圆柱齿轮加工工艺课件.ppt

1,学习要点:,1、会分析齿轮零件；,2、会确定圆柱齿轮的加工工艺；3、会选择圆柱齿轮加工的刀具、机床；4、会编制箱体类零件加工的工艺文件；5、了解箱体类零件检验方法与检具。,项目六 圆柱齿轮加工工艺,2,项目六 圆柱齿轮加工工艺,第三节 典型齿轮加工工艺分析,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,第一节 概述,第四节 齿轮刀具简介,实践,3,轮系传动,第一节 概述,4,第一节 概述,5,一、齿轮的功用和结构特点,1，齿轮的功用,齿轮在机器和仪器中应用极为广泛，其功用是按一定的,传动比传递运动和动力。2，齿轮的结构特点,齿轮因其在机器中的功用不同而结构各异，但总是由齿圈和轮体组成。在齿圈上均布着直齿、斜齿等轮齿，而在轮体上有轮辐、轮毂、孔、键槽等。按齿圈上轮齿的分布形式，齿轮可分为直齿轮、斜齿轮和人字齿轮等；按轮体的结构形式，齿轮可分为盘类、齿轮轴和齿条等（见图）。,第一节 概述,6,第一节 概述,7,第一节 概述,8,9,第一节 概述,10,3、齿轮机构传动的特点,缺点：, 制造和安装精度,要求较高；不适宜用于两轴间距离较大的传动。,优点：,传动比稳定；,传动效率高；工作可靠性高；结构紧凑； 使用寿命长。,第一节 概述,11,二、齿轮传动的精度要求,齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载能力。噪声及使用寿命影响很大，因此，齿轮制造必须满足齿轮传动的使用要求。,(1)传动的准确性：即主动轮转过一个角度时，从动轮应按给定的传动比转过相应的角度。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，即为一转角精度。(2)工作平稳性：要求齿轮传动乎稳，无冲击；振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时，瞬时传动比的变化，即一齿转角精度。,(3)载荷均匀性：齿轮载荷由齿面承受，两齿轮啮合时，接触面积的大小对齿轮的使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性，由接触精度来衡量。,第一节 概述,12,(4)齿侧间隙：一对相互啮合的齿轮，其非工作面必须留有一定的间隙，即为齿侧间隙，其作用是储存润滑油，使工作齿面形成油膜，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侧隙减小，防止卡死。应当根据齿轮副的工作条件，来确定合理的侧隙。,以上四项要求，根据齿轮传动装置的用途和工作条件而有所不同。例如，滚齿机分度蜗杆副，读数仪表所用的齿轮副，对传动准确性要求高，工作平稳性也有一定要求，而对载荷的均匀性要求一般不严格。,第一节 概述,13,精度标注示例：,887FL,齿厚下偏差代号,齿厚上偏差代号若3项精度相同，则记为： 8FL,按表查取精度等级,GB10095-88将齿轮精度分为三个公差组：第公差组 反映运动精度，即运动的准确性；第公差组 反映工作平稳性精度；第公差组 反映接触精度，影响载荷分布的均匀性。每个公差组有12个精度等级，1级最高，12级最低。常用69级。且三个公差组可取不同等级。,第一节 概述,14,三、齿轮的材料、热处理与毛坯,1齿轮的材料及热处理,齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很,大的影响，选择时主要考虑齿轮的工作条件、结构尺寸、失效形式(如折断、磨损或点蚀等)，使其具有良好的力学性能。常用的齿轮材料及其热处理方法有：,第一节 概述,15,第一节 概述,齿轮加工中根据不同的目的，安排两类热处理工序。(1)毛坯热处理 在齿坯加工前后安排预备热处理 正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。 (2)齿面热处理 齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。,16,中碳钢(如45钢) 进行调质或表面淬火，综合力学性能较,好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。,合金调质钢(如40Cr) 进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。,合金渗碳钢(如20Cr，20CrMnTi) 进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达58HRC，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮。,铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)。这些材料,强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。,第一节 概述,17,2齿轮毛坯,齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使,用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有：,(1) 下料件 用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单,的齿轮。,(2) 锻件 用于重要而受力较大的齿轮。,(3) 铸钢件 用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。(4) 铸铁件 用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。,第一节 概述,18,一、齿坯加工,齿坯的外圈、端面及孔常作为齿形加工、测量和,装配的基准。齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。,1、齿坯加工精度,对齿轮孔的尺寸精度和形状精度；孔和端面的位置精度；,齿坯外圆精度；,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工。,见P258表7-2、表7-3、表7-4,19,2、齿坯加工方案,齿坯加工方案的选择主要与齿轮的轮体结构、技,术要求和生产批量等因素有关。,1）中小批生产中的齿坯加工,对于圆柱孔齿坯，可采用粗车各部分精加工内孔精车各,部分的路线：,（1）在卧式车床上粗车齿轮各部分；,（2）在一次安装中精车内孔和基准端面，以保证基准端面对内孔的跳动要求；,（3）以内孔在心轴上定位，精车外圆、端面及其它部分。