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第4章 典型表面加工分析,4.1 外圆表面的加工4.2 内孔表面的加工4.3 平面的加工4.4 螺纹表面的加工4.5 成形表面的加工4.6 齿轮齿形的加工,4.1 外圆表面的加工,外圆表面的技术要求 4.1.2 外圆面加工方案的分析,外圆表面的技术要求,外圆表面的技术要求，一般分为四个方面：1.尺寸精度指外圆表面直径和长度的尺寸精度。2.形状精度指外圆信表面的圆度、圆柱度、素线直线度和轴线直线度。3.位置精度指外圆表面与其他表面（外圆表面或内孔表面）间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动；与规定平面（端平面）间的垂直度、倾斜度等。4.表面质量指表面粗糙度，对某些重要零件的表面，还要求表层硬度、残余应力、显微组织等。,4.1.2 外圆面加工方案的分析,对于一般钢铁零件，外圆面加工的主要方法是车削和磨削。要求精度高、粗糙度小时，往往还要进行研磨、超级光磨等光整加工。对于某些精度要求不高，仅要求光亮的表面，可以通过抛光来获得，但在抛光前要达到较小的粗糙度。对于塑性较大的有色金属（如铜、铝合金等）零件，由于其精加工不宜用磨削，故常采用精细车削。根据各种零件外圆表面的精度和表面粗糙度要求，其加工方案大致可分如下几类：1.低精度外圆表面的加工对于加工精度要求低、表面粗糙度值较大的各种零件的外圆表面（淬火钢件除外）。经粗车即可达到要求。尺寸精度达IT10IT9，表面粗糙度Ra值不大于5012.5m。2.中等精度外圆表面的加工对于非淬火钢件、铸铁件及有色金属件外圆表面，粗车后再经一次半精车即可达到要求。尺寸精度达IT10IT9，表面粗糙度Ra值不大于6.33.2m。3.较高精度外圆表面的加工视工件材料和技术要求不同可有两个加工方案：（1）粗车半精车粗磨 此方案适用于加工精度较高的淬火钢件、非淬火钢件和铸铁件外圆表面。尺寸精度达IT8IT7，表面粗糙度Ra值不大于1.60.8m。（2）粗车半精车精车 此方案适用于铜、铝等有色金属件外圆表面的加工。由于有色金属塑性较大，其切屑易堵塞砂轮表面，影响加工质量，故以精车代替磨削。其加工精度与（1）同。,4.高精度外圆表面的加工与上述“3”类似，视工件材料有两个方案：（1）粗车半精车粗磨精磨 此方案适用于加工各种淬火、非淬火钢件和铸铁件。尺寸精度达IT6IT5，表面粗糙度Ra值不大于0.40.2m。（2）粗车半精车精车精细车 此方案适用于加工有色金属工件，其尺寸精度达IT6IT5，表面粗糙度Ra值不大于0.40.2m。5精密外圆表面的加工对于更高精度的钢件和铸铁件，除车削、磨削外，还需增加研磨或超级光磨等光整加工工序，使尺寸精度达尺寸精度达IT5IT3，表面粗糙度Ra值不大于0.10.006m。此外，还需根据零件的结构、尺寸和技术要求的不同特点，选用相适应的加工方案。例如，对于坯料质量较高的精铸件、精锻件，可免去粗车工序；对于不便磨削的大直径外圆表面，需采用精车达到高精度要求；对于尺寸精度要求不高而表面要求光洁的表面，可采用抛光加工。表4-1给出了外圆面加工方案的框图，可作为拟定加工方案的依据和参考。,4.2 内孔表面的加工,4.2.1 内孔表面的技术要求 4.2.2 孔加工方案的分析,4.2.1 内孔表面的技术要求,技术要求是拟定工艺方案的重要依据。与外圆表面类似，内孔表面的技术要求也有以下四个方面：1.尺寸精度指孔径和孔长的尺寸精度及孔系中孔与孔、孔与相关表面间的尺寸精度等。2.形状精度指内孔表面的圆度、圆柱度及素线直线度和轴线直线度等。3.位置精度指孔与孔（或与外圆表面）间的同轴度、对称度、位置度、径向圆跳动，孔与孔（或与相关平面）间的垂直度、平行度、倾斜度等。4.表面质量指内孔表面的粗糙度及表层物理力学性能的要求等。,孔加工可以在车床、钻床、镗床、拉床或磨床上进行，大孔和孔系则常在镗床上加工。拟定孔的加工方案时，应考虑孔径的大小和孔的深浅、精度和表面粗糙度等的要求；还要考虑工件的材料、形状、尺寸、重量和批量以及车间的具体生产条件（如现有加工设备等）。若在实体材料上加工孔（多属中小尺寸的孔），必须先采用钻孔。若是对已经铸出或锻出的孔（多为中、大型孔）进行加工，则可直接采用扩孔或镗孔，孔径在百忙之80mm以上时，以镗孔为宜。