齿轮加工工艺过程和分析

齿轮的生产过程

一．齿轮的主要加工面

1.齿轮的主要加工表面有齿面和齿轮基准表面，后者包括带孔齿轮的基准孔、切齿加

工时的安装端面，以及用以找正齿坯位置或测量齿厚时用作测量基准的齿顶圆柱面。

2．齿轮的材料和毛坯

常用的齿轮材料有15 钢、 45 钢等碳素结构钢；速度高、受力大、精度高的齿轮常用

合金结构钢，如20Cr， 40Cr， 38CrMoAl，20CrMnTiA等。

齿轮的毛坯决定于齿轮的材料、结构形状、尺寸规格、使用条件及生产批量等因素，

常用的有棒料、锻造毛坯、铸钢或铸铁毛坯等。

二、直齿圆柱齿轮的主要技术要求，

1．齿轮精度和齿侧间隙

GBl0095 《渐开线圆柱齿轮精度》对齿轮及齿轮副规定了12 个精度等级。其中， 1～

2 级为超精密等级； 3— 5 级为高精度等级； 6～8 级为中等精度等级； 9～12 级为低精度等级。用切齿工艺方法加工、机械中普遍应用的等级为7 级。按照齿轮各项误差的特性及它

们对传动性能的主要影响，齿轮的各项公差和极限偏差分为三个公差组 ( 表 13—4) 。根据齿轮

使用要求不同，各公差组可以选用不同的精度等级。

齿轮副的侧隙是指齿轮副啮合时，两非工作齿面沿法线方向的距离 ( 即法向侧隙 ) ，侧隙

用以保证齿轮副的正常工作。加工齿轮时，用齿厚的极限偏差来控制和保证齿轮副侧隙的大小。

2．齿轮基准表面的精度

齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度。因

此GBl0095 附录中对齿坯公差作了相应规定。对于精度等级为 6～8 级的齿轮，带孔齿轮基

准孔的尺寸公差和形状公差为IT6-IT7 ，用作测量基准的齿顶圆直径公差为IT8 ；基准面的径

向和端面圆跳动公差，在 11-22 μm之间 ( 分度圆直径不大于 400mm的中小齿轮 ) 。

3．表面粗糙度

齿轮齿面及齿坯基准面的表面粗糙度，对齿轮的寿命、传动中的噪声有一定的影响。

6～8 级精度的齿轮，齿面表面粗糙度 Ra 值一般为 0．8—3．2μ m，基准孔为 0．8—1．6 μm，基准轴颈为 0．4—1．6μm，基准端面为 1．6～ 3． 2μ m，齿顶圆柱面为 3．2μm。

三、直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题

1．定位基准

齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致，

同时在齿轮加工的整个过程中( 如滚、剃、珩齿等 ) 应选用同一定位基准，以保持基准统一。

带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈，常使用专用心轴，以齿坯内孔和端面作定位基准。这

种方法定位精度高，生产率也高，适用于成批生产。单件小批生产时，则常用外圆和端面

作定位基准，以省去心轴，但要求外圆对孔的径向圆跳动要小，这种方法生产率较低。

2．齿坯加工

齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面

(1)齿坯孔加工的主要方案如下：

1)钻孔一扩孔一铰孔一插键槽

2)钻孔一扩孔一拉键槽一磨孔

3)车孔或镗孔一拉或插键槽—磨孔

(2)齿坯外圆和端面主要采用车削。大批、大量生产时，常采用高生产率机床加工齿坯，如多轴或多工位、多刀半自动机床；单件、小批生产时，一般采用通用车床，但必须

注意内孔和基准端面的精加工应在一次安装内完成，并在基准端面作标记。

3 ．齿面切削方法的选择

齿面切削方法的选择主要取决于齿轮的精度等级、生产批量、生产条件和热处理要求。7～8 级精度不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求； 6～7 级精度不淬硬的齿轮可用滚齿一剃齿达到要求； 6— 7 级精度淬硬的齿轮在生产批量较小时可采用滚齿一（或插齿 ) 一齿面热处理—磨齿的加工方案，生产批量大时可采用滚齿一剃齿一齿面热处理一珩齿的加工

方案。

4．圆柱齿轮的加工工艺过程

(1)只需调质热处理的齿轮

毛坯制造一毛坯热处理( 正火 ) 一齿坯粗加工一调质一齿坯精加工一齿面粗加工一齿

面精加工。

(2)齿面须经表面淬火的中碳结构钢、合金结构钢齿轮

毛坯制造一正火一齿坯粗加工一调质一齿坯半精加工一齿面粗加工( 半精加工 ) 一齿

面表面淬火一齿坯精加工一齿面精加工。

(3)齿面须经渗碳或渗氮的齿轮

毛坯制造一正火一齿坯粗加工一正火或调质一齿坯半精加工一齿面粗加工一齿面半

精加工一渗碳淬火或渗氮一齿坯精加工一齿面精加工。

以飞机等高转速高功率的汽轮机内的齿轮制造为例；

1.零件分析：

该齿轮为模数 m=3．5mm，齿数 z=63，齿形角α=20º的标准直齿圆柱齿轮。由于

是飞机汽轮机中的齿轮，所以其加工精度要求高；

由于汽轮机中的齿轮要求齿面要硬，齿心要韧，所以选择锻造毛坯；采用40Cr

(1) 主要技术要求

1) 精度等级设第I 公差组为 6 级精度，检测项目齿距累积误差Fp; 第Ⅱ公差组为5级精度，检测项目齿形误差ff和基节偏差fpb ，；第Ⅲ公差组为 5 级精度，检测项目齿向误差Fβ；用测公法线长度的方法测齿厚偏差Wk；齿厚上偏差代号M，齿厚下偏差代号P；(精度等级表示中，齿厚极限偏差用以控制侧隙，本例用代号MP表示 ) 。

2)齿坯基准面精度基准内孔为精度 IT6 ；两端面对内孔轴线的端面圆跳动业有要求；

3)表面粗糙度 Ra 值基准孔为 0．8μm，两端面为 1． 6μ m，齿面为 0．8μm，齿顶圆柱面为 3．2μm。

(2)毛坯选择采用锻造毛坯以改善材料的力学性能。小批生产时采用自由锻，大批大

量生产时采用模锻。

(3)主要表面加工方法的选择该齿轮精度等级较高，各主要表面精加工的方法如下；

基准孔：磨削

端面：磨削

齿面：滚齿一表面淬火—磨齿

加工飞机汽轮机圆柱齿轮的一般过程：

工艺流程卡产品型号零部件图号文件编号

产品名称齿轮零部件名称共页第页

序号工序内容设备数量量具工时定额备注

1 下料锯床 1

2 粗车端面、内孔及倒角立车1

3毛坯检验无损探伤仪

4粗车止口、外圆倒角及端面车床 1

5热处理（调质）箱式炉

6精车内孔和端面车床 1

7钻孔立钻

8磨大端面平面磨床

9扩孔钻床

10拉键槽拉床