机械制造技术基础-11

成形磨齿机等新型磨齿机床，磨齿的生产效率成倍提高，加 工成本不断下降。使得蜗杆砂轮磨齿工艺和成形磨齿工艺在 大量生产中逐渐得到广泛应用。
3、磨削的加工设备及其分类 磨床的种类很多，主要有平面磨床、外
圆磨床、内圆磨床、万能外圆磨床（也可磨内
孔）、齿轮磨床、螺纹磨床，导轨磨床、无心
磨床（磨外圆）和工具磨床（磨刀具）等。这
三、剃齿
1、加工原理
利用一对交错轴斜齿轮啮合时沿齿向存在相对滑动而创 建的一种齿轮精加工方法。 剃齿刀与被切削齿轮啮合时在齿向会产生相对滑动。 由于剃齿刀的齿面上开有许多切削刃，剃齿刀便在被 切齿面上剃下一层又薄又细的切屑。
vp vct vw vc sin c vw sin w
受到插齿机主轴往复运动惯性的限制；此外插齿空行程的损失使实
际切削的行程长度减短。
（3）生产应用比较
滚齿效率高，齿距积累误差小，运动精度高，通过后续精加工可 弥补齿形误差和齿面粗糙度的缺点。所以，高精度圆柱齿轮齿面的 预加工一般采用滚齿。 插齿可以加工内齿、齿条、齿扇形等，还可以用来加工齿圈相距很
近的双联、多联齿轮中的小齿轮。插齿的灵活性比滚齿好。
（3）径向（垂直）进给运动
3、剃齿的工艺特点及应用范围
特点：机床结构简单、造价相对较低。可修正轮齿的 径向误差、齿形误差和减小齿面粗糙度，但对于轮齿 的累积误差等切向误差的修正能力差。
从保证加工精度考虑，剃前预加工一般先采用滚齿而
不用插齿，因为剃齿与滚齿的优缺点可以互补，但与
插齿的优缺点不能互补。
剃齿机有卧式和立式两种。卧式
剃齿机有两种结构：一种刀具位
于工件上面，机床结构紧凑，占 地面积小，广泛应用于成批大量
生产中小型齿轮的汽车、拖拉机
和机床等行业；另一种刀具位于 工件后面，工件装卸方便﹐主要
用于加工大中型齿轮和轴齿轮。
大型剃齿机多为立式，主要用于 机车、矿山机械和船舶制造部门。
剃齿加工
四、磨齿
滚齿时，滚到的螺旋线方向应与被切削齿轮
槽方向一致。滚刀轴线与被切削齿轮端面间夹角 （滚齿刀安装角）
=w oz
w——被切削齿轮螺旋角； oz——滚刀导程角。
齿轮滚刀和被加工齿轮旋向相同时，上式取 “-”号，旋向相反时，上式取“+”号。
=w oz
w=0
旋向相反，取“+” 号 旋向相同，取“-” 号
d 0 nc
sin
式中 : ——剃齿刀和工件轴线的夹角 d 0 ——剃齿刀节圆直径（mm） nc ——剃齿刀转速（r/min）
2、剃齿机运动
（1）剃齿刀的正反向转动 目的：为了剃削齿轮的两个齿面。
（2）工作台轴向进给运动
当被剃齿轮为斜齿轮时，啮合点运动轨迹为一条与齿轮端面倾斜的曲线。 当被剃齿轮为直齿轮时，啮合点运动轨迹为一条与齿轮端面平行的曲线。
里介绍平面磨床及其运动。
磨齿加工
4、加工设备——磨齿机
五、其他加工方法

铣齿
视频
定义：用铣刀或铣刀盘按成形法或展成法加工齿轮或齿条的齿面。

珩齿
原理： 淬火后的齿轮轮齿表面有氧化皮，影响齿面粗糙度，热处理的变形也影响齿
轮的精度。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，但也可以采用珩齿进行精加工。 珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用
按照齿轮的结构特点可分为：
齿轮类型 单联齿轮 多联齿轮 盘形齿轮 结构剖面图
齿圈
轴齿轮
2、齿轮的主要技术要求：
1. 传递运动的准确性 •齿轮制造的精度确定标准
13个精度等级，用数字0~12由 低到高的顺序排列，0级最高，
2. 传递运动的平稳性
3. 载荷分布的均匀性 4. 齿侧具有间隙
12级最低
齿轮精加工时，加工成本低。
剃齿加工精度取决于刀具。加工齿轮精度可