至于孔的精加工，铰孔和拉孔适于加工未淬硬的中、小直径的孔；中等直径以上的孔，可以采用精镗或精磨；淬硬的孔只能用磨削进行精加工。在孔的光整加工方法中，珩磨多用于直径稍大的孔，研磨则对大孔和小孔都适用。孔加工与外圆面加工相比，虽然在切削机理上有许多共同点，但是，在具体的加工条件上，却有着较大差异。孔加工刀具的尺寸，受所加工孔限制。一般呈细长状，刚性较差。加工孔时，刀具处在工件材料的包围之中，散热条件差，切屑不易排除，切削液难以进入切削区。因此，加工同样精度和表面粗糙度的孔，要比加工外圆面困难，成本也高。根据各种零件内孔表面的尺寸、长径比、精度和表面粗糙度要求，在实体材料上加工内孔。其加工方案大致有以下几类：1.低精度内孔表面的加工对精度要求不高的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属体，经一次钻孔即可达到要求。尺寸精度达IT10以下，表面粗糙度Ra值不大于5012.5。,4.2.2 孔加工方案的分析,孔加工可以在车床、钻床、镗床、拉床或磨床上进行，大孔和孔系则常在镗床上加工。拟定孔的加工方案时，应考虑孔径的大小和孔的深浅、精度和表面粗糙度等的要求；还要考虑工件的材料、形状、尺寸、重量和批量以及车间的具体生产条件（如现有加工设备等）。若在实体材料上加工孔（多属中小尺寸的孔），必须先采用钻孔。若是对已经铸出或锻出的孔（多为中、大型孔）进行加工，则可直接采用扩孔或镗孔，孔径在百忙之80mm以上时，以镗孔为宜。至于孔的精加工，铰孔和拉孔适于加工未淬硬的中、小直径的孔；中等直径以上的孔，可以采用精镗或精磨；淬硬的孔只能用磨削进行精加工。在孔的光整加工方法中，珩磨多用于直径稍大的孔，研磨则对大孔和小孔都适用。孔加工与外圆面加工相比，虽然在切削机理上有许多共同点，但是，在具体的加工条件上，却有着较大差异。孔加工刀具的尺寸，受所加工孔限制。一般呈细长状，刚性较差。加工孔时，刀具处在工件材料的包围之中，散热条件差，切屑不易排除，切削液难以进入切削区。因此，加工同样精度和表面粗糙度的孔，要比加工外圆面困难，成本也高。根据各种零件内孔表面的尺寸、长径比、精度和表面粗糙度要求，在实体材料上加工内孔。其加工方案大致有以下几类：1.低精度内孔表面的加工对精度要求不高的未淬硬钢件、铸铁件及有色金属体，经一次钻孔即可达到要求。尺寸精度达IT10以下，表面粗糙度Ra值不大于5012.5。,与外圆表面一样，内孔表面加工方案的拟定也与零件材料性质、热处理要求等有关。如有色金属零件精加工不宜采用磨削；钢件如需调质处理，在钻铰方案中，应安排在钻削之后；在镗磨方案中，安排在粗镗之后；淬火一般安排在磨削之前；渗氮则安排在粗磨和精磨之间，并注意渗氮前要调质处理。,4.3 平面的加工,4.3.1 平面的技术要求4.3.2 平面加工方案分析,4.3.1 平面的技术要求,平面本身没有尺寸精度要求，其他技术要求主要有：1.形状精度指平面度、直线度等。2.位置精度指平面之间或平面对轴线间的平行度、垂直度和倾斜度等。3.表面质量指表面粗糙度、表层硬度、残余应力和显微组织等。,4.3.2 平面加工方案分析,平面对各类零件几乎都是不可缺少的。铣削和刨削是加工平面的主要方法，通过磨削、研磨等加工方法可以进一步提高平面的加工质量。根据平面的加工精度和表面粗糙度要求，其加工方法有车削、铣削、刨削、插削、拉削、磨削、刮研和研磨等。平面加工方案的选择，除根据平面的精度和表面粗糙度要求外，还应考虑零件的结构形状、尺寸、材料的性能和热处理要求以及生产批量等，通常有以下几种类型：1.低精度平面的加工 对精度要求不高的各种零件（淬火钢零件除外）的平面，经粗刨、粗铣、粗车等即可达到要求。表面粗糙度Ra值不大于5012.5m。2.中等精度平面的加工对于表面质量要求中等的非淬火钢件、铸铁件，视工件平面尺寸不同有以下几种方案：（1）粗刨精刨 此方案适于加工狭长平面。（2）粗铣精铣 此方案适于加工宽大平面。（3）粗车精车 此方案适于加工回转体轴、套、盘、环等零件的端面。此外，大型盘类零件的端面，一般较宜在立式车床上加工。（4）粗插精插 此方案适于封闭的内平面加工。上述各种加工表面粗糙度Ra值不大于6.31.6m。,3.高精度平面的加工与上述“2”类似，视工件材料和平面尺寸不同，有以下五种方案：（1）粗刨精刨宽刃精刨花（代刮研）此方案适于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的狭长平面。