第8章 齿形加工

8.4.1 剃齿
剃齿在原理上属于展成法加工，利用一对交错轴斜齿轮啮合 原理。剃齿刀的形状类似螺旋齿轮，齿形做得非常准确，在齿 面上沿渐开线方向开有许多小沟槽以形成切削刃。当剃齿刀与 被加工齿轮啮合运转时，剃齿刀齿面上的众多切削刃将从工件 齿面上剃下细丝状的切屑，使齿形精度提高和齿面粗糙度值降 低。
8.4.3 磨齿
展成法磨齿
展成法磨齿分：
连续磨齿 (砂轮为蜗杆形)
分度磨齿
(砂轮有碟型、大平面型、 锥形，利用齿条和齿轮啮 合原理)
8.2 滚齿加工
滚齿加工原理
滚齿加工是按照展成法的原理来加 工齿轮的。滚齿加工相当于一对轴 线相叉的螺旋齿轮的空间啮合，滚 刀相当于一个蜗杆，即是一个螺旋 角很大的具有切削能力的斜齿圆柱 齿轮，与工件在一定速比关系下作 空间啮合，按包络(展成)原理来完 成渐开线、花键、摆线等各种齿形 加工。
滚齿是加工直齿和斜齿渐开线圆柱 齿轮最常用的方法。
第八章 齿形加工
本章要点
概述
滚齿加工
插齿加工 齿面的精加工
8.1 概述
齿轮(gears)是机械传动中传递运动和动力的重要零件,常 用的齿轮副有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗杆蜗轮等。其中，外 啮合直齿圆柱齿轮是最基本的，也是应用最多的。齿轮的齿 形曲线有渐开线、摆线、圆弧等，其中最常用的是渐开线。
常见齿轮传动 的类型
8.4.2 珩齿
珩磨轮
8.4.3 磨齿
磨齿是用砂轮在专用磨齿机上对已淬火齿轮进行精加工的一 种方法。磨齿按加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法
成形法磨齿是依靠渐开线成形砂轮来加工 齿轮的齿形，其原理与成形法铣齿相同。 砂轮的两个侧面修成所磨齿轮的渐开线形 状，砂轮的外圆修成直线形状。由于成形 法磨齿是依靠砂轮的形状保证齿形，由于 受砂轮形状、修整精度和分度精度的影响， 磨齿精度较展成法低。受砂轮修整精度和 机床分度精度的影响，其加工精度较低 （6～5级），在生产中应用较少。
8.3 插齿加工
插齿刀
插齿刀本质上一个渐开线齿轮，不同的是插齿刀具有切削刃以 及切削时所必须的前角及后角
8.3 插齿加工
插齿运动
主运动：插齿刀的往复上、下运动称为主运动。以每分钟 的往复次数来表示，向下为切削行程，向上为返回行程。 展成运动：插齿时，插齿刀和工件之间必须保持一对齿轮 副的啮合运动关系，即插齿刀每转过一个齿（1/Z刀转）时， 工件也必须转过一个齿（1/Z工转）。
8.3 插齿加工
插齿加工精度较高：由于插齿刀的制造、刃磨和检验均较滚刀 简便，易保证制造精度，故可保证插齿的齿形精度高。 插齿齿向偏差比滚齿大：由于插齿机的主轴回转轴线与工作台 回转轴线之间存在平行度误差，加之插齿刀往复运动频繁，主轴 与套筒容易磨损，所以插齿的齿向偏差通常比滚齿大。 齿面粗糙度值较小：由于插齿刀是沿轮齿全长连续地切下切屑， 且形成齿形包络线的切线数目比滚齿时多，因此插齿加工的齿面 粗糙度优于滚齿。 插齿生产率比滚齿低：插齿刀的切削速度受往复运动惯性限制 难以提高，此外空行程损失大，因此生产率低于滚齿加工。
齿轮传动的精度要求
（1）传递运动的准确性 要求齿轮在一转范围内，产生的最大转角误差应限制在 一定的范围内，使齿轮副传动比变化小，以保证传递运动的 准确性。 （2）传递运动的平稳性 要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要 限制齿轮传动时传动比的变化，保证传递运动的平稳性。 （3）载荷分布的均匀性 要求在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿高和全齿长上 保持均匀接触，并且接触面积尽可能的大。 （4）齿轮副侧隙的合理性 要求一对齿轮啮合时，在非工作齿面间应留有合理的间 隙，否则会出现卡死或烧伤现象，也可以储存润滑油。
成形法
成形法加工齿轮齿形的原理是 利用与被加工齿轮齿槽形状相 符的成形刀具，在齿坯上加工 出齿形的方法。成形法加工齿 轮的方法有铣齿、拉齿、插齿 及磨齿等，其中最常用的方法 是在普通铣床上用成形铣刀铣 削齿形。
8.1 Βιβλιοθήκη Baidu述
8.1.1 齿形的加工方法
成形法
8.1.1 齿形的加工方法
成形法
8.4.1 剃齿
剃齿刀与剃齿原理 a)剃齿刀 b)剃齿原理
8.4.2 珩齿
