齿轮加工工艺设计过程和分析.docx

齿轮的生产过程一．齿轮的主要加工面1.齿轮的主要加工表面有齿面和齿轮基准表面，后者包括带孔齿轮的基准孔、切齿加 工时的安装端面，以及用以找正齿坯位置或测量齿厚时用作测量基准的齿顶圆柱面2．齿轮的材料和毛坯常用的齿轮材料有 15 钢、45 钢等碳素结构钢；速度高、受力大、精度高的齿轮常用 合金结构钢，如 20Cr，40Cr，38CrMoAl，20CrMnTiA 等齿轮的毛坯决定于齿轮的材料、结构形状、尺寸规格、使用条件及生产批量等因素， 常用的有棒料、锻造毛坯、铸钢或铸铁毛坯等二、直齿圆柱齿轮的主要技术要求，1．齿轮精度和齿侧间隙GBI0095《渐开线圆柱齿轮精度》对齿轮及齿轮副规定了 12个精度等级其中，1〜 2级为超精密等级；3—5级为高精度等级；6〜8级为中等精度等级；9〜12级为低精度等 级用切齿工艺方法加工、机械中普遍应用的等级为7级按照齿轮各项误差的特性及它 们对传动性能的主要影响，齿轮的各项公差和极限偏差分为三个公差组（表 13—4）根据 齿轮使用要求不同，各公差组可以选用不同的精度等级齿轮副的侧隙是指齿轮副啮合时，两非工作齿面沿法线方向的距离 （即法向侧隙），侧 隙用以保证齿轮副的正常工作。

加工齿轮时，用齿厚的极限偏差来控制和保证齿轮副侧隙 的大小2．齿轮基准表面的精度 齿轮基准表面的尺寸误差和形状位置误差直接影响齿轮与齿轮副的精度因此GB10095附录中对齿坯公差作了相应规定对于精度等级为6〜8级的齿轮，带孔齿轮基 准孔的尺寸公差和形状公差为IT6-IT7,用作测量基准的齿顶圆直径公差为IT8;基准面的径 向和端面圆跳动公差，在11-22pm之间（分度圆直径不大于400mm的中小齿轮）3．表面粗糙度 齿轮齿面及齿坯基准面的表面粗糙度，对齿轮的寿命、传动中的噪声有一定的影响6〜8级精度的齿轮，齿面表面粗糙度Ra值一般为0. 8—3.2pm，基准孔为0. 8—1. 6 pm,基准轴颈为0. 4—1.6pm，基准端面为1. 6〜3.2pm，齿顶圆柱面为3.2pmo 三、直齿圆柱齿轮机械加工的主要工艺问题1.定位基准齿轮加工定位基准的选择应符合基准重合的原则，尽可能与装配基准、测量基准一致， 同时在齿轮加工的整个过程中（如滚、剃、珩齿等）应选用同一定位基准，以保持基准统一 带孔齿轮或装配式齿轮的齿圈，常使用专用心轴，以齿坯内孔和端面作定位基准这 种方法定位精度高，生产率也高，适用于成批生产。

单件小批生产时，则常用外圆和端面 作定位基准，以省去心轴，但要求外圆对孔的径向圆跳动要小，这种方法生产率较低2．齿坯加工 齿坯加工主要包括带孔齿轮的孔和端面（1）齿坯孔加工的主要方案如下：1）钻孔一扩孔一铰孔一插键槽2）钻孔一扩孔一拉键槽一磨孔3）车孔或镗孔一拉或插键槽—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3．齿面切削方法的选择 齿面切削方法的选择主要取决于齿轮的精度等级、生产批量、生产条件和热处理要求7〜8级精度不淬硬的齿轮可用滚齿或插齿达到要求；6〜7级精度不淬硬的齿轮可用滚齿 一剃齿达到要求；6—7 级精度淬硬的齿轮在生产批量较小时可采用滚齿一（或插齿）一齿 面热处理—磨齿的加工方案，生产批量大时可采用滚齿一剃齿一齿面热处理一珩齿的加工 方案4．圆柱齿轮的加工工艺过程（1） 只需调质热处理的齿轮 毛坯制造一毛坯热处理（正火）一齿坯粗加工一调质一齿坯精加工一齿面粗加工一齿面精加工2） 齿面须经表面淬火的中碳结构钢、合金结构钢齿轮 毛坯制造一正火一齿坯粗加工一调质一齿坯半精加工一齿面粗加工（半精加工）一齿面表面淬火一齿坯精加工一齿面精加工。