（2）粗铣精铣高速精铣 此方案适于加工未淬火钢件、铸铁件、有色金属等材料的宽平面。（3）粗铣（粗刨）精铣（精刨）磨削 此方案适于加工淬火钢和非淬火钢件、铸铁件的各种平面。（4）粗插精插磨削 此方案适于加工回转体零件的台肩平面。其较小台肩平面采用普通外圆磨床加工；较大台肩平面用行星磨加工。（5）粗铣拉削 此方案适用于大批大量生产除淬火钢以外的各种金属零件，不仅生产率很高，而且加工质量也较高。上述各种加工表面粗糙度Ra值不大于0.80.2m。4.精密平面的加工对于有更高精度要求的平面，可在磨削后分别采用研磨、抛光等工序，使表面粗糙度Ra值不大于0.40.12m。表4-3给出了平面加工方案的框图，可以作为拟定加工方案的依据和参考。,4.4 螺纹表面的加工,4.4.1 螺纹表面的表面要求4.4.2 螺纹表面的加工方法4.4.3 螺纹加工方法的选择,4.4.1 螺纹表面的表面要求,螺纹表面与其他表面一样，有一定的尺寸精度、形位精度和表面质量要求。此外，视其工件条件与用途的不同，还有其他相应的技术要求。用于固定联接的紧固螺纹，只要求可旋入性和联接的可靠性，故一般只对中径和顶径（外螺纹的大径、内螺纹的小径）提出精度要求；对于无传动精度要求的传动螺纹，也只对中径和顶径精度提出要求；对有传动精度要求的传动螺纹和读数螺纹。除要求中径和顶径的精度外，还对螺距和牙型半角的精度有较高要求。同时为了保证传动精度、读数精度、耐磨及螺纹接触良好性，对螺纹表面的粗糙度、硬度和尺寸稳定性等也有较高的要求。,4.4.2 螺纹表面的加工方法,螺纹表面的加工方法很多，常用的有攻螺纹、套螺纹、车螺纹、铣螺纹、磨螺纹、研磨和无屑加工（搓丝、滚丝）等。它们各有特点，需视螺纹的形状、尺寸、精度、表面粗糙度、工件材料和热处理以及生产批量的不同合理选择。本节仅介绍螺纹表面的几种常用加工方法：1.攻螺纹和套螺纹攻螺纹是用丝锥加工尺寸较小的内螺纹。单件小批生产中，可以用手用丝锥手工攻螺纹；当批量较大时，则在车床、钻床或攻丝机上用机用丝锥攻螺纹。套螺纹是用板牙加工尺寸较小的外螺纹，螺纹直径一般不超过16mm，它既可以手工操作，也可在机床上进行。攻螺纹和套螺纹的加工精度较低，主要用于精度要求不高的普通螺纹。2.车螺纹车螺纹是用螺纹车刀加工出工件上的螺纹，可是用来加工各种形状、尺寸及精度的内、外螺纹，特别适于加工尺寸较大的螺纹。用螺纹车刀车螺纹，刀具简单，适用性广，可以使用通用设备，且能获得较高精度的螺纹。但生产率低，加工质量取决于工人的技术水平以及机床、刀具本身的精度，所以主要用于单件小批生产。,当生产批量较大时，为了提高生产率，常采用螺纹梳刀（见图4-1）车螺纹。螺纹梳刀实质上是多把螺纹车刀的组合，一般一次走刀就能切出全部螺纹，因而生产率很高。但螺纹梳刀只能加工低精度螺纹，且螺纹梳刀制造困难。当加工不同螺距、头数、牙形角的螺纹时，必须更换相应的螺纹梳刀，故只适用于成批生产。此外，对螺纹附近有轴肩的工件，也不能用螺纹梳刀加工螺纹。,图41,3.铣螺纹铣螺纹是在专用的螺纹铣床上用螺纹铣刀加工螺纹的方法。根据铣刀结构的不同，铣螺纹可分为下述两种：（1）用盘状螺纹铣刀铣螺纹（图4-2）这种方法一般用于加工螺距较大的传动螺纹，如丝杠、蜗杆等梯形螺纹。加工时，铣刀轴线必须相对于工件轴线转动一个螺旋升角。由于加工精度较低，通常只作为粗加工，然后再用车削进行精加工。（2）用梳状螺纹铣刀铣螺纹（图4-3）铣螺纹时，铣刀、工件除按箭头方向旋转外，铣刀还作缓慢的轴向移动。在工件转动一周的同时铣刀应沿轴线移动一个螺距，工件只需要转一周多一点就可切出全部螺纹，因此，生产率较高。但该法其加工精度低，并需专用机床。这种方法适用于成批生产的、加工工件短而螺距又不大的三角形内、外螺纹，还可以加工靠近轴肩或盲孔底部的螺纹，且不需要退刀槽。,图43,图44,4.磨螺纹用单线或多线砂轮来磨削工件的螺纹，称为磨螺纹，常用于淬硬螺纹的精加工，例如丝锥、螺纹量规、滚丝轮及精密传动螺杆上的螺纹，为了修正热处理引起的变形，提高加工精度。必须进行磨削。磨螺纹一般在专门的螺纹磨床上进行。螺纹在磨削之前，可以用车、铣等方法进行预加工，对于小尺寸的精密螺纹，也可以不经预加工而直接磨出。外螺纹的磨削可以用单线砂轮或多线砂轮进行磨削（见图4-4）。用单线砂轮磨螺纹，砂轮的修整较方便，加工精度较高，并且可以加工较长的螺纹。