【文章內(nèi)容簡介】 果。 主要是對經(jīng)過熱處理的齒輪內(nèi)孔、端面、軸的外徑等部分進(jìn)行精加工，以提高尺寸精度和減小形位公差。 齒輪加工的兩大類 齒輪加工的關(guān)鍵是齒面加 工。目前，齒面加工的主要方法是：齒面的切削加工和齒面的磨削加工。前者由于加工效率高，有較高的加工精度。因而是目前廣泛采用的齒面加工方后者主要用于齒面的精加工，效率一般比較低。按照加工原理，齒面加工可以分為成型法和展成法兩大類。 成型法 成型法是利用與被加工齒輪的齒槽形狀一致的刀具，在齒坯上加工出齒面的方法。成型銑削一般在普通銑床上進(jìn)行，銑削時工件安裝在分度頭上，銑刀旋轉(zhuǎn)對工件進(jìn)行切削加工，工作臺作直線進(jìn)給運(yùn)動，加工完一個齒槽，分度頭將工件轉(zhuǎn)過一個齒，在加工另一個齒槽，依次加工出所有齒槽。當(dāng)加工模數(shù)大于 8mm的齒輪時，采用指狀銑刀進(jìn)行加工。銑削斜齒圓柱齒輪必須在萬能銑床上進(jìn)行。銑削時工作臺偏轉(zhuǎn)一個角度，使其等于齒輪的螺旋角，工件在隨工作臺進(jìn)給的同時，由分度頭帶動作附加旋轉(zhuǎn)以形成螺旋齒槽。 常用的成形齒輪刀具有盤形銑刀和指狀銑刀。后者適于加工大模數(shù)的直齒、斜齒齒輪特別是人字齒輪。用盤形齒輪銑刀加工齒輪時，齒輪的齒廓精度是由銑刀切削刃形狀來保證的，而漸開線齒廓是由齒輪的模數(shù)和齒數(shù)決定的。所以齒輪的模數(shù)，齒數(shù)不同，漸開線齒廓就不一樣，因此，要加工出準(zhǔn)確的齒廓，每一個模數(shù)，每一種齒數(shù)的齒輪，就要相應(yīng)的用一種形狀的銑刀， 這樣做顯然是行不通的。在實(shí)際生產(chǎn)中，是將同一模數(shù)的齒輪，按其齒數(shù)分為 8組（精確的是 15組），每一組只用一把銑刀。 標(biāo)準(zhǔn)齒輪銑刀的模數(shù)、壓力角和加工的齒數(shù)范圍都標(biāo)記在銑刀的端面上。由于每種編號的刀齒形狀均按加工齒數(shù)范圍中最小齒數(shù)設(shè)計，因此，加工該范圍的其他齒數(shù)的齒輪時，就會產(chǎn)生一定的齒廓誤差。盤狀齒輪銑刀是用于加工 m小于 8mm的齒輪。 當(dāng)所加工的斜齒圓柱齒輪精度要求不高時，可以借用加工直齒圓柱齒輪的銑刀。但此時銑刀的號數(shù)不應(yīng)根據(jù)斜齒圓柱齒輪的實(shí)際齒數(shù)選擇，而應(yīng)按照法向截面內(nèi)的當(dāng)量齒數(shù)（假想齒數(shù)）來選擇。 成型 法銑齒一般用于單件小批量生產(chǎn)和機(jī)修工作中，加工精度為 912級，齒面粗糙度值為 、斜齒和人字齒圓柱齒輪。 (2) 展成法是應(yīng)用齒輪嚙合的原理來進(jìn)行加工的 ， 用這種方法加工出來的齒形輪廓是刀 8 第 8 頁 共 25 頁 具切削刃運(yùn)動軌跡的包絡(luò)線。齒數(shù)不同的齒輪，只要模數(shù)和齒形角相同，都可以用同一把刀具來加工。用展成原理加工齒形的方法有：滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等方法。其中剃齒、珩齒和磨齒屬于齒形的精加工方法。 9 第 9 頁 共 25 頁 第四章 齒面粗加工方法 插齒法 幾年前，有些齒輪專家曾預(yù)言今后插齒刀在齒輪加工方面的應(yīng)用將會 大大減少，到時候，將沒有汽車齒輪生產(chǎn)企業(yè)在使用插齒刀。在設(shè)計制造齒輪傳動裝置時也將不再考慮采用插齒工藝加工齒輪。 通常認(rèn)為插齒工藝是在齒輪不能用滾刀加工的情況下采用的齒輪加工方法，這種加工方法費(fèi)用高、齒輪制造質(zhì)量差。但事實(shí)上，認(rèn)為插齒工藝主要適合用于加工帶臺肩齒輪的原因，是因?yàn)閹_肩的齒輪讓易產(chǎn)生刀具干涉問題，通常不能采用滾齒加工工藝。其實(shí)，插齒刀也廣泛用于直齒、斜齒和內(nèi)齒輪加工。一般來說，如果齒輪采用內(nèi)齒拉削工藝比較困難，就可以采用插齒加工。 1．