机械制造装备 机械制造技术 齿轮加工装备 机械制造技术 齿轮概述 齿轮是传递运动和转矩的重要零件。 齿轮具有传动准确、传递转矩大、效率高 、结构紧凑、可靠耐用等优点。 常见齿轮类型 圆柱齿轮 锥齿轮 蜗轮蜗杆 圆柱齿轮锥齿轮蜗轮蜗杆 齿轮概述 齿轮的实际应用场合很多，包括齿轮减速 箱、齿轮泵、齿轮马达等。 齿轮分类 齿轮类齿轮类 型应应用 直齿轮齿轮 、斜齿轮齿轮 、人字齿轮齿轮平行轴间传动轴间传动 螺旋齿轮齿轮 、蜗轮蜗轮 与蜗蜗杆垂直交错轴间传动错轴间传动 内齿轮齿轮平行轴间轴间 同向传动传动 齿轮齿齿轮齿 条旋转转运动动和直线线移动动的转换转换 直齿锥齿轮齿锥齿轮相交轴间传动轴间传动 齿轮分类 齿轮结构特点 齿轮类 型结构剖面图 单联齿轮 多联齿轮 盘形齿轮 齿圈 轴齿轮 1. 传递运动的准确性 2. 传递运动的平稳性 3. 载荷分布的均匀性 4. 齿侧具有间隙 齿轮制造的精度确定标准 13个精度等级，用数字012由低到 高的顺序排列，0级最高，12级最低 齿轮主要技术要求 齿轮加工方法 成形法：用与被切齿轮的齿槽形状完全相符 的成形刀具切出齿形的方法。如铣齿、成形 法磨齿等。 展成法（范成法）：利用齿轮的啮合原理加 工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、 插齿刀、剃齿刀等。 齿轮加工方法 成形法：齿槽形状成形刀具切出齿形。 盘形齿轮铣刀加工直齿指状齿轮铣刀加工直齿 齿轮加工方法成形法 刀刃形状与齿轮齿槽形状一致； 用一把刀加工模数相同直径不同的多种齿轮； 加工模数较小的齿轮时，用盘状铣刀；模数较 大时，用指状铣刀； 盘形齿轮铣刀加工直齿指状齿轮铣刀加工直齿 齿轮加工方法 展成法：利用齿轮或齿轮与齿条啮合原理加 工齿轮。 圆柱齿轮齿面加工方法 齿面的切削加工 成形法 铣齿 拉齿 磨齿 滚齿 插齿 剃齿 珩齿 磨齿 展成法 齿面的无屑加工 轧制（热轧齿） 冷挤齿（精轧齿） 精密锻造齿轮 普通精度 精密加工 齿轮加工设备 滚齿机是用滚刀按展成法粗、精加工直齿、 斜齿、人字齿轮和蜗轮等，加工范围广，可 达到高精度或高生产率； 插齿机是用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿 齿轮和其他齿形件，主要用于加工多联齿轮 和内齿轮； 铣齿机是用成形铣刀按分度法加工，主要用 于加工特殊齿形的仪表齿轮； 齿轮加工设备 剃齿机是用齿轮式剃齿刀精加工齿轮的一种 高效机床； 磨齿机是用砂轮，精加工淬硬圆柱齿轮或齿 轮刀具齿面的高精度机床； 珩齿机是利用珩轮与被加工齿轮的自由啮合 ，消除淬硬齿轮毛刺和其他齿面缺陷的机床 ； 滚齿原理 滚齿的实质是将刀具和工件的运动演化成一 对交错轴斜齿轮的啮合；滚刀实质上是一个 斜齿圆柱齿轮。 滚齿加工 滚齿原理 =0旋向相反，取“+”号旋向相同，取“-”号 被切削齿轮螺旋角； 滚刀导程角。 滚刀轴线与被切削齿轮端面间夹角 滚齿机运动 滚齿的三种基本运动： （1）滚刀的旋转运动（ ） （2）工件的旋转运动（ ） 滚刀与工件旋转运动之间，必须严格保持一对交错轴斜齿圆柱齿轮副的啮合传动 关系，其传动比 应满足 滚刀与被切削齿轮的转速； 被切削齿轮的齿数； 滚刀齿（头）数。 （3）轴向的进给运动（ ） 为了在全齿宽上切削出渐开线齿面，滚齿刀应沿被切削齿轮轴线方向进行轴向进 给，轴向进给运动形成齿面的导线。 轴向进给运动 滚刀旋转运动 工件旋转运动 滚齿加工运动 主运动：滚刀旋转 分齿运动： 轴向进给运动：切出 整个齿宽； 径向进给运动：切出 整个齿深； 加工设备滚齿机 工作台移动 立式滚齿机 立柱移动 立式滚齿机 滚切涡轮 滚齿特点 滚刀通用性好，可以加工与其模数、压力角 相同而齿数不同的齿轮。 