【正文】 常進行滲碳淬火、高頻感應加熱淬火、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。(3)齒輪毛坯齒輪的毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結構簡單且對強度要求低的齒輪。當齒輪要求強度高、耐磨和耐沖擊時，多用鍛件，直徑大于400～600mm的齒輪，常用鑄造毛坯。為了減少機械加工量，對大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；對于小尺寸、形狀復雜的齒輪，可用精密鑄造、壓力鑄造、精密鍛造、粉末冶金、熱軋和冷擠等新工藝制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動生產率、節(jié)約原材料。三、 齒坯的機械加工1齒坯加工方案的選擇對于軸齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加工過程和一般軸、套基本相似，現(xiàn)主要討論盤類齒輪齒坯的加工過程。 齒坯的加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結構和生產類型。⑴大批大量生產的齒坯加工大批大量加工中等尺寸齒坯時，青年工人多采用“鉆一拉一多刀車”的工藝方案：1）以毛坯外圓及端面定位進行鉆孔或擴孔；2）拉孔；3）以孔定位在多刀半自動車床上粗精車外圓、端面、切槽及倒角等。這種工藝方案由于采用高效機床可以組成流水線或自動線，所以生產效率高。⑵成批生產的齒坯加工 成批生產齒坯時，常采用“車一拉一車”的工藝方案：1）以齒坯外圓或輪毅定位，精車外圓、端面和內孔；2）以端面支承拉孔(或花鍵孔)；3）以孔定位精車外圓及端面等。這種方案可由臥式車床或轉塔車床及拉床實現(xiàn)。它的特點是加工質量穩(wěn)定，生產效率較高。當齒坯孔有臺階或端面有槽時，可以充分利用轉塔車床上的多刀來進行多工位加工，在轉塔車床上一次完成齒坯的加工。四、 齒形的加工方法齒形加工是整個齒輪加工的關鍵。按照加工原理，齒形加工可分為成形法和展成法兩種。指狀銑刀銑齒、盤形銑刀銑齒、齒輪拉刀拉內齒輪等是成形法加工齒形的例子，而滾齒、剃齒、插齒等是展成法加工齒形的例子?，F(xiàn)介紹幾種用展成法加工齒形的加工方法。1滾齒⑴滾齒特點滾齒是齒形加工中生產率較高，應用最廣的一種加工方法。而且滾齒加工通用性好，可加工圓柱齒輪、蝸輪等，亦可加工漸開線齒形、圓弧齒形、擺線齒形等。滾齒既可加工小模數(shù)、小直徑齒輪，又可加工大模數(shù)、大直徑齒輪，加工斜齒也很方便。滾齒可直接加工9～8級精度齒輪，也可作為7級精度以上齒輪的粗加工和半精加工。滾齒可以獲得較高的運動精度。因滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，故齒面的表面粗糙度值較大。為提高加工精度和齒面質量，宜將粗、精滾齒分開。⑵滾齒加工質量分析1）影響傳動準確性的加工誤差分析 影響傳動準確性的主要原因是，在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產生齒輪徑向誤差，它以齒圈徑向跳動ΔFr來評定；相對運動的變化(運動偏心)產生齒輪切向誤差，它以公法線長度變動ΔFw來評定?，F(xiàn)分別加以討論：①齒輪的徑向誤差。齒輪的徑向誤差是指滾齒時，由于齒坯的回轉軸線與齒輪工作時的回轉軸線不重合(出現(xiàn)幾何偏心)，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的齒距累積誤差(圖616)。從圖632可以看出，O為切齒時的齒坯回轉中心，O′為齒坯基準孔的幾何中心(即齒輪工作時的回轉中心)。