而用多线砂轮磨螺纹，砂轮的修整比较困难，加工精度比前者低，且仅适用于加工较短的螺纹。但是用多线砂轮磨削时，工件转转就可以完成磨削加工，生产率比用单线砂轮磨削高。直径大于30mm的内螺纹，可用单线砂轮磨削。,图44,4.4.3 螺纹加工方法的选择,螺纹加工方法应视工件形状、精度要求、工件材料、热处理及生产批量等，综合考虑合理选择。表4-4列出了各种方法加工螺纹的精度及适用范围，供参考。,4.5 成形表面的加工,4.5.1 成形表面的技术要求4.5.2 成形表面的加工特点,4.5.1 成形表面的技术要求,与其表面相似，成形表面的技术要求是零件上成形表面各部位的尺寸精度和形状精度；成形表面与其他表面间的平行度、垂直度、同轴度、对称度等的位置精度和表面质量。表面质量是指表面粗糙度、表层显微组织、表面硬度等。,4.5.2 成形表面的加工特点,1.成形表面的形成（1）回转成形面 是以一条曲线为母线，绕一固定轴线旋转而形成的表面，如机床手柄、手轮、圆球、圆弧面等。回转成形面一般多用车削加工。（2）直线成形面 是以一条直线为母线，沿一条封闭的或不封闭曲线平行移动而形成的表面，又称成形沟槽。沟槽形式分直线形、圆弧形。如直槽、螺旋槽、齿轮齿形、凸圆弧、凹圆弧等。直线成形面一般多用铣削、刨削加工。（3）立体成形面 又称空间曲面。各个不同截面上具有不同的轮廓形状，是一个复杂的空间曲面。如各种模具的型腔、汽轮机和水轮机的叶片、飞机和船舶的螺旋浆等。这类成形表面的加工相当复杂，除用仿形法外，还可用数控机床和电火花机床加工。2.成形表面加工方法成形表面的加工一般采用车削、刨削、铣削、拉削或磨削。根据批量的大小和材料性能的不同，以及成形表面的特点，成形表面的加工方法归纳起来有两种基本形式：（1）利用成形刀具加工 即用切削刃形状与工件廓形相符合的刀具，直接加工出成形面。1）车削成形表面 图4-5是用成形车刀车削成形表面的示意图。成形车刀的刃形与工件表面母线形状一致。加工时，车刀只作横向进给运动。成形车刀切削刃较宽，切削时容易振动，应采用较小的切削用量。此法操作简便，机床的运动和结构比较简单，生产率高，加工质量稳定，但刀具制造困难，成本高，故只适用于成批生产中加工轴向尺寸较小的回转体成形面。当为单件小批生产时，在卧式车床上加工；批量大时，多在自动或半自动车床上加工。,2）刨削成形表面 图4-6是用成形刨刀刨削成形表面的示意图。成形刨刀的结构与成形车刀类似。由于刨削有较大的冲击力，容易引起振动，故这种方法只适用于加工尺寸小、形状简单的直线成形表面。且加工重量和效率较低。3）铣削成形表面 图4-7是用成形铣刀铣削凸圆弧的示意图。这种铣削方法一般在卧式铣床上用盘状成形铣刀进行。成形铣刀在生产中应用较广。铣削的生产率较高，常用于成批生产中加工尺寸较小的直线成形表面。4）拉削成形表面 拉削除了能加工圆孔和平面外，还可以加工直线成形表面。如图3-43所示。与刨削和铣削相比，拉削成形表面不仅加工精度较高，表面粗糙度值小，而且生产率很高；但成形拉刀制造要复杂得多，费用更高。故拉削成形表面宜用于成批和大量生产中。,图451成形刀 2燕尾 3夹紧螺钉 4夹持体,5）磨削成形表面 图4-8是用成形砂轮磨削成形表面的示意图。与金属成形刀具相似，先修整砂轮，使它具有与工件成形表面相反的轮廓形状，然后用其磨削成形表面。这种方法在外圆磨床上可以磨削回转体成形表面，在平面磨床上可以磨削直线成形外表面。磨削成形表面主要用于精度高、粗糙度小的成形表面，尤其是经淬火后的精密成形表面（如凸轮、靠模和冲模等零件的工作面）的精加工。用成形刀具加工成形表面，具有加工质量稳定、操作简便、生产率高等优点。但刀具制造和刃磨比较复杂（特别是成形铣刀和拉刀），成本高。而且，这种方法的应用受工件成形表面形状和尺寸的限制，不宜用于加工刚性差、成形面较宽的工件，只适用于成形表面精度要求较高、尺寸较小、零件批量较大的场合。,图47,图46,（2）利用刀具与工件间特定的相对运动加工 用靠模装置车削成形表面如图4-9所示。把车床的中滑板丝杠与螺母脱开，并将拉板3固定在中滑板上，另一端与滚柱5连接。当床鞍作纵向移动时，滚柱5沿着靠模4的曲线槽移动，使车刀作相应的移动，车削出工件1的成形表面。用随动系统靠模装置可以在仿形车床和仿形铣床上加工成形表面。它适合于尺寸较大或精度要求较高或形状特别复杂的成形表面加工。