第三章齿轮类零件加工工艺编制及实施
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机械制造工艺
第5章 齿轮类零件加工工艺 编制及实施
南通职业大学机械工程系 机制教研室
本章要点
圆柱齿轮零件概述。 齿形加工方法。 齿轮加工设备。 齿轮加工刀具。 齿轮检验。 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析。
技能目标
具有圆柱齿轮零件工艺性分析能力。 掌握圆柱齿轮零件毛坯的选择方法。 具有编制简单圆柱齿轮机械加工工艺过程卡的能力。 具有编制简单圆柱齿轮零件机械加工工序卡的能力。 初步具备较复杂圆柱齿轮零件的工艺路线编写能力。
常用的齿形加工方法
加工 方法
铣齿 拉齿 插齿 滚齿 剃齿 珩齿 磨齿
加工 原理
成形法
加工质量
精度等级
齿面粗糙度 Ra/µm
9
6.3～3.2
生产率 较插齿、滚齿低
成形法
7
1.6～0.4
高
展成法
8～7
3.2～1.6
一般较滚齿低
展成法
展成法
展成法
成形法 展成法
8～7 7～6 7～6 6～3
3.2～1.6 0.8～0.4 0.8～0.4 0.8～0.2
17～20
21～25
26～34
35～54
55～134
135以上
成形法一般用于单件小批量生产中，加工精度为
9～12级，齿面粗糙度Ra为6.3～3.2µm的直齿、斜
齿和人字齿圆柱齿轮。
5.3 齿形加工方法
2. 展成法 展成法是利用一对齿轮啮合或齿轮与齿条啮合
原理，使其中一个作为刀具，在啮合过程中加工齿 面的方法，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等 。
传动的准确性。要求齿轮在一转中，转角误差的 最大值不能超过一定的限度。
工作平稳性。要求齿轮传动平稳，无冲击、振动 和噪声小，这就需要限制齿轮在转过一个齿形角 的转角误差。
载荷均匀性。要求齿轮工作时，齿面接触要均匀。 齿侧间隙。其作用是储存润滑油，使齿面工作时
减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加 工误差和安装误差等因素引起的齿侧间隙减小， 防止卡死。
5.3.2 滚齿
1. 滚齿的运动
滚齿运动
m
5.3.2 滚齿
1. 滚齿的运动
滚切直齿圆柱齿轮时，为了使滚刀螺旋线的方 向与被切齿轮的齿向一致，也就是使滚刀螺旋线法 向齿距，与齿轮分度圆上的齿距相等，故滚刀必须 扳转一个角(滚刀螺旋线升角)。如使用右旋滚刀， 被切齿轮转向为逆时针方向；若用左旋滚刀，则被 切齿轮转向为顺时针方向。
较高 高 很高 成形法高于展成法
设备
普通铣床 拉床 插齿机 滚齿机 剃齿机 珩齿机 磨齿机
应用范围
单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿 轮、锥齿轮、蜗轮 大批量生产7级精度的内齿轮，因外齿轮 拉刀制造甚为复杂，故少用 单件成批生产中，加工中等质量的内外 圆柱齿轮、多联齿轮 单件和成批生产中，加工中等质量的外 圆柱齿轮、蜗轮 精加工未淬火的圆柱齿轮 光整加工已淬火的圆柱齿轮，适用于成 批和大量生产
5.3.3 齿形的精加工
盘形剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，每 个齿的齿侧沿渐开线方向开槽以形成刀刃。加工时 工件装在工作台上的顶尖间，由装在机床主轴上的 剃齿刀带动工件自由转动。
剃齿刀Байду номын сангаас
剃齿刀刀齿
5.3.3 齿形的精加工
2. 珩齿 珩齿原理和运动与剃齿相同，主要区别就是刀
具不同，以及珩磨轮的转速比剃齿刀高。珩齿主要 用来切除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。其加工 精度取决于前工序的加工精度和热处理的变形量。 一般能加工6～7级精度齿轮，轮齿表面粗糙度 Ra0.8～0.4µm。珩齿的生产率高，在大批量生产中 得到广泛的应用。
5.1 工作场景导入
如图5-1所示为8E160C-J主动齿轮零件 图, 现为中小批量生产。
任务要求：编制主动齿轮的机械加工工 艺过程卡、机械加工工序卡。
图5.1 8E160C-J主动齿轮零件图
5.2 概述
5.2.1 圆柱齿轮的功用和结构特点
图5.2 圆柱齿轮的结构形式
5.2.2 齿轮传动的精度要求
精加工已淬火的圆柱齿轮
5.4 齿轮加工设备