滾齒時，齒輪的基圓中心與工作臺的回轉中心重合于O，這樣切出的各齒形相對基圓中心O分布是均勻的（如圖中實線圓上的P1＝P2），但齒輪工作時是繞基準孔中心O′轉動的(假定安裝時無偏心)，這時各齒形相對分度圓心O′分布不均勻了(如圖中雙點劃線圓上的P1′≠P2′)。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的，故又稱為齒輪的徑向誤差。圖5－25 幾何偏心引起的徑向誤差r一滾齒時的分度圓半徑 r一以孔軸心O′為旋轉中心時，齒圈的分度圓半徑②齒輪的切向誤差：齒輪的切向誤差是指：滾齒時因滾齒機分齒傳動鏈誤差，引起瞬時傳動比產生不穩(wěn)定，使機床工作臺不等速旋轉，工件回轉時快時慢，所切齒輪的輪齒沿切向發(fā)生位移所引起的齒距累積誤差。如圖617所示。由圖617可以看出，當輪齒出現(xiàn)切向位移時，圖中每隔一齒所測公法線的長度是不等的。如8齒間的公法線長度明顯大于6齒間的公法線長度。據此可以看出，通過公法線長度變動ΔFw可以反映出齒輪齒距累積誤差(切向部分)，因此在生產中公法線長度變動可以作為評定齒輪傳遞運動準確性的指標之一。機床工作臺的回轉誤差，主要取決于分齒傳動鏈的傳動誤差。在分齒傳動鏈的各傳動元件中，影響傳動誤差的最主要環(huán)節(jié)是工作臺下面的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中產生的齒距累積誤差，使工作臺回轉時發(fā)生轉角誤差，這些誤差將直接地復映給齒坯使其產生齒距累積誤差。影響傳動誤差的另一重要環(huán)節(jié)是分齒掛輪，分齒掛輪的制造和安裝誤差，也會以較大的比例傳遞到工作臺上。圖5－26 齒輪的切向誤差為了減少齒輪的切向誤差，主要應提高機床分度蝸輪的制造和安裝精度。對高精度滾齒機還可通過校正裝置去補償蝸輪的分度誤差，使被加工齒輪獲得較高的加工精度⑵影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分折影響齒輪工作平穩(wěn)性的主要誤差是齒形誤差、基節(jié)偏差等。 1）齒形誤差① 滾齒后常見的齒形誤差，如圖5－27所示。其中齒面出棱、齒形不對稱和根切，可直接看出來；而齒形角誤差和周期誤差需要通過儀器才能測出。應該指出，圖618所示的誤差是齒形誤差的幾種單獨表現(xiàn)形式，實際齒形誤差常是上述幾種形式的疊加。圖5－27 常見的齒形誤差 a)出棱 b)不對稱 c)齒形角誤差 d)周期誤差 e)根切②齒形誤差產生的主要原因是：滾刀在制造、刃磨和安裝中存在誤差，其次是機床工作臺回轉中存在的小周期轉角誤差。下面分析這些誤差對齒形誤差的影響。齒面出棱的主要原因 滾齒時齒面有時出棱，其主要原因是：滾刀刀齒沿圓周等分性不好和滾刀安裝后存在較大的徑向圓跳動及軸向竄動等。由圖5－28看出，刀齒存在不等分誤差時，各排刀齒相對準確位置有的超前有的滯后，這種超前與滯后使刀齒上的切削刃偏離滾刀基本蝸桿的螺紋表面。因而，在滾切齒輪的過程中，就會出現(xiàn)“過切”和“空切”而產生齒形誤差。圖5－28c是從圖5－28b中取出三個刀齒位置加以放大的示意圖。圖中雙點劃線表示無等分誤差時刀齒的位置(和漸開線齒面相切)；實線表示有等分誤差時，刀齒2因滯后而引起刃口“空切”和刀齒3因超前而引起刃口“過切”的情況。刀齒等分性誤差愈大，這種“空切”和“過切”愈嚴重，齒面出棱愈明顯。刀齒等分性誤差對不同曲率的漸開線齒形的影響是不同的，齒形曲率愈大(即齒輪基圓愈小)影響愈大，這也就是齒數(shù)少的小齒輪為何齒面易出棱的緣故。圖5－28 刀齒不等分引起的齒形誤差a)刀齒不等分 b)滾切過程 c)放大圖滾刀安裝后，如果存在較大的徑向圓跳動或軸向竄動，滾刀刀齒面同樣會產生“過切”或“空切”使齒面出棱。