滚齿的整个切削过程连续，生产率高； 滚齿机为专用齿轮加工机床，调整费时； 滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难，设备 与刀具费用高； 滚齿应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆柱 齿轮和蜗轮等，但不能加工内齿轮和相距太 近的多联齿轮。 插齿是利用一对平行轴圆柱齿轮副啮合原理， 使用插齿刀进行切齿。 插齿刀相当于一个切削刃为渐开线并磨出前角 和后角的假想圆柱齿轮，其模数与压力角与被 加工齿轮相同。 插齿刀以内孔或锥柄紧固在插齿机主轴上。插 齿时，插齿刀与被切削齿轮间严格保持一对圆 柱齿轮的啮合传动关系，插齿刀刀齿连续运动 轨迹在工件上包络出轮齿齿廓。 插齿原理 插齿加工 插齿运动 （1）切削运动 插齿刀沿其周线方向的快速直线往复运动是插齿切削的主运动， 以插齿刀每分钟往复运动的冲程次数表示（str/min）。提高插齿刀往复运 动速度，可增加轮廓的包络线数目，使齿廓线更加光滑，齿形误差减小。 （2）展成运动 插齿刀与工件的旋转运动构成插齿加工的展成运动。 插齿刀与工件旋转运动之间，必须严格保持一对圆柱齿轮副的 啮合传动关系，其传动比 应满足 插齿刀与被切削齿轮的转速； 插齿刀与被切削齿轮的齿数； 插齿机运动 （3）圆周进给运动 插齿刀的旋转运动是插齿的圆周进给运动，以插齿刀每 往复一次在其节圆上转过的弧长表示（mm/str）。 圆周进给量的大小影响插齿的切削负荷和生产效率。 （4）径向进给运动 开始插齿时，如果插齿刀立即切入至全齿深，将会因切 削负荷过大而损坏道具和机床。径向进给至全齿深后，径向进 给自动停止，再进行展成加工，便可加工出完整的全深齿廓。 （5）让刀运动 插齿刀与被切削齿面脱离接触称为让刀。这可以避免插 齿刀在空行程中擦伤已切削齿面和减少齿刀磨损。 插齿机分立式和卧式两 种前者使用最普遍。立式 插齿机又有刀具让刀和工件 让刀两种形式。高速和大型 插齿机用刀具让刀中小型 插齿机一般用工件让刀。 加工设备插齿机 （1）加工质量比较 1)运动精度（传递运动的准确性） 滚齿后齿轮的的齿距累积误差比插齿小。 滚齿加工： 滚刀上相同的23圈刀齿切出来的。 插齿加工： 插齿刀的不同刀齿切出来的。 2）传动的平稳性 滚齿与插齿形成的齿廓是由有限个折线包络形成的，必然 都存在齿形误差。但插齿后形成的齿形误差较小。 实质：包络折线的数目。 滚齿、插齿的比较 3）表面粗糙度 滚齿刀在齿向的 切削是连续的。在被加 工轮齿齿面上留下的是 鳞状刀痕。（右图a） 插齿刀在齿向切 削是连续的，轮齿齿面 上留下的刀痕是直线。 （右图b） （2）生产效率比较 滚齿效率较高，因为插齿切削是往复运动，提高插齿速度要受到插 齿机主轴往复运动惯性的限制；此外插齿空行程的损失使实际切削 的行程长度减短。 （3）生产应用比较 滚齿效率高，齿距积累误差小，运动精度高，通过后续精加工可 弥补齿形误差和齿面粗糙度的缺点。所以，高精度圆柱齿轮齿面的 预加工一般采用滚齿。 插齿可以加工内齿、齿条、齿扇形等，还可以用来加工齿圈相距很 近的双联、多联齿轮中的小齿轮。插齿的灵活性比滚齿好。 结论： 滚齿与插齿比较，滚齿齿轮运动 精度高，但齿形误差和齿面粗糙度比 插齿大。 剃齿原理 利用一对交错轴斜齿轮啮合时沿齿向存在相对 滑动而创建的一种齿轮精加工方法。 剃齿刀与被切削齿轮啮合时在齿向会产生相对 滑动。由于剃齿刀的齿面上开有许多切削刃，剃 齿刀便在被切齿面上剃下一层又薄又细的切屑。 剃齿加工 剃齿切削速度 切向分量 剃齿刀的圆周速度 工件的圆周速度 剃齿刀的螺旋角 被剃齿轮的螺旋角 剃齿机运动 （1）剃齿刀的正反向转动 目的：为了剃削齿轮的两个齿面。 （2）工作台轴向进给运动 当被剃齿轮为斜齿轮时，啮合点运动轨迹为一条与齿轮端面倾斜的曲线。 