此外，还可用手动、液压仿形、电气仿形或数控装置等，来控制刀具与工件之间特定的相对运动。利用刀具和工件作特定的相对运动来加工成形表面，刀具比较简单，并且加工成形表面的尺寸范围较大，生产率较高，加工精度也较高。但是，机床的运动和结构较复杂，靠模制造困难，成本也高，故这种方法常用于成批生产。工人用双手同时操作刀架的双向运动加工成形表面，这时加工精度由工人的技术水平来决定。此外，还可由工人依据划线或样板加工成形表面，但这种方法的质量和效率较低，故只适宜在单件小批生产中加工要求不高的工件或作为成形表面的粗加工工序。为了保证加工质量和提高生产率，可应用数控机床加工成型表面。,图48,大批大量生产中，常采用专用刀具 或专门化的机床加工成形表面，例如 汽车发动机中的凸轮轴，就是采用凸轮轴车床和凸轮轴磨床进行专门加工。,图491车刀 2工件 3拉板 4靠模 5滚柱,4.6 齿轮齿形的加工,圆柱齿轮传动的精度要求：4.6.2 齿轮齿形加工方法的分析4.6.3 圆柱齿轮齿形的精加工4.6.4 研齿4.6.5 齿形加工方法选择,圆柱齿轮传动的精度要求：,对于齿轮，除了有尺寸精度、形位精度和表面质量的要求外，根据齿轮传动特点和不同用途，还对齿轮传动性能提出了如下精度要求：1.传递运动的准确性作为传动零件的齿轮，要求它能准确地传递运动，即保证主动轮转过一定角度，从动轮按传动比关系准确地转过一个相应的角度。这就要求齿轮在每转一转的过程中，转角误差的最大值不能超过一定的限度。2.传动的平稳性在传动运动过程中，特别是高速转动的齿轮，不希望出现冲击、振动和噪声，这就要求齿轮工作平稳。因此，必须限制齿轮转动瞬时传动比的变化，也就是要限制较小范围内的转角误差。3.载荷分布的均匀性齿轮在传递动力时，为了不致因接触不均匀使接触应力过大，引起齿面过早磨损，就要求齿轮工作时齿面接触均匀，并保证有一定的接触面积和要求的接触位置。,4.传动侧隙在齿轮传动中，互相啮合的一对轮齿的非工作面之间应留有一定的间隙，以便贮存润滑油并使工作齿面形成油膜，减少磨损；同时齿侧间隙还可以补偿由于温度、弹性变形以及齿轮制造和装配所引起的间隙减小，防止卡死。但是齿侧间隙也不能过大，对于要求正反转的传动齿轮，侧隙过大就会引起换向冲击，产生噪声；对于正反转的分度齿轮，侧隙过大就会产生过大的“空程”，使分度精度降低。可见齿轮的工作条件不同，要求的齿侧间隙也不同。根据齿轮传动的工作条件对精度的不同要求，我国制定并颁布了国家标准渐开线圆柱齿轮精度GB1009588，对齿轮和齿轮副规定了12个精度等级，1级精度最高，12级精度最低。1级和2级是有待发展的精度等级；35级为高精度级；68级为中等精度等级；912级为低精度级。按齿轮控制的各项误差对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差与极限偏差分成三个公差组：第公差组主要控制齿轮在一转内回转角的全部误差，它主要影响传递运动准确性；第公差组主要控制齿轮在一个齿距范围内的转角误差，它主要影响传动的工作平稳性；第公差组主要控制具体化的接触痕迹，它影响齿轮受载后载荷分布的均匀性。此外，独立于齿轮精度外，规定了齿轮副齿侧间隙，它是用齿厚极限偏差来控制的，标准规定了14种齿厚极限偏差，代号分别为C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S，从D起其偏差值依次递增。由于齿轮的工作条件不同对三个公差组的要求是不同的，例如，分度机构的齿轮，主要要求传递运动准确。机床主轴箱的高速齿轮，则传动的平稳性就要求高些；而对重型设备的低速重载下的传动齿轮，因齿轮受力较大，其载荷分布均匀则要求高些。所以，标准中允许对三个公差组精度选择不一样的等级。但在同一公差组内，各项公差和极限偏差保持相同的精度等级。,4.6.2 齿轮齿形加工方法的分析,齿形加工是齿轮加工的核心和关键，目前制造齿轮主要是用切削加工，也可以用铸造或辗压（热轧、冷轧）等方法。铸造齿轮的精度低、表面粗糙；辗压齿轮生产率高、机械性能好，但精度较低，仍未被广泛采用。用切削加工的方法加工齿轮齿形，若按加工原理的不同，可以分为如下两大类：（1）成形法（也称仿形法）是指用与被切齿轮齿间形状相符的成形刀具，直接切出齿形的加工方法，如铣齿、成形法磨齿等。（2）展成法（也称范成法或包络法）是指利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动（或称展成运动），切出齿形的加工方法，如插齿、滚齿、剃齿和展成法磨齿等。