要用于直齒和斜齒圓柱齒輪加工，也可用徑向切入法加工蝸輪。加工工件最大直徑為500mm，最大模數(shù)8mm。如圖8-9所示。外形：床身、立柱、刀架溜板（安裝于立柱導(dǎo)軌上，可上下移動）、刀架體、刀桿（安裝滾刀）、心軸（安裝齒坯）、支架、后立柱、工作臺、床鞍。主要運動是主運動傳動鏈，垂直進給運動和附加運動傳動鏈。另有空行程快速傳動鏈。如圖8-10所示。1、主運動傳動鏈兩端：電動機滾刀主軸位移：電動機n電(r/min) 滾刀主軸n刀(r/min)n刀=u× uv= u=式中：u有三種變速。主運動變速掛輪齒數(shù)比有三種。滾刀轉(zhuǎn)速確定后，就可算出uv，由此定u嚙合位置和掛輪的齒數(shù)。2、展成運動傳動鏈兩端：滾刀主軸工作臺位移：滾刀主軸轉(zhuǎn)1周，工件轉(zhuǎn)K/Z周 掛輪E/F用于工作齒數(shù)Z在較大范圍內(nèi)變化時，對ux的數(shù)值起調(diào)節(jié)作用，使其數(shù)值適中，以便于選取掛輪。根據(jù)Z/K值，E/F有三種選擇：5Z/K20 E=48，F(xiàn)=2421Z/K142 E=36，F(xiàn)=36143Z/K E=24，F(xiàn)=483、垂直進給運動鏈兩端：工作臺刀架位移：工作臺轉(zhuǎn)1周，刀架進給fu×=f ui=u=u:之間三種轉(zhuǎn)速,。三、蝸輪加工概述1、蝸輪滾刀的應(yīng)用和特點與齒輪滾刀基本相同，區(qū)別在于蝸輪滾刀的基本蝸桿必須和與蝸輪相嚙合的蝸桿相同。蝸輪滾刀是一種專用工具，每加工一種蝸輪，就要設(shè)計一種專用滾刀。2、蝸輪滾刀的進給方式因在蝸輪的軸平面內(nèi)，輪齒的底部呈圓弧形，而滾刀的軸線就在圓弧中心，所以滾刀不能沿蝸輪軸向進給，而只能作徑向或切向進給，以逐漸切出蝸輪牙齒的形狀。有徑向（圖8-11a）、切向進給兩種（圖8-11b）。四、滾齒加工的特點及應(yīng)用1、適應(yīng)性好；2、生產(chǎn)效率高；3、加工齒輪的齒距偏差??；4、一般用滾齒加工的齒廓表面粗糙度與插齒大；5、用于加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪，不能加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。五、滾齒加工的發(fā)展前景1、高速滾齒一般Vs=2550m/min。高速：德國2001500r/min,日本4001600;Y3150E 44250r/min2、硬齒面加工用滾齒代替粗磨齒加工。3、數(shù)控滾齒技術(shù)80年代開始，應(yīng)用于實際生產(chǎn)。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生了解Y3150E型滾齒機的結(jié)構(gòu)；掌握Y3150E滾齒機的傳動系統(tǒng)的調(diào)整計算方法；了解蝸輪的加工方法；了解滾齒加工的特點及發(fā)展前景。四、布置作業(yè)1、簡述滾齒加工的特點及應(yīng)用。一、引入1、簡述滾齒加工的特點及應(yīng)用。二、講授新課第三節(jié) 插齒插齒加工是一種應(yīng)用非常廣泛的展成法加工齒輪的方法，能一次完成齒槽的粗和半精加工，精度為87級，Ra1.6m一、插齒原理加工過程是模擬一對直齒圓柱齒輪的嚙合過程。插齒刀所模擬的那個齒輪稱為產(chǎn)形齒輪。產(chǎn)形齒輪用刀具材料制造，并具備必要的切削參數(shù)，成為刀具（插齒刀）。刀具沿工件軸向作高速往復(fù)直線運動，形成切削加工主運動，同時還與工件作無間隙的嚙合運動，從而在工件上加工出全部輪齒齒廓。插齒加工時，機床必須具備以下運動：主運動插齒刀作上、下往復(fù)運動，向下為切削運動，向上為返回的退刀運動。往復(fù)數(shù) 展成運動刀具和工件二者的運動組成一個復(fù)合運動，即刀具轉(zhuǎn)過一個齒，工件應(yīng)準確地轉(zhuǎn)過一個齒，即經(jīng)向進給運動刀具沿經(jīng)向逐漸切至工件的全齒深。 圓周進給運動插齒刀每往復(fù)行程一次，同時回轉(zhuǎn)一個角度。