插齒 的切削 原理 插齒的加工過程，從原理上講，相當(dāng) 于一對直齒圓柱齒輪的嚙合運(yùn)動。插齒時，刀具沿工件軸線方向做高速的往復(fù)直線運(yùn)動，形成切削加工的主運(yùn)動，同時還與工件作無間隙的嚙合運(yùn)動，在工件上加工出全部齒輪齒廓。在加工過程中，刀具每往復(fù)一次僅切出工件齒槽的很小一部分，工件齒槽的齒面曲線是由插齒刀切削刃多次切削的包絡(luò)線所形成的。如圖 。 圖 10 第 10 頁 共 25 頁 2． 插齒加工時，機(jī)床必須具備以下運(yùn)動 ： （ 1）切削 加工的主運(yùn)動： 插齒刀 作 上、下往復(fù)運(yùn)動 ，向下為切削運(yùn)動，向上為返回的推刀運(yùn)動。 （ 2）徑向 的 進(jìn)給運(yùn)動 ：要 使刀具逐漸切至齒根，插齒刀就必須有徑向進(jìn)給運(yùn)動，插齒刀每往復(fù)一次徑向移動一定距離，當(dāng)達(dá)到全齒深后，機(jī)床就會停止徑向進(jìn)給運(yùn)功。 （ 3）展成運(yùn)動 ：在加工過程中，必須使 插齒刀與工件之間應(yīng)保持嚙合。 即在刀具轉(zhuǎn)過一個齒時，工件也準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)過一個齒。 （ 4） 插齒 讓刀 過程：為了避免插齒刀在回程時擦傷已加工表面和減少刀具磨損，刀具和工件之間應(yīng)讓開一段距離，而在插齒 刀 重新開始向下工作行程時，應(yīng)立刻恢復(fù)到原位，以便刀具向下切削工件。這種讓開和恢復(fù)原位的運(yùn)動稱為讓刀運(yùn)動。一般新型號的插齒機(jī)通過刀具主軸座的擺動來實(shí)現(xiàn)讓刀運(yùn)動，這樣可 以減少讓刀產(chǎn)生的震動。 3．插齒刀的類型 插齒刀及分類：插齒刀是一種齒輪形或齒條形齒輪加工刀具。插齒刀用于按展成法（見齒輪加工）加工內(nèi)、外嚙合的直齒和斜齒圓柱齒輪。插齒刀的特點(diǎn)是可以加工帶臺肩齒輪、多聯(lián)齒輪和無空刀槽人字齒輪等。特形插齒刀還可加工各種其他廓形的工件，如凸輪和內(nèi)花鍵等。 分類插齒刀按外形分為盤形、碗形、筒形和錐柄 4種。盤形插齒刀主要用于加工內(nèi)、外嚙合的直齒、插齒刀斜齒和人字齒輪。碗形插齒刀主要加工帶臺肩的和多聯(lián)的內(nèi)、外嚙合的直齒輪，它與盤形插齒刀的區(qū)別在于工作時夾緊用的螺母可容納在插齒刀的 刀體內(nèi)，因而不妨礙加工。筒形插齒刀用于加工內(nèi)齒輪和小的外齒輪，靠內(nèi)孔的螺紋旋緊在插齒機(jī)的主軸上。錐柄插齒刀主要用于加工內(nèi)嚙合的直齒和斜齒齒輪。 操作為了產(chǎn)生后角和重磨后不影響所加工齒輪的齒形，在垂直于插齒刀軸線的各剖面內(nèi)做插齒刀成變位齒的形狀，變位系數(shù) X0由前端面向后端面逐漸減小，并由正變負(fù)。插齒刀在使用中受到一些限制。①齒輪根切的限制：插齒刀的齒頂在切削過程中切入被切齒輪根部的漸開線齒形時稱為根切，被加工齒輪的齒數(shù)越少，根切的可能性就越大。②齒輪頂切的限制：頂切是指被切齒輪的齒頂進(jìn)入插齒刀根部齒形以內(nèi) 而被切去齒頂?shù)默F(xiàn)象，插齒刀齒數(shù)和變位系數(shù)越小越容易產(chǎn)生頂切。③齒輪過渡曲線干涉的限制：插齒刀在切齒時，不能在整個齒面上切出漸開線齒形，在齒輪根部是過渡曲線。插齒刀齒數(shù)越少、齒形變位系數(shù)越大，則過渡曲線就越長，如配對齒輪的齒頂與該過渡曲線接觸即產(chǎn)生干涉。④對加工內(nèi)齒輪的插齒刀，則還應(yīng)考慮插齒刀在徑向切入過插齒程中不發(fā)生頂切的限制。 在鉆頭 鉆桿 中的標(biāo)準(zhǔn)插齒刀的精度按國際標(biāo)準(zhǔn)分為 AA級、 A級和 B級 3種，在通 常條件下分別用于加工 7和 8級精度的齒輪。為加工需要再剃齒或磨齒的齒輪，要分別使用剃前或磨前插齒刀，使齒輪齒面留有一定的加工余量，因此這些插齒刀的齒形需要專門設(shè)計。 在加工外嚙合和內(nèi)嚙合的斜齒輪和人字齒輪時，需要用斜齒插齒刀。