齿轮加工设备是加工齿轮齿面的机床。齿轮加工 机床按加工对象的不同，分为圆柱齿轮加工机床 和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主 要有滚齿机、插齿机、车齿机等；锥齿轮加工机 床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机 和加工弧齿锥齿轮的铣齿机；用于精加工齿轮齿 面的有研齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机等。
齿轮加工的关键是齿形加工。按照加工原理， 齿形加工可以分为成形法和展成法。 1. 成形法
直齿圆柱齿轮的成形铣削
5.3 齿形加工方法
1. 成形法
常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。
后者适用于加工大模数的直齿、斜齿齿轮，特别是
人字齿轮。
盘形齿轮铣刀刀号
刀号
1
2
3
4
5
6
7
8
加工齿数范围
12～13
14～16
5.3.1 插齿
1、插齿的运动 插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形。
插齿的运动
5.3.1 插齿
2. 插齿的加工循环 开动插齿机后，插齿刀作上、下切削运动，同时
以n0转动。工件以nω转动，刀具还可以向工件作径 向进给运动，当切至全齿深时，径向进给自动停 止，而刀具、工件继续转动。当工件再转动一周 时，则切完所有齿的全部齿形，工件自动退出并停 车，完成插削一个齿形的工作循环。
5.3.2 滚齿
2. 滚切斜齿圆柱齿轮
滚切直齿、斜齿圆柱齿轮滚刀刀架的调整
5.3.2 滚齿
3. 滚切蜗轮
滚切蜗轮的运动
5.3.3 齿形的精加工
1、剃齿 剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合的原理在剃
齿机上进行的。 剃齿一般可达到6～7级精度，齿面表面粗糙度
Ra为0.8～0.4µm，剃齿的生产率高，在成批生产中 主要用于滚(或插)齿预加工后，淬火前的精加工。
5.3.3 齿形的精加工
3. 磨齿 磨齿是目前齿形精加工中加工精度最高的方
法，对磨齿前的加工误差及热处理变形有较强的修 正能力。加工精度可达3～6级，轮齿表面粗糙度 Ra0.8～0.2µm。但加工成本高，生产率较低，多用 于齿形淬硬后的光整加工。
5.3.3 齿形的精加工
展成磨齿方法
5.3.4 齿形加工方法选择
5.2.3 常用齿轮的材料和毛坯
材料：中碳结构钢、中碳合金结构钢、渗碳钢(如45 钢、40Cr、20C等)；铸铁及其他非金属材料。 毛坯：对于钢质齿轮，可采用扎制棒料、锻造毛坯 （自由锻造、模锻）、铸钢毛坯。铸钢齿轮加工前 应先经过正火处理，消除内应力和硬度的不均匀 性，以改善加工性能。
5.3 齿形加工方法
第5章 齿轮类零件加工工艺 编制及实施
南通职业大学机械工程系 机制教研室
本章要点
圆柱齿轮零件概述。 齿形加工方法。 齿轮加工设备。 齿轮加工刀具。 齿轮检验。 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工艺分析。
技能目标
具有圆柱齿轮零件工艺性分析能力。 掌握圆柱齿轮零件毛坯的选择方法。 具有编制简单圆柱齿轮机械加工工艺过程卡的能力。 具有编制简单圆柱齿轮零件机械加工工序卡的能力。 初步具备较复杂圆柱齿轮零件的工艺路线编写能力。
常用的齿形加工方法
加工 方法
铣齿 拉齿 插齿 滚齿 剃齿 珩齿 磨齿
加工 原理
成形法
加工质量
精度等级
齿面粗糙度 Ra/µm
9
6.3～3.2
生产率 较插齿、滚齿低
成形法
7
1.6～0.4
高
展成法
8～7
3.2～1.6
一般较滚齿低
展成法
展成法
展成法
成形法 展成法
8～7 7～6 7～6 6～3
3.2～1.6 0.8～0.4 0.8～0.4 0.8～0.2
17～20
21～25
26～34
35～54
55～134
135以上
成形法一般用于单件小批量生产中，加工精度为
9～12级，齿面粗糙度Ra为6.3～3.2µm的直齿、斜
齿和人字齿圆柱齿轮。
5.3 齿形加工方法
2. 展成法 展成法是利用一对齿轮啮合或齿轮与齿条啮合
原理，使其中一个作为刀具，在啮合过程中加工齿 面的方法，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等 。
传动的准确性。要求齿轮在一转中，转角误差的 最大值不能超过一定的限度。
工作平稳性。要求齿轮传动平稳，无冲击、振动 和噪声小，这就需要限制齿轮在转过一个齿形角 的转角误差。
载荷均匀性。要求齿轮工作时，齿面接触要均匀。 齿侧间隙。其作用是储存润滑油，使齿面工作时
减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加 工误差和安装误差等因素引起的齿侧间隙减小， 防止卡死。
5.3.2 滚齿
1. 滚齿的运动
滚齿运动
m
5.3.2 滚齿
1. 滚齿的运动