讓刀運動回程時，刀具與工件讓開一段距離，向下切削時，刀具恢復(fù)到原位。二、插齒刀1、插齒刀的類型名稱定位方式規(guī)格加工模數(shù)用途盤形插齒刀內(nèi)孔支承端面75，100，160，200112加工直齒外齒輪及大直徑內(nèi)齒輪碗形直齒插齒刀內(nèi)孔50，75，100，12518加工多聯(lián)齒輪和帶凸肩的齒輪錐柄插齒刀錐柄25，3813.75加工內(nèi)齒輪一般制成AA 、A 、B三種精度，分別對應(yīng)加工6、7、8級齒輪。2、插齒刀的結(jié)構(gòu)每個刀齒上有一條呈圓弧形的頂切削刀，兩條呈漸開線的側(cè)切削刃，一個呈平面或呈圓錐面的前面及兩個呈左、右旋轉(zhuǎn)開螺旋面的側(cè)后面。3、插齒刀的齒形誤差易產(chǎn)生齒輪頂厚度增大和齒根厚度減小三、插齒的工藝特點與應(yīng)用與滾齒相比，插齒有以下工藝特點：齒形精度比滾齒高齒面的表面粗糙度值小運動精度低于滾齒齒向偏差（軸向偏差）比滾齒大。插齒的生產(chǎn)率比滾齒低適合加工內(nèi)齒輪、雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪、齒條、扇形齒輪而滾齒則無法加工。應(yīng)用高速插齒機（南京Ys5120，N0=1250；天津Yzx5125，N0=1350）硬齒面加工（HRC45-64的齒輪加工）等新技術(shù)。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生掌握插齒原理；了解插齒刀的類型和結(jié)構(gòu)；了解插齒的工藝特點與應(yīng)用。四、布置作業(yè)1、簡述插齒的工藝特點與應(yīng)用。一、引入1、簡述插齒的工藝特點與應(yīng)用。二、講授新課第四節(jié) 齒面精加工對于6級精度以上的齒輪或者淬火后的硬齒面加工，往往要在滾齒或插齒后進行熱處理，再進行齒面的精加工。常用有剃齒、珩齒、磨齒等。一、剃齒常用于未淬火圓柱齒輪的精加工。生產(chǎn)效率很高，是軟齒面精加工最常見的加工方法。1、剃齒原理剃齒是由剃齒刀帶動工件自由轉(zhuǎn)動并模擬一對螺旋齒輪作雙面無側(cè)隙嚙合的過程。剃齒刀與工件的軸線交錯成一定角度，軸交角=1±0，其中1和0分別為被剃齒輪和剃齒刀的螺旋角，二者螺旋方向相同，取“+”；相反取“-”。剃直齒圓柱齒輪1=0剃齒應(yīng)具備運動，如圖8-22a所示：2 剃齒刀的正反旋轉(zhuǎn)運動；工件沿軸向的往復(fù)運動；工件每往復(fù)運動一次后的經(jīng)向進給運動。2、剃齒的工藝特點及應(yīng)用剃齒加工效率高。3 剃齒加工對齒輪的切向誤差的修正能力差。4 剃齒加工可修正齒形誤差和基節(jié)誤差。新技術(shù)：CBN鍍層剃齒刀，CNC機床，刀具高速。二、珩齒1、珩齒原理珩齒是一種用于加工淬硬齒面的齒輪精加工方法。工作方式與剃齒相同，如圖8-24所示，只是刀具由金剛砂磨料加入環(huán)氧樹脂等澆鑄成熱壓而成的塑料齒輪。珩磨余量一般不超過0.025mm。2、珩磨的特點加工過程為低速磨削，研磨和拋光的綜合作用過程，表面質(zhì)量好。修正誤差的能力較差。容易獲得高精度的造形。生產(chǎn)率高。3、珩齒的應(yīng)用用來減小齒輪熱處理后表面粗糙度值，可從Ra1.60m減到Ra0.40m以下。4、新技術(shù)多軸聯(lián)動，高速CNC機床。蝸桿狀珩輪采用CBN涂層。三、磨齒采用滾成法磨削齒面。加工精度最可達3-4級，效率較低。1、磨齒原理如圖8-25所示，用碟形砂輪的工作棱邊形成假想齒條的兩齒側(cè)面。砂輪高速旋輪為主運動，工件按嚙合原理作展成運動。目前，批量生產(chǎn)中采用蝸桿砂輪，工作原理同滾齒加工，砂輪相當于滾刀。2、磨齒加工特點及應(yīng)用加工精度高，可達IT64級，Ra0.8-0.2m；修正誤差能力強；可加工表面硬度很高的齒輪；加工效率低。主要用于加工精度要求很高的齒輪。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生掌握剃磨、珩磨、磨齒等各種齒輪精加工方法的原理和特點。四、布置作業(yè)1、試述目前齒面精加工有幾種方法？各有什么特點及應(yīng)用場合？