达到7~6级。齿面粗糙度可达到Ra0.40~1.25um。
采用剃齿加工可将经滚齿或插齿等预加工的齿轮
精度提高1~2级。
在大批量生产加工中加工中等模数、7~6级
精度、未经淬硬的齿轮，剃齿时最常用的齿轮精
加工方法。
4、加工设备——剃齿机
1、磨齿方法分类及特点
按齿廓形成方法不同，磨齿可分为成形法磨齿和 展成法磨齿两大类。 （1）成形法磨齿 成形法磨齿是将砂轮修整成与被加工齿轮槽相对
应的形状，对被加工齿轮槽逐个进行磨削。
由于砂轮磨粒本身
具有很高的硬度和
耐热性，因此磨削 能加工硬度很高的 材料，如淬硬的钢、 硬质合金等。近年
来，采用立方氮化
视频
加工设备
立式滚齿机
卧式滚齿机
立式插齿机 卧式插齿机
立式剃齿机 剃齿 7~6级 0.40~1.25 卧式剃齿机
磨齿
3~6级
0.2~0.8
磨齿机
圆柱齿轮齿面加工
讲 解 组：BJ0808第一组 讲 解 人：蒋沛沛 小组成员：09张举 12王飞 13陈延龙 16蒋沛沛 33张灵彦
一、概述
1、齿轮的结构与分类
齿轮是现代机器和仪器中传递运动和转矩的重要零 件。 主要优点： 传动准确、传递转矩大、效率高、结构紧凑、可靠 耐用。
应用场合：齿轮减速箱、齿轮泵、齿轮马达等。
nc , nw——插齿刀与被切削齿轮的转速； zc , zw ——插齿刀与被切削齿轮的齿数；
（3）圆周进给运动
插齿刀的旋转运动是插齿的圆周进给运动，以插齿刀每
往复一次在其节圆上转过的弧长表示（mm/str）。 圆周进给量的大小影响插齿的切削负荷和生产效率。 （4）径向进给运动 开始插齿时，如果插齿刀立即切入至全齿深，将会因切 削负荷过大而损坏道具和机床。径向进给至全齿深后，径向 进给自动停止，再进行展成加工，便可加工出完整的全深齿
动，以插齿刀每分钟往复运动的冲程次数表示（str/min）。提高插齿
刀往复运动速度，可增加轮廓的包络线数目，使齿廓线更加光滑，齿形 误差减小。 （2）展成运动 插齿刀与工件的旋转运动构成插齿加工的展成运动。 插齿刀与工件旋转运动之间，必须严格保持一对圆柱齿轮副的
啮合传动关系，其传动比
i
应满足
i
nc zw nw zc
3）表面粗糙度
滚齿刀在齿向的
切削是连续的。在被 加工轮齿齿面上留下 的是鳞状刀痕。（右图
a））
插齿刀在齿向切 削是连续的，轮齿齿
面上留下的刀痕是直
线。 （右图b））
综上分析可知： 滚齿与插齿比较，滚齿齿轮运动 精度高，但齿形误差和齿面粗糙度比插 齿大。
（2）生产效率比较
滚齿效率较高，因为插翅的切削运动是往复运动，提高插翅速度要
一个切削刃为渐开线并磨出前角和后角的假想圆柱齿
轮，其模数与压力角与被加工齿轮相同。插齿到以其
内孔或锥柄紧固在插齿机主轴上。插齿时，插齿刀与
被切削齿轮间严格保持一对圆柱齿轮的啮合传动关系，
插齿刀刀齿的连续运动轨迹在工件上包络出轮齿齿廓。
5、插齿机运动
（1）切削运动 插齿刀沿其周线方向的快速直线往复运动是插齿切削的主运
（3）轴向的进给运动（
f
）
wk.baidu.com
为了在全齿宽上切削出渐开线齿面，滚齿刀应沿被切削齿轮轴线方向进行
轴向进给，轴向进给运动形成齿面的导线。
轴向进给运动
工件旋转运动 滚刀旋转运动
3、加工设备——滚齿机
滚齿加工
工作台移动 立式滚齿机
立柱移动
立式滚齿机
4、插齿原理
插齿是利用一对平行轴圆柱齿轮副啮合原理，
使用插齿刀进行切齿的一种加工方法。插齿刀相当于
圆柱齿轮齿面加工方法：
展成法
滚齿 插齿 剃齿 珩齿
齿面的切削加工
磨齿 铣齿 成形法 拉齿 磨齿 轧制（热轧齿）
齿面的无屑加工 冷挤齿（精轧齿） 精密锻造齿轮
二、滚齿与插齿
1、滚齿加工原理 滚齿是应用一对交错圆柱齿轮副啮合原 理，使用齿轮滚刀进行切齿的一种加工方法。 滚齿刀齿数一般取1~4，通常取1。