,对于花键孔齿坯，采用粗车拉精车的加工方案。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,20,2）大批量生产中的齿坯加工,无论花键孔或圆柱孔，均采用高生产率的机床（如拉床、多轴自动或多刀半自动车床等），其加工方案如下：,（1）以外圆定位加工端面和孔（留拉削余量）；（2）以端面支承拉孔；,（3）以孔在芯轴上定位，在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和切槽；,（4）不卸下芯轴，在另一台车床上续精车外圆、端面、切槽和倒角。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,21,二、齿形加工方法,无切屑加工：热轧、冷轧等,有切屑加工,成形法,展成法,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,22,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,1、齿形加工原理,（1）成形法,（2）展成法（范成法）,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。如铣齿、成形法磨齿等。,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,23,1成形法,成形法是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。成形铣削一般在普通铣床上进行，如图所示。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,24,用成形法加工齿轮时采用的刀具是盘状模数铣刀和指状模数铣刀。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,25,铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一定角度，再加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于8mm的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。,铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转运动而形成螺旋齿槽。,成形法铣齿一般用于单件小批生产和机修工作中，加工精度为9-12级，齿面粗糙度数值为Ra6.3-3.2m的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,26,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,27,2展成法,展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮副(齿条一齿轮或齿轮一齿轮)中的一个制作为刀具，另一个则为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,28,在滚齿机上滚齿加工的过程，相当于一对交错轴斜齿轮互相啮合运动的过程，如图a所示，只是其中一个斜齿轮的齿数极少，且分度圆上的螺旋升角也很小，所以它便成为如图b中所示的蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背、淬火、刃磨，便成为如图c中的齿轮滚刀。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,29,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,2、齿形常用加工方法,30,滚齿,1、滚齿工艺特点,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。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,31,2、滚齿原理及所需运动,用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。,1.主运动 滚刀的旋转运动。2.分齿运动 滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动。3.垂直进给运动 为切出整个齿宽，滚刀需要沿工件的轴向作进给移动，即为垂直进给运动。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,32,插齿,1、插齿原理,加工原理：按展成法原理加工齿轮的，插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。,应用：插齿多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等，但不能加工蜗轮。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,33,2，插齿主要运动,2）分齿展成运动插齿刀与工件间应保证正确的啮合关系。插齿刀每往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给运动。3）径向进给运动插齿时，为逐步切至全齿深，插齿刀应该有径向进给运动。4）让刀运动插齿刀做上下往复运动时，向下是工作行程。为了避免刀具檫伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损，在插齿刀向上运动时，工作台带动工件退出切削区异端距离，插齿刀工作行程时，工件恢复原位。,1）切削运动即插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程，向上的返回行程是空行程。（主运动）,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,34,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,35,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,36,条件,剃齿刀与工件轴线间必须构成轴交角,加工原理：根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度，如图9-7a所示，剃齿刀为主动轮1，被切齿轮为从动轮2，它,们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。