齿形加工

齿形的加工方法

齿形加工是整个齿轮加工的关键。按照加工原理，齿形加工可分为成形法和展成法两种。指状铣刀铣齿、盘形铣刀铣齿、齿轮拉刀拉内齿轮等是成形法加工齿形的例子，而滚齿、剃齿、插齿等是展成法加工齿形的例子。现介绍几种用展成法加工齿形的加工方法。

1 滚齿

⑴滚齿特点

滚齿是齿形加工中生产率较高，应用最广的一种加工方法。而且滚齿加工通用性好，可加工圆柱齿轮、蜗轮等，亦可加工渐开线齿形、圆弧齿形、摆线齿形等。滚齿既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮，加工斜齿也很方便。

滚齿可直接加工9～8级精度齿轮，也可作为7级精度以上齿轮的粗加工和半精加工。滚齿可以获得较高的运动精度。因滚齿时齿面是由滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，故齿面的表面粗糙度值较大。为提高加工精度和齿面质量，宜将粗、精滚齿分开。

⑵滚齿加工质量分析

1）影响传动准确性的加工误差分析

影响传动准确性的主要原因是，在加工中滚刀和被加工齿轮的相对位置和相对运动发生了变化。相对位置的变化(几何偏心)产生齿轮径向误差，它以齿圈径向跳动ΔFr来评定；相对运动的变化(运动偏心)产生齿轮切向误差，它以公法线长度变动ΔF w来评定。现分别加以讨论：

①齿轮的径向误差。齿轮的径向误差是指滚齿时，由于齿坯的回转轴线与齿轮工作时的回转轴线不重合(出现几何偏心)，使所切齿轮的轮齿发生径向位移而引起的齿距累积误差(图1)。从图1可以看出，O为切齿时的齿坯回转中心，O′为齿坯基准孔的几何中心(即齿轮工作时的回转中心)。滚齿时，齿轮的基圆中心与工作台的回转中心重合于O，这样切出的各齿形相对基圆中心O分布是均匀的（如图中实线圆上的P1＝P2），但齿轮工作时是绕基准孔中心O′转动的(假定安装时无偏心)，这时各齿形相对分度圆心O′分布不均匀了(如图中双点划线圆上的P1′≠P2′)。显然这种齿距的变化是由于几何偏心使齿廓径向位移引起的，故又称为齿轮的径向误差。

r—滚齿时的分度圆半径r—以孔轴心O′为旋转中心时，齿圈的分度圆半径

图1 几何偏心引起的径向误差

②齿轮的切向误差：齿轮的切向误差是指：滚齿时因滚齿机分齿传动链误差，引起瞬时传动比产生不稳定，使机床工作台不等速旋转，工件回转时快时慢，所切齿轮的轮齿沿切向发生位移所引起的齿距累积误差。如图2所示。

图2 齿轮的切向误差

由图2可以看出，当轮齿出现切向位移时，图中每隔一齿所测公法线的长度是不等的。如2、8齿间的公法线长度明显大于4、6齿间的公法线长度。据此可以看出，通过公法线长度变

动ΔFw可以反映出齿轮齿距累积误差(切向部分)，因此在生产中公法线长度变动可以作为评定齿轮传递运动准确性的指标之一。

机床工作台的回转误差，主要取决于分齿传动链的传动误差。在分齿传动链的各传动元件中，影响传动误差的最主要环节是工作台下面的分度蜗轮。分度蜗轮在制造和安装中产生的齿距累积误差，使工作台回转时发生转角误差，这些误差将直接地复映给齿坯使其产生齿距累积误差。

影响传动误差的另一重要环节是分齿挂轮，分齿挂轮的制造和安装误差，也会以较大的比例传递到工作台上。

为了减少齿轮的切向误差，主要应提高机床分度蜗轮的制造和安装精度。对高精度滚齿机还可通过校正装置去补偿蜗轮的分度误差，使被加工齿轮获得较高的加工精度影响齿轮工作平稳性的主要误差是齿形误差、基节偏差等。

⑵影响齿轮工作平稳性的加工误差分折

1）齿形误差

①滚齿后常见的齿形误差，如图3所示。其中齿面出棱、齿形不对称和根切，可直接看出来；而齿形角误差和周期误差需要通过仪器才能测出。应该指出，图3所示的误差是齿形误差的几种单独表现形式，实际齿形误差常是上述几种形式的叠加。

a)出棱b)不对称c)齿形角误差d)周期误差e)根切

图3 常见的齿形误差

②齿形误差产生的主要原因是：滚刀在制造、刃磨和安装中存在误差，其次是机床工作台回转中存在的小周期转角误差。下面分析这些误差对齿形误差的影响。

③减少齿形误差的措施：从以上分析可知，影响齿形误差的主要因素是滚刀的制造误差、安装误差和机床分齿传动链中蜗杆的误差。为了保证齿形精度，除了根据齿轮的精度等级正确地选择滚刀和机床外，要特别注意滚刀的重磨精度和安装精度。

齿面出棱的主要原因

滚齿时齿面有时出棱，其主要原因是：滚刀刀齿沿圆周等分性不好和滚刀安装后存在较大的径向圆跳动及轴向窜动等。由图4看出，刀齿存在不等分误差时，各排刀齿相对准确位置有的超前有的滞后，这种超前与滞后使刀齿上的切削刃偏离滚刀基本蜗杆的螺纹表面。因而，在滚切齿轮的过程中，就会出现“过切”和“空切”而产生齿形误差。图4c是从图4b中取出三个刀齿位置加以放大的示意图。图中双点划线表示无等分误差时刀齿的位置(和渐开线齿面相切)；实线表示有等分误差时，刀齿2因滞后而引起刃口“空切”和刀齿3因超前而引起刃口“过切”的情况。刀齿等分性误差愈大，这种“空切”和“过切”愈严重，齿面出棱愈明显。刀齿等分性误差对不同曲率的渐开线齿形的影响是不同的，齿形曲率愈大(即齿轮基圆愈小)影响愈大，这也就是齿数少的小齿轮为何齿面易出棱的缘故。

a)刀齿不等分b)滚切过程c)放大图

图4 刀齿不等分引起的齿形误差

滚刀安装后，如果存在较大的径向圆跳动或轴向窜动，滚刀刀齿面同样会产生“过切”或“空切”使齿面出棱。

产生齿形角误差的主要原因

齿轮的齿形角误差主要决定于滚刀刀齿的齿形角误差。滚刀刀齿的齿形角误差，由滚刀制造时铲磨刀齿产生的齿形角误差和刃磨刀齿前刀面所产生的非径向性误差及非轴向性误差而引起。

刀齿前刀面非径向性误差对齿形误差的影响，如图5所示。

1－刀齿2－工件

a)前角大于零b)前角小于零

图5 刀齿前刀面非径向性误差对齿形误差的影响

精加工所用滚刀的前角通常为0°(即刀齿前刀面在径向平面内)，刃磨不好时会出现前角(正或负)。由于刀齿侧后面经铲磨后具有侧后角，因此刀齿前角误差必然引起齿形角变化。前角为正时，齿形角变小，切出的齿形齿顶变肥(图5a)；前角为负时，齿形角变大，切出的齿形齿顶变瘦(5b)。

图6 刀齿前刀面非轴向性误差对齿形误差的影响

刀齿前刀面的非轴向性误差，是指直槽滚刀前刀面沿轴向对于孔轴线的平行度误差(图6)。这种误差使各刀齿偏离了正确的齿形位置，而且刀齿左右两侧刃偏离值不等，这样既产生轴向齿距偏差，又引起齿形歪斜。