当工件硬度超过HRC35时，使用珩齿代替剃齿。珩齿是在珩磨 机上用珩磨轮对齿轮进行精整加工的一种方法，其原理和运 动与剃齿相同。 •珩磨时，珩磨轮转速高,可同 时沿齿向和渐开线方向产生滑 动进行连续切削，生产率高。 珩磨过程具有磨、剃 、抛光等 综合作用。 •珩齿对齿形精度改善不大，主 要用于剃齿后需淬火齿轮的精 加工，能去除氧化皮、毛刺， 改善热处理后的轮齿表面粗糙 度（Ra值为0.4～0.2µm）。珩 齿也可用于非淬硬齿轮加工。
8.2 滚齿加工
滚齿加工原理
a)、b)滚齿原理 c)包络线 d）滚刀
8.2 滚齿加工
滚齿加工原理
滚刀
8.2 滚齿加工
滚刀是由蜗杆经开槽、铲背以后形成的齿轮加工工具。
8.2 滚齿加工
滚刀安装
滚刀螺旋升角为λ0，工件的螺旋角为β 加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜δ角，称为安装角， δ =λ0； 加工斜齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜δ角，两者旋向不 同，则δ=λ0+β，两者旋向相同，则δ =λ0-β。
8.4.3 磨齿
展成法磨齿 利用展成法原理磨齿的方法称为展成法磨齿。
利用两个碟形砂轮按展成法磨 削：这是利用砂轮的窄边(工作 棱 边 ，其宽度为 0.05mm)同时磨 削轮齿两侧的渐开线。这两个砂 轮的工作棱边就形成了“假想齿 条”的两个对应齿面。砂轮的倾 斜角 α 角就构成了“假想齿条” 的压力角。 这种磨齿方法，加工精度高（最高可达3级）、齿面粗糙度 Ra值为0.4～0.2µm。但所用设备结构复杂，成本高、生产 率低，故应用不广。
在齿轮齿形加工中，滚齿应用最广泛，它除可加工直齿、斜齿 圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。但一般不能加工内 齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批 量生产和大批大量生产。
8.2 滚齿加工
Y3150E滚齿机
Y3150E型滚齿机是一种 中型通用滚齿机，主要 用于加工直齿和斜齿圆 柱齿轮，也可以采用径 向切入法加工蜗轮。 可以加工的工件最大直 径为500mm，最大模数 8mm。
展成法磨齿
利用双锥面砂轮按展成法磨削： 用双锥面砂轮磨削齿面是展成法磨齿的 常用方法。 砂轮被修成锥面，以构成假象的齿条的齿面，强制被加工齿轮 与砂轮保持齿轮和齿条的啮合运动关系，使砂轮包络出渐开线 齿形来。工件时而左转时而右转加工齿形的两侧，同时砂轮还 沿被磨齿轮的齿宽做上下往复运动。 锥面砂轮磨齿精度可达6～4级， 齿面粗糙度Ra值为0.4～0.2µm。 主要用于单件、小批生产中、 加工精度要求很高的淬硬或非 淬硬齿轮。
用成形法加工齿轮的齿廓形状是由齿轮铣刀刀刃形状来保 证；齿廓分布的均匀性则由分度头分度精度保证。
铣直齿圆柱齿轮示意图
8.1.1 齿形的加工方法
标准渐开线齿轮的齿廓形状是由该齿轮的模数m和齿数 Z决定的。因此，要加工出准确的齿形，就必须要求同一模 数不同齿数的齿轮都有一把相应的齿轮铣刀，这将导致刀具 数量非常多，在生产中是极不经济的。实际生产中，将同一 模数的铣刀一般只做出8把，分别铣削齿形相近的一定齿数 范围的齿轮。 齿轮铣刀刀号及其加工齿数范围
8.3 插齿加工
插齿原理
插齿是利用插齿刀在插齿机上加工内、外齿轮或齿条等的齿面 加工方法。 插齿过程如同一对齿轮作无侧 隙的啮合运动,其中一个是被加 工齿轮,另一个是插齿刀(在每 一个齿上磨出前角和后角以形 成刀刃，切削时插齿刀作上下 往复运动，从工件上切除切屑。 插齿刀的模数和压力角必须与 被加工齿轮的模数和压力角相 同。
刀号 加工齿数范围 1 12～13 2 14～16 3 4 5 6 7 8 135以上
17～20 21～25 26～34 35～54 55～134
每种刀号齿轮铣刀的刀齿形状均按加工齿数范围中最 少齿数的齿形设计。所以在加工该范围内加工其它齿数齿 轮时，会有一定的齿形误差产生。
8.1.1 齿形的加工方法
插齿适用于加工模数小，齿宽较窄的内齿轮、双联或多联齿轮、 齿条、扇形齿等。
8.4 齿面精加工
对于6级精度以上的齿轮，或者淬火后的硬齿面加工， 往往需要在滚齿、插齿之后经热处理再进行精加工，常用 的齿面精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。