1.铣齿就是利用成形齿轮铣刀，在万能铣床上加工齿轮齿形的方法（图4-10）。加工时，工件安装在分度头上，用盘形齿轮铣刀（m10），对齿轮的齿间进行铣削。当加工完一个齿间后，进行分度，再铣下一个齿间。,图410,铣齿具有如下特点：（1）成本较低 铣齿可以在一般的铣床上进行，刀具也比其他齿轮刀具简单，因而加工成本较低。（2）生产率较低 由于铣刀每切一个齿间，都要重复消耗切入、切出、退刀以及分度等辅助时间，所以生产率较低。（3）精度较低 模数相同而齿数不同的齿轮，其齿形渐开线的形状是不同的，齿数愈多，渐开线的曲率半径愈大。铣切齿形的精度主要取决于铣刀的齿形精度，从理论上讲，同一模数每种齿数的齿轮，都应该用专门的铣刀加工。这样就需要很多规格的铣刀，使生产成本大为增加。为了降低加工成本，实际生产中，把同一模数的齿轮按齿数划分成若干组，通常分为8组或15组，每组采用同一个刀号的铣刀加工。表4-5列出了分成8组时，各号铣刀加工的齿数范围。各号铣刀的齿形是按该组内最小齿数齿轮的齿形设计和制造的，加工其他齿数的齿轮时，只能获得近似齿形，产生齿形误差。另外，铣床所用的分度头，是通用附件，分度精度不高，所以，铣齿的加工精度较低。铣齿不但可以加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮，而且还可以加齿条和锥齿轮等。但由于上述特点，它仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮,2.插齿插齿属于展成法加工，用插齿刀在插齿机上加工齿轮的齿形，它是按一对圆柱齿轮相啮合的原理进行加工的。如图4-11所示，相啮合的一对圆柱齿轮，若其中一个是工件，另一个用高速钢制成，并于淬火后轮齿上磨出前角和后角，形成切削刃，再具有必要的切削运动，即可在工件上切出齿形来，后者就是加工齿轮用的插齿刀。插直齿圆柱齿轮时，用直齿插齿刀。插齿（见图4-12）时的运动有：（1）主运动。主运动即插齿刀的上下往复直线运动，以每分钟往复行程次数来表示（str/min）。,图411,2）分齿运动（展成运动）。分齿运动即插齿刀和工件之间强制地按速比保持一对齿轮啮合关系的运动，即式中 n工、n刀工件和插齿刀的转速，r/min；Z工、Z刀工件和插齿刀的齿数。（3）圆周进给运动。圆周进给运动即分齿运动过程中插齿刀每往复一次其分度圆周所转过的弧长（mm/str）。它反映插齿刀和齿轮坯转动的快慢，决定每切一刀的金属切除和包络渐开线齿形的切线数目，从而影响齿面的表面粗糙度Ra值。,（4）径向进给运动。开始插齿时，插齿刀要逐渐切至全齿深，插齿刀每往复一次径向移动的距离，称为径向进给量。当切至全齿深时，径向进给运动停止，分齿运动仍继续进行，直至加工完成。（5）让刀运动。为了避免插齿刀在返回行程中，刀齿和后刀面与工件的齿面发生摩擦，在插齿刀返回时，工件必须让开一段距离；当切削行程开始前，工件又恢复原位，这种运动称为让刀运动。插齿主要用于加工直齿圆柱齿轮、内齿轮。由于插齿退刀槽的尺寸小，还可用于加工双联或多联齿轮。,3.滚齿滚齿也属于展成法加工，用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿，它是按一对螺旋齿轮相啮合的原理进行加工的，如图4-13所示。相啮合的一对螺旋齿轮，当其中一个螺旋角很大、齿数很少（一个或几个）时，其轮齿变得很长，形成了蜗杆形。若这个蜗杆用高速钢等刀具材料制成，并在其螺纹的垂直方向开出若干个容屑槽，形成刀齿及切削刃，它就变成了齿轮滚刀。滚齿（见图4-14）时的运动有：,图413,图414,（1）主运动。主运动是指滚刀的高速旋转，转速以n刀（r/min）表示。（2）分齿运动（展成运动）。分齿运动指滚刀与被切齿轮之间强制地按速比保持一对螺旋齿轮啮合关系的运动，即式中 n工、n刀工件和齿轮滚刀的转速，r/min；k齿轮滚刀的头数；Z工工件的齿数。（3）垂直进给运动。为了在齿轮的全齿宽上切出齿形，齿轮滚刀需要沿工件的轴向作进给运动。工件每转一转齿轮滚刀移动的距离，称为垂直进给量。当全部轮齿沿齿宽方向都滚切完毕后，垂直进给停止，加工完成。