滚切直齿圆柱齿轮时，为了使滚刀螺旋线的方 向与被切齿轮的齿向一致，也就是使滚刀螺旋线法 向齿距，与齿轮分度圆上的齿距相等，故滚刀必须 扳转一个角(滚刀螺旋线升角)。如使用右旋滚刀， 被切齿轮转向为逆时针方向；若用左旋滚刀，则被 切齿轮转向为顺时针方向。
较高 高 很高 成形法高于展成法
设备
普通铣床 拉床 插齿机 滚齿机 剃齿机 珩齿机 磨齿机
应用范围
单件修配生产中，加工低精度外圆柱齿 轮、锥齿轮、蜗轮 大批量生产7级精度的内齿轮，因外齿轮 拉刀制造甚为复杂，故少用 单件成批生产中，加工中等质量的内外 圆柱齿轮、多联齿轮 单件和成批生产中，加工中等质量的外 圆柱齿轮、蜗轮 精加工未淬火的圆柱齿轮 光整加工已淬火的圆柱齿轮，适用于成 批和大量生产
5.3.3 齿形的精加工
盘形剃齿刀实质上是一个高精度的斜齿轮，每 个齿的齿侧沿渐开线方向开槽以形成刀刃。加工时 工件装在工作台上的顶尖间，由装在机床主轴上的 剃齿刀带动工件自由转动。
剃齿刀Байду номын сангаас
剃齿刀刀齿
5.3.3 齿形的精加工
2. 珩齿 珩齿原理和运动与剃齿相同，主要区别就是刀
具不同，以及珩磨轮的转速比剃齿刀高。珩齿主要 用来切除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。其加工 精度取决于前工序的加工精度和热处理的变形量。 一般能加工6～7级精度齿轮，轮齿表面粗糙度 Ra0.8～0.4µm。珩齿的生产率高，在大批量生产中 得到广泛的应用。
5.1 工作场景导入
如图5-1所示为8E160C-J主动齿轮零件 图, 现为中小批量生产。
任务要求：编制主动齿轮的机械加工工 艺过程卡、机械加工工序卡。
图5.1 8E160C-J主动齿轮零件图
5.2 概述
5.2.1 圆柱齿轮的功用和结构特点
图5.2 圆柱齿轮的结构形式
5.2.2 齿轮传动的精度要求
精加工已淬火的圆柱齿轮
5.4 齿轮加工设备
齿轮加工设备是加工齿轮齿面的机床。齿轮加工 机床按加工对象的不同，分为圆柱齿轮加工机床 和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主 要有滚齿机、插齿机、车齿机等；锥齿轮加工机 床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机 和加工弧齿锥齿轮的铣齿机；用于精加工齿轮齿 面的有研齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机等。
齿轮加工的关键是齿形加工。按照加工原理， 齿形加工可以分为成形法和展成法。 1. 成形法
直齿圆柱齿轮的成形铣削
5.3 齿形加工方法
1. 成形法
常用的成形齿轮刀具有盘形铣刀和指状铣刀。
后者适用于加工大模数的直齿、斜齿齿轮，特别是
人字齿轮。
盘形齿轮铣刀刀号
刀号
1
2
3
4
5
6
7
8
加工齿数范围
12～13
14～16
5.3.1 插齿
1、插齿的运动 插齿就是用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形。
插齿的运动
5.3.1 插齿
2. 插齿的加工循环 开动插齿机后，插齿刀作上、下切削运动，同时
以n0转动。工件以nω转动，刀具还可以向工件作径 向进给运动，当切至全齿深时，径向进给自动停 止，而刀具、工件继续转动。当工件再转动一周 时，则切完所有齿的全部齿形，工件自动退出并停 车，完成插削一个齿形的工作循环。
5.3.2 滚齿
2. 滚切斜齿圆柱齿轮
滚切直齿、斜齿圆柱齿轮滚刀刀架的调整
5.3.2 滚齿
3. 滚切蜗轮
滚切蜗轮的运动
5.3.3 齿形的精加工
1、剃齿 剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合的原理在剃
齿机上进行的。 剃齿一般可达到6～7级精度，齿面表面粗糙度
Ra为0.8～0.4µm，剃齿的生产率高，在成批生产中 主要用于滚(或插)齿预加工后，淬火前的精加工。
5.3.3 齿形的精加工
3. 磨齿 磨齿是目前齿形精加工中加工精度最高的方
法，对磨齿前的加工误差及热处理变形有较强的修 正能力。加工精度可达3～6级，轮齿表面粗糙度 Ra0.8～0.2µm。但加工成本高，生产率较低，多用 于齿形淬硬后的光整加工。
5.3.3 齿形的精加工
展成磨齿方法
5.3.4 齿形加工方法选择
5.2.3 常用齿轮的材料和毛坯
材料：中碳结构钢、中碳合金结构钢、渗碳钢(如45 钢、40Cr、20C等)；铸铁及其他非金属材料。 毛坯：对于钢质齿轮，可采用扎制棒料、锻造毛坯 （自由锻造、模锻）、铸钢毛坯。铸钢齿轮加工前 应先经过正火处理，消除内应力和硬度的不均匀 性，以改善加工性能。
5.3 齿形加工方法