当被剃齿轮为直齿轮时，啮合点运动轨迹为一条与齿轮端面平行的曲线。 （3）径向（垂直）进给运动 剃齿的工艺特点及应用范围 特点：机床结构简单、造价相对较低，可修正轮齿的 径向误差、齿形误差和减小齿面粗糙度，但对于轮齿 的累积误差等切向误差的修正能力差。 从保证加工精度考虑，剃前预加工一般先采用滚齿而 不用插齿，因为剃齿与滚齿的优缺点可以互补，但与 插齿的优缺点不能互补。 齿轮精加工时，加工成本低。 剃齿加工精度取决于刀具。加工齿轮精度可 达到IT76级。齿面粗糙度可达到Ra0.401.25um 。采用剃齿加工可将经滚齿或插齿等预加工的齿 轮精度提高12级。 在大批量生产加工中加工中等模数、76级 精度、未经淬硬的齿轮，剃齿时最常用的齿轮精 加工方法。 加工设备剃齿机 剃齿机有卧式和立式两种。 卧式剃齿机有两种结构：一种刀 具位于工件上面，机床结构紧凑 ，占地面积小，广泛应用于成批 大量生产中小型齿轮的汽车、拖 拉机和机床等行业； 另一种刀具位于工件后面，工件 装卸方便主要用于加工大中型 齿轮和轴齿轮。大型剃齿机多为 立式，主要用于机车、矿山机械 和船舶制造部门。 磨齿方法分类 （1）成形法磨齿 成形法磨齿是将砂轮修整成与被加工齿 轮槽相对应的形状，对被加工齿轮槽逐 个进行磨削。 由于砂轮磨粒本身 具有很高的硬度和 耐热性，因此磨削 能加工硬度很高的 材料，如淬硬的钢 、硬质合金等。 磨齿加工 （2）展成法磨齿 1）单片锥形砂轮磨齿 砂轮的截面形状相当于假想齿条的一个齿。磨齿时，砂轮一面旋 转，一面沿齿宽方向作往复运动，这就构成了假想齿条上的一个齿。被 磨齿轮位于与假想齿条相啮合的位置，一面转动一面作往复运动，实现 展成运动。 2）双片碟形砂轮磨齿 两片碟形砂轮安装后，构成假想齿条的两个齿面。磨齿时，砂轮 只在原位旋转，同时对两个齿面进行磨削；被加工齿轮一面转动一面移 动，实现展成运动。 3）蜗杆砂轮磨齿 用蜗杆砂轮磨齿时，砂轮与被磨齿轮相当于一对交错斜齿轮副啮 合传动。蜗杆砂轮磨齿的成形原理和机床运动与滚齿相同。由于展成运 动和分齿运动是连续发生的，没有空行程，故生产效率较高。 磨齿工艺特点和应用范围 优点：磨齿的加工质量高，可纠正齿轮预加工中产生的各项齿 轮误差，加工精度比剃齿、珩齿高得多。表面质量好，粗糙 度可达到Ra0.20.8um，而且能加工36级的淬硬齿轮。是 最有效的精加工方法。 缺点：生产效率低、成本高。 发展：自从出现了蜗杆砂轮磨齿机和立方氮化硼（CBN）砂轮 成形磨齿机等新型磨齿机床，磨齿的生产效率成倍提高，加 工成本不断下降。使得蜗杆砂轮磨齿工艺和成形磨齿工艺在 大量生产中逐渐得到广泛应用。 磨削加工设备及其分类 磨床的种类很多，主要有平面磨床、外 圆磨床、内圆磨床、万能外圆磨床（也可磨内 孔）、齿轮磨床、螺纹磨床，导轨磨床、无心 磨床（磨外圆）和工具磨床（磨刀具）等。这 里介绍平面磨床及其运动。 加工设备磨齿机 其他加工方法 铣齿 定义：用铣刀或铣刀盘按成形法或展成法加工齿轮或齿条 的齿面。 特点： 齿轮铣刀结构简单，可在普通铣床上完成，费用较低； 铣齿过程不连续，每铣一齿，都要重复消耗切入、切出 、退刀和分度的时间； 获得近似齿形，产生齿形误差； 铣床所用分度头分度精度不高； IT9级或以下，齿面粗糙度值6.33.2m； 适用单件小批生产或维修精度不高的低速齿轮。 其他加工方法 珩齿 原理：淬火后的齿轮轮齿表面有氧化皮，影响齿面粗糙度，热 处理的变形也影响齿轮的精度。可用珩齿进行精加工。 珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈 无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的 压力来进行珩齿