加工螺旋齿轮时，除上述三个运动外，在滚切的过程中，工件还需要有一个附加税的转动，即根据螺旋齿轮和导程L的关系，在滚刀垂直进给L距离的同时，工件多转或少转一转，这个附加的转动，可以通过调整滚齿机有关挂轮而得到。在滚齿机上用蜗轮滚刀还可滚切蜗轮。,4.插齿、滚齿和铣齿的比较（1）插齿和滚齿的精度基本相同，且都比铣齿高。插齿刀的制造、刃磨及检验均比滚刀方便，容易制造得较精确，但插齿机的分齿传动链比滚齿机复杂，增加了传动误差。综合两方面，插齿和滚齿的精度基本相同。由于插齿机和滚齿机的结构与传动机构都是按加工齿轮的要求而专门设计和制造的，分齿运动的精度高于万能分度头的分齿精度。插齿刀和齿轮滚刀的精度也比齿轮铣刀的精度高，不存在像齿轮铣刀那样因分组而带来的齿形误差。因此，插齿和滚齿的精度都比铣齿高。一般情况下，插齿和滚齿可获得87级精度的齿轮，若采用精密插齿或滚齿，可以得到6级精度的齿轮，而铣齿仅能达到9级精度。（2）插齿齿面的表面粗糙度Ra值较小。插齿时，插齿刀沿齿宽连续地切下切屑，而在滚齿和铣齿时，轮齿齿宽是由刀具多次断续切削而成，并且在插齿过程中，包络齿形的切线数量比较多，所以插齿的齿面表面粗糙度Ra值较小。（3）插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。插齿的主运动为往复直线运动，插齿刀有空行程，所以插齿的生产率低于滚齿。此外，插齿和滚齿的分齿运动是在切削过程中连续进行的，省去了铣齿时的单独分度时间，所以插齿和滚齿的生产率都比铣齿高。（4）插齿刀和齿轮滚刀加工齿轮齿数范围较大。插齿和滚齿都是按展成原理进行加工的，同一模数的插齿刀或齿轮滚刀，可以加工模数相同而齿数不同的齿轮，不像铣齿那样，每个刀号的铣刀，适于加工的齿轮齿数范围较小。在齿轮齿形的加工中，滚齿应用最为广泛，它不但能加工直齿圆柱齿轮，还可以加工螺旋齿轮、蜗轮等，但一般不能加工内齿轮和相距很近的多联齿轮。插齿的应用也比较广，它可以加工直齿和螺旋齿圆柱齿轮，但生产率没有滚齿高，多用于加工用滚刀难以加工的内齿轮、相距较近的多联齿轮或带有台肩的齿轮等。尽管滚齿和插齿所使用的刀具及机床比铣齿复杂、成本高，但由于加工质量好，生产率高，在成批和大量生产中仍可收到很好的经济效果。有时在单件小批生产中，为保证加工质量，也常常采用插齿或滚齿加工。,4.6.3 圆柱齿轮齿形的精加工,对于精度高于7级、表面粗糙度Ra值小于0.8m或齿面需要淬火的齿轮，在铣齿、插齿、滚齿后，还需进行齿形的精加工。常用的精加工方法有剃齿、珩齿和磨齿。1.剃齿（1）剃齿原理及运动 剃齿是利用一对交错轴斜齿轮啮合原理，在剃齿机上“自由啮合”的展成加工方法。剃齿刀如图4-15a所示，其外形很象斜齿圆柱齿轮，齿形精度很高，在轮齿两侧渐开线方向开有很多小槽，以形成切削刃，材料一般为高速钢，经淬火后成为剃齿刀。,图415,图4-15b为加工直齿圆柱齿轮的示意图。剃齿刀安装在剃齿机的主轴上，其圆周速度为0,工件安装在机床工作台的心轴上，与剃齿刀保持啮合,并由剃齿刀带动旋转，二者间是一种“自由啮合”。为了使剃齿刀和工件的齿向一致，应使剃齿刀的轴线偏斜一角度0，其数值等于剃齿刀的螺旋角。剃齿刀的圆周速0分解为两个分速度：一个是沿工件圆周切线方向的分速度w，它带动工件旋转，刀具与工件间不象插齿、滚齿那样靠同床传动链强制保持啮合运动，这就是“自由啮合”含义所在；另一个是沿齿轮工件轴线的分速度，即剃齿的切削速度，它使啮合齿面间产生相对滑动，正是这种相对滑动，使剃齿刀从工件上切下头发丝状的极细切屑，剃齿由此而得名，从而提高齿形精度和降低齿面粗糙度值。为剃出齿宽，工作台带动工件做往复直线进给。在工作台每一往复行程终了时，剃齿刀对工件还要做径向进给（0.02mm/往复行程0.04mm/往复行程），以达到所需的齿厚。剃齿过程中，剃齿刀还要时而正转，时而反转，以剃削轮齿的两个侧面。（2）剃齿工艺特点及应用1）剃齿质量高 剃齿主要是提高齿形精度和齿向精度，降低齿面粗糙度值。剃齿后的齿轮精度可达7级6级，齿面粗糙度Ra值可达0.8m0.2m。由于剃齿刀与工件为“自由啮合”，故剃齿不能修正分齿误差，而滚齿分齿精度比插齿高，所以剃齿前的齿轮多用滚齿加工。2）生产率高 剃齿是多刃连续切削，剃齿余量小，一般仅为0.08mm0.2mm，且剃齿刀与被切齿轮间无复杂的传动链联系，故剃齿机结构简单，调整方便，辅助时间少。3）刀具费用高 剃齿刀形状复杂，要求精度高，所以剃齿刀的制造成本及刃磨费用较高。