加工一對外嚙合的斜齒圓柱齒輪時，需要用兩把斜齒插齒刀，其旋向與被加工齒輪相反；加工一對內(nèi)嚙合的斜齒圓柱齒輪時，加工內(nèi)齒斜齒輪的刀具與齒輪的旋向相同。斜齒插齒刀由于刀齒傾斜， 10 第 11 頁 共 25 頁 兩側(cè)刃的前角相差很大，一側(cè)為正前角 ,另一側(cè)為負(fù)前角 ,為了改善插齒刀的工作條件，需要采用特殊的刃磨。 插齒刀梳齒刀的工作原理與插齒 刀相仿，它可被看作是插齒刀齒數(shù)為無窮多時的一個特例，有直齒和斜齒兩種。梳齒刀形狀簡單，制造方便，用于加工外嚙合直齒、斜齒與人字齒輪，特別適用于加工較大模數(shù)的齒輪。 一般插齒刀均用高速鋼制造，硬質(zhì)合金插齒刀還處于試驗(yàn)研究階段。 滾齒法 滾齒加工屬范成法加工，滾齒加工是根據(jù)范成法原理來加工齒輪輪齒的。用齒輪滾刀加工齒輪的過程，相當(dāng)于一對交錯軸螺旋齒輪副的嚙合滾動過程，如圖 。將其中的一個齒輪齒數(shù)減少到一個或幾個，輪齒的螺旋角很大，就形成了蝸桿形齒輪。再將“蝸桿”開槽并鏟背，就形成了齒輪滾刀。因 此滾刀實(shí)際上是一個斜齒圓柱齒輪，當(dāng)機(jī)床的傳動系統(tǒng)使該刀具和工件嚴(yán)格地按一對斜齒圓柱齒輪的速比關(guān)系作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，該刀就可以在工件上連續(xù)不斷地切除齒輪來。 圖 1．滾切直齒圓柱齒輪 從機(jī)床運(yùn)動分析的規(guī)律可知，用滾刀加工直齒輪，機(jī)床必須具有以下兩個成形運(yùn)動：；一個是形成漸開線 (母線 )所需的展成運(yùn)動，這是個復(fù)合運(yùn)動，它由工件的旋轉(zhuǎn)和刀具的旋轉(zhuǎn)而合成；另一個是形成導(dǎo)線所需的滾刀沿工件軸向的移動，要完成以上兩個成形運(yùn)動，機(jī)床必須具有三條運(yùn)動 傳動鏈：見圖 第 12 頁 共 25 頁 圖 2．滾切斜齒圓柱齒輪斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪一樣，其端面均為漸開線。所不同的是，斜齒圓柱齒輪的齒寬方向不是直線而是一條螺旋線，見圖 。 圖 因此，從成形運(yùn)動的角度來看，加工斜齒圓柱齒輪，仍然需要兩個成形運(yùn)動；一個是形成漸開線 (母線的范成運(yùn)動；它是由刀具的旋轉(zhuǎn)和工件的旋轉(zhuǎn)兩部分合成；另一個是形成螺旋線 (導(dǎo)線 )的成形運(yùn)動，這個運(yùn)動與加工螺紋形 成螺旋線的運(yùn)動有相同之處，即是一個復(fù)合運(yùn)動，它由工件的旋轉(zhuǎn)和刀具沿工件軸向移動復(fù)合而成，當(dāng)工件旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時刀具應(yīng)沿工件軸向移動一個導(dǎo)輪的傳動原理圖刀架和工件之間傳動聯(lián)系保證刀架直線移動一個導(dǎo)程時，通過合成機(jī)構(gòu)使工件得到的附加轉(zhuǎn)圖 3 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖程的距離。直齒和斜齒因掛齒輪的區(qū)別在于導(dǎo)線的不同。與滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖相比較，傳動系統(tǒng)多了一條傳動鏈和一個運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)。刀架和工件之間傳動聯(lián)系保證刀架 第 13 頁 共 25 頁 直線移動一個導(dǎo)程時，通過合成機(jī)構(gòu)使工件得到的附加轉(zhuǎn)動為一轉(zhuǎn)。這條傳動鏈與車床上形成螺旋線的進(jìn)給 傳動鏈的性質(zhì)一樣，屬于內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。除此之外，滾切斜齒圓柱齒輪的傳動聯(lián)系和實(shí)現(xiàn)傳動聯(lián)系的各條傳動鏈，都與滾切直齒齒輪時相同。