一、引入1、試述目前齒面精加工有幾種方法？各有什么特點及應(yīng)用場合？二、講授新課第五節(jié) 齒輪加工精度分析一、對齒輪傳動的要求齒輪的加工質(zhì)量和安裝精度直接影響該傳動裝置的工作性能。對齒輪傳動有以下要求：傳動的準確性。工作的平穩(wěn)性。載荷分布的均勻性。齒側(cè)間隙。二、齒輪加工誤差分析1、影響齒輪傳動準確性的因素主要是輪齒位置不準確，即輪齒分布不均勻。主要原因：一是幾何偏心：機床、夾具和齒坯制造誤差以及相互間的安裝誤差，造成幾何偏心，如圖8-29所示；二是累積誤差：機床工作臺的不等速旋轉(zhuǎn)，使被加工齒輪的輪齒沿切向方向發(fā)生變化，造成齒距累積誤差，如圖8-33所示。2、影響齒輪傳動平穩(wěn)性的因素一是齒形誤差；二是基節(jié)誤差。3、齒輪接觸精度分析接觸精度不僅取決于單個齒輪的制造精度，而且還與齒輪副的裝配精度有關(guān)。影響因素：一是齒形誤差；二是齒向誤差，如圖8-35所示；三是工件的安裝誤差，如圖8-36所示。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生了解對齒輪傳動的要求；掌握齒輪加工誤差分析的方法。四、布置作業(yè)無一、引入1、試述目前齒面精加工有幾種方法？各有什么特點及應(yīng)用場合？二、講授新課第六節(jié) 圓柱齒輪加工工藝一、圓柱齒輪加工工藝過程的內(nèi)容及要求 加工工藝過程一般包括以下內(nèi)容：齒輪毛坯加工、齒面加工、熱處理工藝、齒面精加工。在編制工藝過程中，常因齒輪結(jié)構(gòu)、精度等級、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)環(huán)境的不同，而采取各種不同的工藝方案。如圖8-37所示齒輪加工：齒輪加工工藝過程大致可分為：齒輪毛坯的形成粗加工半精加工熱處理精加工。二、齒輪加工工藝過程分析1、基準的選擇（加工基準）帶軸齒輪用中心孔；空心軸齒輪用內(nèi)孔面；帶孔齒輪用內(nèi)孔，端具或外圓，端面來對齒輪中工時進行工件定位。為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時應(yīng)滿足：應(yīng)選擇基準重合，統(tǒng)一的定位方式；內(nèi)孔定位時，配合間隙應(yīng)盡可能減?。欢ㄎ欢嗣媾c定位孔或外圓應(yīng)在一次裝夾中加工出來，保證垂直度。2、齒輪毛坯的加工毛坯加工在齒輪加工過程中占有很重要的地位，因為齒面加工和檢測所用的基準必須在此階段加工出來，同時齒坯加工所占工時的比例較大，所以必須重視齒輪毛坯的加工。由于檢測要求的不同，應(yīng)注意以下三個問題：當以齒頂圓（外圓）作為測量基準時，應(yīng)嚴格控制齒頂圓尺寸精度；保證定位端面和定位孔或外圓相互間的垂直度；提高齒輪內(nèi)孔的制造精度，減小與夾具心軸的配合間隙。3、齒面及齒端加工齒面加工是齒輪加工的關(guān)鍵，表8-4常用加工方法有：8級精度以下的齒輪：軟齒面的齒輪（調(diào)質(zhì)處理滾齒或插齒）；淬硬齒輪（滾齒或插齒齒端加工淬火校正孔）。67級精度的齒輪：淬硬齒輪（滾（插）齒齒端加工剃齒表面淬火校正基準珩齒）；適于批量生產(chǎn)。5級以上精度的齒輪：淬硬齒輪（粗滾齒精滾齒齒端加工淬火校正基準粗磨齒精磨齒）；適于少量生產(chǎn)。齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺等方法，必須在淬火之前加工。一般安排在滾（插）齒后，剃齒之前。4、齒輪加工過程中的熱處理要求在齒輪加工工藝過程中，熱處理工序的位置安排十分重要，直接影響齒輪的力學性能及切削加工性。毛坯熱處理：正火或調(diào)質(zhì)；消除殘余應(yīng)力，改善加工性能。齒面熱處理：齒面高頻淬火，滲碳淬火，碳氮共滲和滲氮； 提高齒面硬度，增加齒輪的承載能力和耐磨性。三、新課小結(jié)本節(jié)主要是使學生掌握圓柱齒輪加工工藝過程的內(nèi)容及要求；了解齒輪加工加工工藝過程的分析方法；了解齒輪加工過程中的熱處理要求。四、布置作業(yè)1、簡述齒輪加工中基準的選擇和定位的要求。