2、滚齿机运动
滚齿的三种基本运动： （1）滚刀的旋转运动（ nc ） （2）工件的旋转运动（ nw） 滚刀与工件旋转运动之间，必须严格保持一对交错轴斜齿圆柱齿轮副的啮 合传动关系，其传动比
i
应满足
i
nc zw nw zc
nc , nw——滚刀与被切削齿轮的转速； zw ——被切削齿轮的齿数； zc ——滚刀齿（头）数。
啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。
珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向 往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，
故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。
视频
六、小结
加工方法 加工精度 表面粗糙度Ra(um) 滚齿 7~6级（普通） （百度） 4~3级（高精） 9~7级（视频） 7~5级（百度） 插齿 9~7级（视频） 3.2~1.6 3.2~1.6
2、磨齿的工艺特点和应用范围
优点：磨齿的加工质量高，可纠正齿轮预加工中产生的各项齿 轮误差，加工精度比剃齿、珩齿高得多。表面质量好，粗糙 度可达到Ra0.2~0.8um，而且能加工3~6级的淬硬齿轮。是 最有效的精加工方法。 缺点：生产效率低、成本高。
发展：自从出现了蜗杆砂轮磨齿机和立方氮化硼（CBN）砂轮
（1）加工质量比较 1)运动精度（传递运动的准确性） 滚齿后齿轮的的齿距累积误差比插齿小。 切削部位：
滚齿加工： 滚刀上相同的2~3圈刀齿切出来的。
插齿加工： 插齿刀的不同刀齿切出来的。 2）传动的平稳性 滚齿与插齿形成的齿廓是由有限个折线包罗形成的，必然都 存在齿形误差。但插齿后形成的齿形误差较小。 实质：包罗折线的数目。
廓。
（5）让刀运动 定义：插齿刀与被切削齿面脱离接触称为让刀。 目的：避免插齿刀在空行程中擦伤已切削齿面和减少齿刀磨
6、加工设备——插齿机
插齿机分立式和卧式两 种﹐前者使用最普遍。
立式插齿机又有刀具让
刀和工件让刀两种形式。 高速和大型插齿机用刀 具让刀﹐中小型插齿机 一般用工件让刀。
插齿加工
7、滚齿与插齿比较
硼（CBN）制作砂 轮，改善了砂轮形 状的保持性。
（2）展成法磨齿
1）单片锥形砂轮磨齿 砂轮的截面形状相当于假想齿条的一个齿。磨齿时，砂轮一面旋 转，一面沿齿宽方向作往复运动，这就构成了假想齿条上的一个齿。 被磨齿轮位于与假想齿条相啮合的位置，一面转动一面作往复运动， 实现展成运动。 2）双片碟形砂轮磨齿 两片碟形砂轮安装后，构成假想齿条的两个齿面。磨齿时，砂轮 只在原位旋转，同时对两个齿面进行磨削；被加工齿轮一面转动一面 移动，实现展成运动。 3）蜗杆砂轮磨齿 用蜗杆砂轮磨齿时，砂轮与被磨齿轮相当于一对交错斜齿轮副啮 合传动。蜗杆砂轮磨齿的成形原理和机床运动与滚齿相同。由于展成 运动和分齿运动是连续发生的，没有空行程，故生产效率较高。
v p ——剃齿切削速度
vct , vwt ——切向分量 vc
——剃齿刀的圆周速度
(1)
vw ——工件的圆周速度
c ——剃齿刀的螺旋角
w ——被剃齿轮的螺旋角
因为vcn vwn，即 vc cos c vw cos w vc cos c 所以vw cos w
将vw带入式（1），进行整理得 sin( w c ) vc v p vc sin cos w cos w 1000 cos w
齿轮的分类
直齿轮 按齿线形状分类 斜齿轮 人字齿轮 曲线齿轮 外齿轮 圆柱齿轮 按齿轮所在表面分类 内齿轮 渐开线齿轮 按外形分类 按齿形分类 摆线齿轮 圆弧齿轮 锥齿轮 非圆齿轮 齿条 蜗杆涡轮