因而，如要要完成以上兩個成形運(yùn)動，機(jī)床必須具有四條運(yùn)動傳動鏈。 滾刀的刀齒是沿螺旋線分布的，加工圓柱齒輪時，為了使?jié)L刀刀齒的齒向與工件齒向方向相一致，應(yīng)根據(jù)工件的螺旋升角，來確定滾刀的安裝角度，如圖 圖 滾齒可直接加工 8~9 級精度齒輪，也可用作 7 級以上齒輪的粗加工及半精加工。滾齒可以獲得較高的運(yùn)動精度， 但因滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，因而齒面的表面粗糙度較粗。為了提高滾齒的加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗精滾齒分開。 （二）滾齒加工質(zhì)量 影響齒輪傳動精度的主要原因是在加工中滾刀和被切齒輪的相對位置和相對運(yùn)動發(fā)生了 第 14 頁 共 25 頁 變化。相對位置的變化 (幾何偏心 )產(chǎn)生齒輪的徑向誤差；相對運(yùn)動的變化 (運(yùn)動偏心 )產(chǎn)生齒輪的切向誤差。 (1)齒輪的徑向誤差齒輪徑向誤差是指滾齒時，由于齒坯的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心與其基準(zhǔn)孔中心不重合，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的周節(jié)累積公差。 齒輪 的徑向誤差一般可通過測量齒圈徑向跳動 △ Fr 反映出來。切齒時產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因如下： ① 調(diào)整夾具時，心軸和機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合。 ② 齒坯基準(zhǔn)孔與心軸間有間隙，裝夾時偏向一邊。 ③ 基準(zhǔn)端面定位不好，夾緊后內(nèi)孔相對工作臺回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏心。 (2)齒輪的切向誤差齒輪的切向誤差是指滾齒時，實(shí)際齒廓相對理論位置沿圓周方向 (切向 )發(fā)生位移。當(dāng)齒輪出現(xiàn)切向位移時，可通過測量公法線長度變動公差 △ Fw來反映。 切齒時產(chǎn)生齒輪切向誤差的主要原因是傳動鏈的傳動誤差造成的。在分齒傳動鏈的各傳動元件中，對傳動誤差影 響最大的是工作臺下的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中與工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合（運(yùn)動偏心），使工作臺回轉(zhuǎn)中發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差，并復(fù)映給齒輪。其次，影響傳動誤差的另一重要因素是分齒掛輪的制造和安裝誤差，這些誤差也以較大的比例傳遞到工作臺上。 影響齒輪傳動工作平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的齒形誤差 △ ff和基節(jié)偏差 △ fpb。齒形誤差會引起每對齒輪嚙合過程中傳動比的瞬時變化；基節(jié)偏差會引起一對齒過渡到另一對齒嚙合時傳動比的突變。齒輪傳動由于傳動比瞬時變化和突變而產(chǎn)生噪聲和振動，從而影響 工作平穩(wěn)性精度。滾齒時，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。下面分別進(jìn)行討論。 (1)齒形誤差 齒形誤差主要是由于齒輪滾刀的制造刃磨誤差及滾刀的安裝誤差等原因造成的，因此在滾刀的每一轉(zhuǎn)中都會反映到齒面上。常見的齒形誤差有齒面出棱、齒形不對稱、齒形角誤差、齒面上的周期性誤差、齒輪根切。 由于齒輪的齒面偏離了正確的漸開線，使齒輪傳動中瞬時傳動比不穩(wěn)定，影響齒輪的工作平穩(wěn)