圖5－29刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響a)前角大于零 b)前角小于零1一刀齒 2一工件產生齒形角誤差的主要原因 齒輪的齒形角誤差主要決定于滾刀刀齒的齒形角誤差。滾刀刀齒的齒形角誤差，由滾刀制造時鏟磨刀齒產生的齒形角誤差和刃磨刀齒前刀面所產生的非徑向性誤差及非軸向性誤差而引起。刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響，如圖5－29所示。精加工所用滾刀的前角通常為0176。(即刀齒前刀面在徑向平面內)，刃磨不好時會出現(xiàn)前角(正或負)。由于刀齒側后面經鏟磨后具有側后角，因此刀齒前角誤差必然引起齒形角變化。前角為正時，齒形角變小，切出的齒形齒頂變肥(圖5－29a)；前角為負時，齒形角變大，切出的齒形齒頂變瘦(5－29b)。刀齒前刀面的非軸向性誤差，是指直槽滾刀前刀面沿軸向對于孔軸線的平行度誤差(圖621)。這種誤差使各刀齒偏離了正確的齒形位置，而且刀齒左右兩側刃偏離值不等，這樣既產生軸向齒距偏差，又引起齒形歪斜。產生齒形不對稱的主要原因 滾齒時，有時出現(xiàn)齒形不對稱誤差，除了刀齒前刀面非軸向性誤差的影響外，主要是滾齒時滾刀對中不好。滾刀對中是指滾齒時滾刀所處的軸向位置應使其一個刀齒(或齒槽)的對稱線通過齒坯中心(圖622)。滾刀對中了，切出的齒形就對稱；反之則引起齒形不對稱。滾刀包絡齒面的刀齒數(shù)愈少，工件齒形愈大且齒面曲率愈大時，齒形不對稱愈嚴重。故對于模數(shù)較大且齒數(shù)較少的齒輪，滾齒前應認真使?jié)L刀對中。產生齒形周期誤差的主要原因 滾刀安裝后的徑向圓跳動和軸向竄動、機床分度蝸輪副圖5－30刀齒前刀面非軸向性誤差對齒形誤差的影響圖531滾刀對中對齒形的影響a)對中齒形 b)不對中齒形圖中分度蝸桿的徑向圓跳動和軸向竄動都是周期性的誤差，這些都會使得滾齒時出現(xiàn)齒面凸凹不平的周期誤差。 ③減少齒形誤差的措施：從以上分析可知，影響齒形誤差的主要因素是滾刀的制造誤差、安裝誤差和機床分齒傳動鏈中蝸桿的誤差。為了保證齒形精度，除了根據齒輪的精度等級正確地選擇滾刀和機床外，要特別注意滾刀的重磨精度和安裝精度。2）基節(jié)偏差在滾齒加工時，齒輪的基節(jié)應等于滾刀的基節(jié)。滾刀的基節(jié)：pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0式中pb0—滾刀的基節(jié)；pn0一滾刀的法向齒距；pt0—滾刀的軸向齒距；α0—滾刀的法向齒形角；λ0—滾刀的分度圓螺旋升角，一般很小，故cosλ0≈1。由此可以看出，要減少基節(jié)偏差，滾刀制造時應嚴格控制軸向齒距及齒形角的誤差；對影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差和非軸向性誤差，也應加以控制。3）影響齒輪接觸精度的加工誤差分析 齒輪接觸精度受到齒寬方向接觸不良和齒高方向接觸不良的影響。影響齒高方向接觸不良的主要因素是齒形誤差Δff和基節(jié)偏差Δfpb，影響齒寬方向接觸不良的主要因素是齒輪的齒向誤差ΔFβ，此處只分析影響齒向誤差ΔFβ的主要因素。齒向誤差ΔFβ是指在分度圓柱面上，齒寬工作部分范圍內，包容實際齒線且距離為最小的兩條設計齒線之間的端面距離。滾齒加工中引起齒向誤差的主要因素如下：①滾齒機刀架導軌相對工作臺回轉軸線存在平行度誤差時，齒輪會產生齒向誤差(圖532)。②由于夾具支承端面與回轉軸線的垂直度誤差，或齒坯孔與定位端面的垂直度誤差(圖533)等工件的裝夾誤差均會造成被切齒輪的齒向誤差。