,剃齿1、剃齿原理与方法,剃齿原理,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,37,特点：1）剃齿加工精度一般为67级，表面粗糙度Ra为0.80.4m，用于未淬火齿轮的精加工。2）剃齿加工的生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一般只需24 min，与磨齿相比较，可提高生产率10倍以上。3）由于剃齿加工是自由啮合，机床无展成运动传动链，故机床结构简单，机床调整容易。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,38,剃齿后：,工作平稳精度接触精度Ra明显,较大改善,2、剃齿的应用剃齿是非淬火齿轮精加工方法，或淬硬齿轮的半精加工方法。运动精度无明显提高,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,39,1、珩齿原理与特点,原理运动刀具,与剃齿相似与剃齿相同与剃齿不同,特点,A、齿面质量好B、修正误差能力低C、主要用于减小Ra，去除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。,珩齿,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,40,原理特点,1）精加工淬硬精密（5级以上）齿轮；2）采用强制性的传动链3）加工精度高，可达6-3级、 Ra0.8-0.24）对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力 多用于硬齿面高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀 等齿轮刀具的精加工。5）缺点是生产率低，加工成本高，故适用于单 件小批生产。,磨齿1、磨齿原理与特点,成形法、展成法,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,41,二、轮齿加工方案选择,1对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。,2对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔。,3对于67级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。4对于67级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：,1）剃珩磨方案：滚（插）齿齿端加工剃齿齿面淬硬修正内孔珩齿。2）磨齿方案：滚（插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔磨齿。,剃珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。,5对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。,6对于大批量生产，用滚（插）齿冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。,第二节 圆柱齿轮的加工工艺,表 常见的齿形加工方法及适用范围,43,一、普通精度齿轮加工工艺分析,1、工艺过程分析,一双联齿轮，材料为40Cr，精度为766级, G52,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,双联齿轮,表 双联圆柱齿轮加工工艺过程,双联齿轮的加工工艺过程见表,（续）,46,任务：,为加工齿形准备精基准，使齿的内孔与端面的精度基本达到要求，完成次要表面加工。,齿轮加工工艺过程大致分为以下几个阶段:,第一阶段：齿坯进入机械加工阶段,毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、基准修正及齿形精加工等。,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,47,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,（1）齿坯孔加工的主要方案如下： 1）钻孔-扩孔-铰孔-插键槽 2）钻孔-扩孔-拉键槽-磨孔 3）车孔或镗孔-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。,48,第二阶段：齿形的加工,对不需淬火的齿轮：为齿轮的最后加工阶段,对需淬火的齿轮：为加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度的关键阶段。,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,49,任务：,第四阶段：齿形的精加工阶段修正齿轮经淬火后所引起齿形的变,对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。,目的：任务：,形，进一步提高齿形精度，降低表面粗糙度。先对定位基准进行修整，再对齿形精加工。,第三阶段：热处理阶段,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,50,2、定位基准的确定,1）轴类齿轮的齿形加工：,选择顶尖孔定位。,2）大模数轴类齿轮的齿形加工：,多选齿轮轴颈和一端面定位。,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,51,3）盘套类齿轮的齿形加工：,内孔和端面定位。（基准重合原则）,外圆和端面定位。（齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置）,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,52,3、齿端加工,倒圆、倒尖、倒棱、去毛刺等,必须安排在齿轮,淬火之前，滚,（插）齿之后）,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,53,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,齿端加工方式,a)倒圆 b)倒尖 c)倒棱,54,齿端倒圆,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,55,基准修正,齿圈分度圆定心示意图,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,56,齿轮检验,齿圈径向圆跳动,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,57,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,58,公法线长度测量,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,59,4、精基准修正,1）外径定心的花键孔,采用花键推刀修正，推孔时要防止歪斜。,推孔：生产率高、未淬硬2）对圆柱孔齿轮的修正,磨孔：精度高、生产率低,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,60,二、同精度齿轮加工工艺,高精度齿轮,精度为655KM,（一）加工工艺路线,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,高精度齿轮的加工工艺过程见表,表 高精度齿轮加工工艺过程,62,第三节 圆柱齿轮加工工艺过程分析,（二）高精度齿轮加工工艺特点 （1）定位基准的精度要求高 由图可知，作为定位基准的内孔尺寸精度为85H5， 基准端面粗糙度为Ral.6m，对基准孔的跳动为0.014mm，这几项均比一般精度的齿轮要求为高。 （2）齿形精度要求高 图中标注为655KM。为满足齿形精度要求，其加工方案应选择磨 齿方案，即滚齿一齿端加工一高频感应加热洋火一修基准一磨齿。磨齿精度可达4级，但生产率较低。本例齿面热处理采用高频感应加热悴火，变形较小，故留磨余量可尽量缩小到0.lmm 左右，以提高磨齿效率。,63,小结：圆柱齿轮加工工艺分析 （1）定位基准的选择 （2）齿轮的热处理 1）齿坯的热处理 2）齿面热处理 （3）齿形加工方案选择 （4）齿端加工,第三节 典型齿轮零件加工工艺分析,64,第四节 齿轮刀具简介,65,第四节 齿轮刀具简介,66,第四节 齿轮刀具简介,一、齿轮刀具,（一）成形铣刀,67,用成形铣刀加工齿轮时，齿轮的齿廓精度是由铣刀切削刃形状来保证的，而渐开线齿廓的形状是由齿轮的模数和齿数决定的。所以齿轮的模数、齿数不同，渐开线齿廓就不一样，因此，要加工出准确的齿廓，每一个模数，每一种齿数的齿轮，就相应地需要用一种形状的齿轮铣刀。这样做显然是行不通的。,在实际生产中，是将同一模数的齿轮，按其齿数分为8组，每一组只用一把铣刀，分组情况见下表：,第四节 齿轮刀具简介,68,端面上。由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中的最小齿数设,计，因此，加工该范围内其他齿数的齿轮时，就会有一定的齿廓误差。,盘状齿轮铣刀适用于加工m8mm的齿轮。,当所加工的斜齿圆柱齿轮精度要求不高时，可以借用加工直齿圆,柱齿轮的铣刀。但此时铣刀的号数不应根据斜齿圆柱齿轮的实际齿数,z选择，而应按照法向截面内的当量齿数(假想齿数)来选择。,斜齿圆柱齿轮的当量齿数可按下式求出 ：,zcos 3 ,z当 =,标准齿轮铣刀的模数、压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的,第四节 齿轮刀具简介,69,AAAB C,6-7级齿轮7-8级齿轮8-9级齿轮9-10级齿轮,（二）滚刀,安装后需用量具检验滚刀两端凸台的径向圆跳动；注意滚齿磨损以及重磨。,第四节 齿轮刀具简介,使用注意事项：,70,1. 滚刀精度等级 2. 正确安装：对中,3. 适时窜位 4. 及时重磨,第四节 齿轮刀具简介,注意事项：,71,第四节 齿轮刀具简介,72,（三）剃齿刀,ABC,6级齿轮7级齿轮8级齿轮,剃齿刀分度圆直径随模数大小有三种：85 mm、180 mm、240 mm，其中240 mm 应用,最普遍。分度圆螺旋角有5、10、15三种，其中5和10两种应用最广。15多用于加工直齿圆柱齿轮；5多用于加工斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。在剃削斜齿轮时，轴交叉不宜超过1020，不然剃削效果不好。,第四节 齿轮刀具简介,73,剃齿刀是一种精加工齿轮刀具，主要限,制是不能加工淬硬的齿轮。,剃齿刀按其结构可以分为下列几种：（1）齿条形剃齿刀（2）盘形剃齿刀,（3）小模数剃齿刀（4）蜗轮剃齿刀,第四节 齿轮刀具简介,74,盘形剃,齿刀外型很像齿轮，加工时剃齿刀和齿轮轴交错成一角,度，作螺旋齿轮啮合。,第四节 齿轮刀具简介,75,第四节 齿轮刀具简介,76,AA,AB,6级齿轮,7级齿轮8级齿轮,模数和名义齿形角等于被加工齿轮的。,（四）插齿刀,第四节 齿轮刀具简介,77,第四节 齿轮刀具简介,插齿刀,79,二、齿轮加工机床,按照被加工齿轮种类的不同，齿轮加工机床主要,可分为：,1、圆柱齿轮加工机床,2、圆锥齿轮加工机床。,3、此外还有齿轮齿端加工机床（倒角及检查机）、,齿轮的无屑加工设备等。,第四节 齿轮刀具简介,80,1.圆柱齿轮加工机床,滚齿机 主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。插齿机 主要用于加工单联和多联的内外直齿圆柱齿,轮。,剃齿机 主要用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿,廓精加工。,珩齿机 主要用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮,的齿廓精加工。,磨齿机 主要用于淬火后的圆柱齿轮的齿廓精加工。,此外还有花键轴铣床，车齿机等。,第四节 齿轮刀具简介,81,2.圆锥齿轮加工机床,此类机床可分为：直齿锥齿轮加工和弧齿锥齿轮,加工机床两类。,用于加工直齿锥齿轮的机床有：锥齿轮刨齿机，,磨齿机等。,用于加工弧齿轮的机床有：弧齿轮铣齿机，磨齿,机等。,第四节 齿轮刀具简介,82,1床身 2立柱 3刀架滑板 4刀杆5滚刀架 6支架 7心轴 8后立柱 9工作台图9-16 Y3150E型滚齿机外形图,机床传动系统动画CAI软件运行文件,滚齿机,第四节 齿轮刀具简介,84,目标 1）了解齿轮加工机床、齿轮加工刀具、夹具和量具 2） 了解齿轮加工工艺规程实训方法 到生产现场选一双联或三联的齿轮对其加工全过程进行跟踪调研,实 践,