8.4.1 剃齿
剃齿是利用剃齿刀在专用剃齿机上对齿轮齿形进行精 加工的一种方法，专门用来加工未经淬火（HRC35以下） 的圆柱齿轮。剃齿加工精度可达7～6级，齿面的Ra值可达 0.8～0.4µm。
8.2 滚齿加工
滚齿加工的工艺特点
加工精度高：属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣 齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一般可加 工8～7级精度的齿轮。 生产率高：滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失， 生产率一般比铣齿、插齿高。 滚刀的通用性好：一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀 相同而齿数不同的圆柱齿轮。 设备和刀具费用高：滚齿机为专用齿轮加工机床，其调 整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。
仿形法铣齿一般用于单件小批量生产或机修工作中，加工直齿、斜
齿和人字齿圆柱齿轮，也可加工重型机械中精度要求不高的大型齿轮。
8.1.1 齿形的加工方法
展成法
展成法加工齿轮齿形是利用一对齿轮啮合的原理来实现的。 即把其中一个转化为具有切削能力的齿轮刀具，另一个转 化为被切工件，通过专用齿轮加工机床，强制刀具和工件 作严格的啮合运动（展成运动），在运动过程中，刀具切 削刃的运动轨迹逐渐包络出工件的齿形。 展成法加工齿轮，一种模数和压力角的刀具，可以加工 出相同模数和压力角而齿数不同的齿轮； 其加工过程是连续的，具有较高的加工精度和生产效率， 是齿轮齿形主要的加工方法。 滚齿和插齿是展成法中最常见的两种加工方法。
8.3 插齿加工
插齿运动
径向进给运动：为了逐渐切至工件的全齿深，插齿刀必须 有径向进给运动。 圆周进给运动：展成运动只确定插齿刀和工件的相对运动 关系，而运动快、慢由圆周进给运动来确定。插齿刀每一 往复行程在分度圆上所转过的弧长称为圆周进给量，其单 位为mm/往复行程。
8.3 插齿加工
插齿运动
8.1 概述
8.1.1 齿形的加工方法
在齿轮的齿坯上加工出渐开线齿形的方法很多，按齿廓 的成形原理不同，圆柱齿轮齿形的切削加工可分为成形法 和展成法两种。
• 用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀具 切出齿形的方法
成形法
展成法
• 用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动切出齿形的方 法
8.1.1 齿形的加工方法
让刀运动：为了避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减 少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一段距离，而在插齿 刀重新开始向下工作行程时，应立即恢复到原位，以便刀 具向下切削工件。这种让开和恢复原位的运动称为让刀运 动。
8.3 插齿加工
插齿运动
1～4 主传动链
4～8 圆周进给传动链
8～11展成传动链
插齿加工的工艺特点
8.2 滚齿加工
滚齿时，滚齿机必须有以下几个运动：
•切削运动：亦称主运动，即滚刀的旋转运动(no) 。 •分齿运动：即工件的旋转运动(nw) ，其运动的速度必定和滚 刀的旋转速度保持啮合关系。对于单线滚刀，当滚刀每转1转 时，被切齿坯需转过一个齿的相应角度，即1/Z转。 •垂直进给运动：即滚刀沿 工件轴线的垂直移动，这 是保证切出整个齿宽所必 须的运动，动画中为垂直 向下箭头va所示。它的运动 是由进给挂轮的传动比uf 再通过与滚刀刀架相连的 丝杆螺母来实现的。
成形法铣齿的特点：
可在一般铣床上进行，对于缺乏专用齿轮加工设备的工厂 较为方便； 模数铣刀比其它齿轮刀具结构简单，制造容易，因此生产 成本低。 由于每铣一个齿槽均需进行切入、切出、退刀以及分度等 工作，加工时间和辅助时间长，所以生产效率低。 由于受刀具的齿形误差和分度误差的影响，加工的齿轮存 在较大的齿形误差和分齿误差，故铣齿精度较低。加工精 度为9～12级、齿面粗糙度Ra值为6.3～3.2µ m。