4）只能剃削硬度低的齿轮 因剃齿刀用高速钢制造，虽经淬火，也不能加工淬硬的齿轮，只能加工35HRC以下的直齿和斜齿圆柱齿轮。剃齿通常用于大批大量生产中的齿轮齿形精加工，在汽车、拖拉机及机床制造等行业中应用很广泛。,2.珩齿珩齿是在珩齿机上用珩磨轮对淬火后齿轮进行光整加工的方法。珩齿的主要作用是去除淬火后轮齿上的氧化皮、及少量的热变形，以降低齿面粗糙度Ra值。珩齿原理和运动与剃齿相同，只是用珩磨轮代替了剃齿刀。如图4-16所示的珩磨轮是由磨料和环氧树脂等材料浇铸或热压在钢制轮芯上、具有较高精度的斜齿轮。磨料一般为白色氧化铝，有时也用黑色碳化硅。粒度在80#120#之间。珩齿时，珩磨轮高速旋转（1000r/min2000r/min），同时沿齿向和渐开线方向产生滑动进行切削。珩齿过程具有磨、剃、抛光等综合作用，刀痕复杂、细密，所以齿面粗糙度Ra值可达0.8m0.2m。但珩齿对齿形和齿向精度改善不大，也不能提高分齿精度。因珩齿余量小，约为0.01mm0.02mm，且多为一次切除，生产率很高，一般珩磨一个齿轮只需1min左右。,图416,3.磨齿磨齿在磨齿机上用砂轮对淬火或未淬火的轮齿进行精加工的一种常用方法。按其原理磨齿可分为成形法磨齿和展成法磨齿两种。（1）成形法磨齿 如图4-17所示，成形法磨齿和成形法铣齿原理相同，其砂轮应修整成与被磨削齿轮的齿槽相吻合的渐开线齿形。用此砂轮对已经滚齿或插齿的齿轮齿槽逐个进行磨削。由于成形砂轮修整不仅复杂，且经渐开线砂轮修整器修整的砂轮廓形具有一定误差，所以成形法磨齿精度较低，精度可达6级。但成形法磨齿生产率较展成法磨齿高近10倍。另外，成形法磨齿可在花键磨床或工具磨床上进行，设备费用较低。成形法磨齿余量一般为0.1mm0.4mm。（2）展成法磨齿 生产中常用的展成法有锥面砂轮磨齿和双碟形砂轮磨齿两种方法。1）锥面砂轮磨齿 如图4-18所示，将砂轮的磨削部分修整为锥面，以构成假想的齿条齿面。其原理是使砂轮与被磨齿轮强制保持齿条和齿轮的啮合运动关系，且使被磨齿轮沿假想的固定齿条作往复纯滚动的方式，边转动，边移动，砂轮的磨削部分即可包络渐开线齿形。,图417,图418,在磨齿机上以锥形砂轮磨削直齿圆柱齿轮时，需要以下几个运动：主运动 指砂轮的高速旋转。被磨齿轮的往复运动 指强制被磨齿轮按速比关系沿固定不动的假想齿条所作的纯滚动，也即展成运动，被磨齿轮时而向右滚动，时而向左滚动是为了在一次分齿运动中分别磨削齿槽两个齿面1和2。砂轮的往复进给运动 为了磨出齿宽，砂轮沿工件轴线方向所作的往复进给运动。分度运动 指磨完一个齿槽后，砂轮自动退离，被磨齿轮转过1/z圈（z为磨削齿轮齿数），磨削相邻的另一个齿槽。2）双碟形砂轮磨齿 磨齿原理与锥形砂轮磨齿相同。如图4-19所示，两个碟形砂轮2倾斜成一定角度，使其端面构成假想齿条的两个齿外侧面（或一个齿的两个侧面）。工作时，两个砂轮在一次分齿后，可同时磨削被磨齿轮一两个不同齿槽的不同齿面（或同一个齿槽的两个侧面）。此种方法磨齿是被磨齿轮沿其轴向往复进给以磨出齿宽，其他的运动与锥形砂轮磨具相同。上述展成法磨齿中，锥形砂轮磨齿，其砂轮刚性好于碟形砂轮，可采用较大切削用量，生产率较高，但锥形砂轮直径小，磨损快且不均匀，加工精度一般为5级6级。双碟形砂轮传动环节少，传动误差小，砂轮修整精度高，磨损后可通过机床的自动补偿装置进行补偿，加工精度可达4级。两种磨齿方法的表面粗糙度Ra值可达0.4m0.2m。,4.6.4 研齿,研齿是用研磨轮在研齿机上对齿轮进行光整加工的方法，加工原理是使工件与轻微制动的研磨轮作无间隙的自由啮合。并在啮合的齿面间加工研磨剂，利用齿面的相对滑动，从被研齿轮的齿面上切除一层极薄的金属，达到减小表面粗糙度Ra值和校正齿轮部分误差的目的。如图4-20所示，工件放在三个研磨轮之间，同时与三个研磨轮啮合。研磨直齿圆柱齿轮时，三个研磨轮中，一个是直齿圆柱齿轮，另两个是螺旋角相反的斜齿圆柱齿轮。研齿时，工件带动研磨轮旋转，并沿轴向作快速往复运动，以便研磨全齿宽上的齿面。研磨一定时间后，改变旋转方向，研磨另一齿面。研齿对齿轮精度的提高作用不大，它能减小齿面的表面粗糙度Ra值，同时稍微修正齿形、齿向误差，主要用于淬硬齿面的精加工。,图 4191工作 2蝶形砂轮,图 420,4.6.5 齿形加工方法选择,齿形加工方法的选择应考虑齿轮精度等级、结构、形状、热处理和生产批量等因素。常用的圆柱齿轮形加工方案见表4-6。,