圖532 滾齒機刀架導軌誤差對齒向誤差的影響a)導軌不平行 b)導軌歪斜1—刀架導軌 2—齒坯 3—夾具底座 4—機床工作臺③滾切斜齒輪時，除上述影響因素外，機床差動掛輪的誤差，也會影響齒輪的齒向誤差。2插齒及與滾齒工藝特點比較⑴插齒原理與運動插齒也是生產中普遍應用的一種切齒方法。1）插齒原理：從插齒過程原理上分析，插齒刀和工件相當于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，插齒刀就縣一個磨有前、后角具有切削刃的高精度齒輪。2）插齒的主要運動（圖534）：1）切削運動。插齒刀的上下往復運動。2）分齒展成運動。插齒刀與工件間應保持正確的嚙合關系。插齒刀每往復一次，工件相對刀具在分度圓上轉過的弧長為加工時的圖533 齒坯安裝歪斜對齒向誤差的影響 圖534 插齒時的運動l—工作臺回轉軸線 2—心軸軸線 3—齒坯內孔軸線4—進給方向 5—刀架導軌 6—墊圈圓周進給運動，故刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進給過程。3）徑向進給運動。插齒時，為逐步切至全齒深，插齒刀應有徑向進給運動fr。4）讓刀運動。插齒刀作上下往復運動時，向下是工作過程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒磨損,在插齒刀向上運動時,工作臺帶動工件沿徑向退出切削區(qū)一段距離，插齒刀工作行程時，工件恢復原位。在較大規(guī)格的插齒機上，讓刀運動由插齒刀刀架部件來完成。⑵插齒與滾齒工藝特點比較插齒與滾齒同為常用的齒形加工方法，它們的加工精度和生產率也大體相當。但在精度指標、生產率和應用范圍等方面又各自有其特點?，F(xiàn)分析比較如下：1）插齒的加工質量：1）插齒的齒形精度比滾齒高。這是因為插齒刀在制造時，可通過高精度磨齒機獲得精確的漸開線齒形。2）插齒后的齒面粗糙度值比滾齒小。其原因是插齒的圓周進給量通常較小，插齒過程中包絡齒面的切削刃數(shù)較滾齒多，因而插齒后的齒面粗糙度值小。3）插齒的運動精度比滾齒差。因為在滾齒時，一船只是滾刀某幾圈的刀齒參加切削，工件上所有齒槽都是這些刀齒切出的；而插齒時，插齒刀上的各刀齒順次切削工件各齒槽，因而，插齒刀上的齒距累積誤差將直接傳給被切齒輪；另外，機床傳動鏈的誤差使插齒刀旋轉產生的轉角誤差，也使得插齒后齒輪有較大的運動誤差。4）插齒的齒向誤差比滾齒大。插齒的齒向誤差主要決定于插齒機主軸往復運動軌跡與工作臺回轉軸線的平行度誤差。插齒刀往復運動頻率高。主軸與套筒的磨損大，因此插齒的齒向誤差常比滾齒大。2）插齒的生產率：切制模數(shù)較大的齒輪時，插齒速度要受插齒刀主軸往復運動慣性和機床剛性的制約，切削過程又有空程時間損失，故生產率比滾齒加工要低。但在加工小模數(shù)、多聯(lián)齒、齒寬窄的齒輪時，插齒生產率會比滾齒高。3）插齒的應用范圍：從上面分析可知，插齒適合于加工模數(shù)小、齒寬較小、工作平穩(wěn)性要求較高而運動精度要求不太高的齒輪。尤其適用于加工內齒輪、多聯(lián)齒輪中的小齒輪、齒條及扇形齒輪等。但加工斜齒輪需用螺旋導軌，不如滾齒方便。五、 圓柱齒輪加工工藝過程 加工一個齒輪大致要經過齒坯加工、齒形加工、熱處理齒形精加工等四個主要步驟。圖535 齒端加工a)倒圓 b)倒尖 c)倒棱圖536 齒端倒圓齒輪的齒端加工方式有：倒圓、倒尖、倒棱和去毛刺四種方式。經倒圓、倒尖、倒棱后的齒輪(圖535)。沿軸向移動時容易進入嚙合。齒端倒圓應用最多，圖536是表示用指狀銑刀倒圓的原理圖。倒圓時，齒輪慢速旋轉，指狀銑刀在高速度旋轉的同時沿齒輪軸向作往復直線運動。齒輪每轉過一齒，銑刀往復運動一次，兩者在相對運動中即完成齒端倒圓。同時由齒輪的旋轉實現(xiàn)連續(xù)分齒，生產率較高。齒端加工應安排在齒形淬火之前進行。