圆柱齿轮齿形加工

圆柱齿轮齿形加工

齿轮是用来传递运动和动力的重要零件，目前大多数机械都应用它。常用的齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮等，以圆柱齿轮应用最广。

齿轮齿形的加工，按加工原理不同分为成形法和范成法。

1、成形法（仿形法）加工齿轮

成形法是用与被切齿轮齿间形状相符的成形铣刀切出齿轮齿形的方法，这种方法制造出来的齿轮精度较低，只能用于低速的齿轮传动。

在万能铣床上铣制圆柱齿轮见右图，这种铣齿方法属于成形法。铣制时，工件安装在铣床的分度头上，用一定模数的盘状（或指状）铣刀对齿轮齿间进行铣削。当加工完一个齿间后，进行分度，再铣下一个齿间。

这种加工方法的特点是：设备简单（用普通的铣床即可），刀具成本低。生产率低，是因为铣刀每切一齿都要重复消耗一段切入、切出、退刀和分度等辅助时间。加工齿轮的精度低，首先是因为铣制同一模数不同齿数的齿轮所用的铣刀，一般只有8个刀号，每号铣刀有它规定的铣齿范围（见下表）。铣刀的刀齿轮廓只与该号范围内最小齿数齿轮齿间的理论轮廓一致，对其他齿数的齿轮，只能获得近似齿形。其次是因为分度头的分度误差，引起分齿不均。所以，这种方法一般用于修配或简单地制造一些低速低精度的齿轮。

2、范成法（展成法）加工齿轮

范成法是利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动而切出齿轮齿形的方法，利用这种方法制造出来的齿轮精度高，但需要专用机床，常见的有滚齿机、插齿机、刨齿机和磨齿机等。

（1）在滚齿机上加工圆柱齿轮

1）滚齿原理与滚刀

滚齿加工是根据展成形原理—类似于蜗杆与蜗轮的啮合（见右图）来加工齿轮的。所用的刀具称为滚刀，滚刀的轮廓形状与蜗杆相似，它是围绕刀具圆柱面上形成的螺旋槽及垂直于螺旋槽方向切出的沟槽相交而形成切削刃的，该切削刃近似于齿条的齿形。

齿条与同模数的任何齿数的齿轮都能正确啮合，因此用滚刀滚切同一模数任何齿数的齿轮时，都能获得要求的齿形。

如果将齿条制造出切削刃来（右图b），有如刨刀一样作上下往复切削运动，当齿条移动一个齿距时，齿坯的分度圆也相应转过一个周节的弧

长，就能切出正确的齿形来（右图c）。但把齿条当作刀具来切齿轮时，有着被切齿轮齿数较多和齿条长度有限的矛盾。将齿条刀的刀齿有规律地分布在圆柱体的螺旋面上，如右图所示，就得到滚刀的外形。

2）滚齿的特点

（1）与铣齿相比，不但齿形精度高，而且分度的精度也高。

（2）滚齿法可用同一模数的滚刀加工相同模数不同齿数的圆柱齿轮。

（3）连续切削，生产率高。

（4）应用范围广泛，不但能滚直齿圆柱齿轮，还可以滚斜齿圆柱齿轮、蜗轮等。

（5）一般不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。

（2）在插齿机上加工圆柱齿轮

1）插齿原理与插齿刀

利用一对齿轮啮合的原理，实现插齿加工（右图a）。插齿刀就是一个在轮齿上磨出前角和后角而具有切削刃的齿轮。齿形的包络过程如右图b所示。

2）插齿的特点

（1）插齿时，插齿刀沿轮齿全长连续地切下切屑，所以齿面粗糙度低。

（2）插齿的精度高于滚齿。

（3）插齿的生产率低于滚齿。

（4）插齿和滚齿一样，同一模数的插齿刀可加工模数相同齿数不同的圆柱齿轮。

（5）插齿能加工用滚刀难于加工的内齿轮和多联齿轮，但加工斜齿轮不如滚齿方便。

3、齿轮齿形精加工简介

滚齿或插齿后的齿轮,无论在齿形上,还是在轮齿的尺寸上均存在着一定的误差。如果齿轮再经淬火处理，还将使误差加大。因此，为了进一步提高齿轮的加工精度，必须对齿轮进行精加工。

对不淬火的齿轮，可以用剃齿作精加工；对需要淬火的齿轮可采用磨齿等作精加工。（1）剃齿

剃齿是目前应用较广的圆柱齿轮精加工方法。专门用来加工未经淬火的直齿和斜齿圆柱齿轮，生产率很高。

剃齿在原理上属展成法加工，所用刀具为剃齿刀（见图），它的形状很像一个斜齿圆柱齿轮,齿形做得非常准确,并在齿面上开出许多小沟槽,以形成切削刃。在与被加工齿轮啮合运转过程中，剃齿刀齿面上众多的切削刃，从工件表面上剃下细丝状的切屑，使齿形精度提高和齿面粗糙度降低，如右图。

（2）珩齿

珩齿与剃齿的原理完全相同。当工件的硬度超过35HRC时，剃齿刀便无能为力了，此时使用珩齿代替剃齿。珩齿所用的工具为珩磨轮，用磨料与环氧树脂等浇铸或热压而成，是具有很高齿形精度的斜齿轮。当它以很高的速度带动工件旋转时，就能在工件表面上切除一层很薄的金属层，使齿面的粗糙度降低。

珩齿对齿形精度改善不大，主要是降低齿轮热处理后的齿面粗糙度。

珩齿在专门的珩齿机上进行，珩齿机与剃齿机区别不大，但转速高得多。

（3）磨齿

磨齿专门用来精加工已淬火的齿轮。按加工原理可分为成形法磨齿与展成法磨齿两种。1）成形法磨齿

需将砂轮靠外圆处的两侧边修整成与工件齿间相吻合的形状，然后对已经切削过的齿间进行磨削（右图）。这种方法生产率高，但受砂轮修整精度与分度精度的影响，加工精度较低。2）展成法磨齿

a/用一个双斜边砂轮磨齿。在锥面砂轮磨齿机上进行，砂轮被修整成锥面以构成假想齿条的齿面，如下图所示。

b/用两个碟形砂轮磨齿。如右图所示两个碟形砂轮倾斜一定角度,以构成假想齿条两个(或一个)齿的两外侧面,同时对轮齿进行磨削。

用两个碟形砂轮磨齿在双砂轮磨齿机上进行，可加工出精度很高的圆柱齿轮，但机床结构复杂，成本高，生产率低，应用不广。

（4）研齿

把研磨剂加在研磨机的研具上，通过研具与工件的相互啮合来加工齿轮（下图）。只有在工件余量不大的情况下，才能有效地提高研齿的精度及生产率。

随着工艺的发展，齿形加工也出现了一些新的工艺，例如精冲或电解加工微型齿轮，热轧中型圆柱齿轮，精锻圆锥齿轮，粉末冶金法制造齿轮，以及电解磨削精度较高的齿轮等。