3） 齿面须经渗碳或渗氮的齿轮 毛坯制造一正火一齿坯粗加工一正火或调质一齿坯半精加工一齿面粗加工一齿面半精加工一渗碳淬火或渗氮一齿坯精加工一齿面精加工以飞机等高转速高功率的汽轮机内的齿轮制造为例；1. 零件分析：该齿轮为模数m=3. 5mm，齿数z=63，齿形角a=20º的标准直齿圆柱齿轮 由于是飞机汽轮机中的齿轮，所以其加工精度要求高；由于汽轮机中的齿轮要求齿面要硬，齿心要韧，所以选择锻造毛坯；采用 40Cr （1）主要技术要求1） 精度等级设第I公差组为6级精度，检测项目齿距累积误差AFp;第II公差组为5 级精度，检测项目齿形误差Aff和基节偏差Afpb,;第川公差组为5级精度，检测项目齿 向误差AFp;用测公法线长度的方法测齿厚偏差Wk;齿厚上偏差代号M,齿厚下偏差代 号 P; （精度等级表示中，齿厚极限偏差用以控制侧隙，本例用代号 MP 表示）2） 齿坯基准面精度基准内孔为精度IT6；两端面对内孔轴线的端面圆跳动业有要求；3）表面粗糙度Ra值基准孔为0.8pm，两端面为1.6pm，齿面为0.8pm，齿顶圆柱面 为 3.2pm2） 毛坯选择采用锻造毛坯以改善材料的力学性能。

小批生产时采用自由锻，大批大 量生产时采用模锻3） 主要表面加工方法的选择该齿轮精度等级较高，各主要表面精加工的方法如下; 基准孔：磨削端面：磨削齿面：滚齿一表面淬火—磨齿 加工飞机汽轮机圆柱齿轮的一般过程： 工艺流程卡产品型号零部件图号文件编号 产品名称齿轮零部件名称共页 第页 序号工序内容设备数量量具工时定额备注1 下料锯床 12 粗车端面、内孔及倒角立车 13 毛坯检验无损探伤仪4 粗车止口、外圆倒角及端面车床 15 热处理（调质）箱式炉6 精车内孔和端面 车床 17 钻孔 立钻8 磨大端面 平面磨床9 扩孔 钻床10 拉键槽拉床11 中间检验 卡尺和角度尺12 打厂标 钳工台13 粗滚齿 滚齿机14 精滚齿 滚齿机15 齿端加工铣床16 清洗 清洗机17 中间检验18 热处理 （表面淬火） 箱式炉19 精磨内孔 内圆磨床20 清洗 清洗机21 中间检验22 配对 检验机23 磨研齿 磨齿机24 清洗 清洗机25 配对 检验机26 写配对号27 清洗 清洗机28 最终检验设计校对审核批准齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿 端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。

加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段由于齿轮的传动精度主要决定于齿 形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的 关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度 基本达到规定的技术要求在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的 加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成第二阶段是齿形的加工对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最 后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来对于需要淬硬的齿 轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段 的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段应予以特别注意齿端加工:a）倒圆b）倒尖c）倒棱图 1 齿端加工齿轮的齿端加工方式有：倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺四种方式经倒圆、倒尖、倒棱 后的齿轮（图 1）沿轴向移动时容易进入啮合齿端倒圆应用最多，图 2是表示用指状铣 刀倒圆的原理图倒圆时，齿轮慢速旋转，指状铣刀在高速度旋转的同时沿齿轮轴向作往 复直线运动齿轮每转过一齿，铣刀往复运动一次，两者在相对运动中即完成齿端倒圆 同时由齿轮的旋转实现连续分齿，生产率较高。

齿端加工应安排在齿形淬火之前进行图 2 齿端倒圆加工的第三阶段是热处理阶段在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规 定的硬度要求加工的最后阶段是齿形的精加工阶段这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所 引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求在 这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均 会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达 到齿轮精度的要求的以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余 量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后 齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正 圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精 度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的 齿轮，则以磨孔为宜磨孔时一般以齿轮分度圆定心，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或 珩齿有利为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果。

9.7 典型齿轮加工工艺分析9.7.1 圆柱齿轮加工工艺程的内容和要求圆柱齿轮的加工工艺程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及 齿面的的精加工在编制工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境的 不同，而采取各种不同的工艺方案如图9-12为一直齿圆柱齿轮的简图，表9-6列出了该齿轮机械加工工艺过程从中可以看出，编制齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段：1 ）齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件；2）粗加工：切除较多的余量；3） 半精加工：车、滚、插齿；4） 热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等5）精加工：精修基准、精加工齿形r-i21KiSr迂t-5L::■:0GPIEWS-yD上■凄it展度文功3委U 1]注u.lg[IJ]jtiSiHS-^[i.i]i：i51.. 氏羅闵芒不十干店■・：..rr«： ・5 J?.,!* LS :曲科石力吕・9.7.2齿轮加工工艺过程分析1 、基准的选择对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异带轴齿轮主要采用顶点 孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥 堵顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。

对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下 两种定位、夹紧方式1）以内孔和端面定位 这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作 为 轴向定位基准，并对着端面夹紧这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基 准重合，定位精度高，适合于批量生产但对于夹具的制造精度要求较高2）以外圆和端面定位 当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆以 确定中心的位置，并以端面进行轴向定位，从另一端面夹紧这种定位方式因每个工件都 要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适 用于单件、小批生产综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求：1）应选择基准重合、统一的定位方式；2）内孔定位时，配合间隙应近可能减少；3）定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求2、齿轮毛坯的加工齿面 加工前的齿轮毛坯加工，在整个齿轮加工过程中占有很重要的地位因为齿面加 工和检测所用的基准必须在此阶段加工出来，同时齿坯加工所占工时的比例较大，无论从 提高生产率，还是从保证齿轮的加工质量，都必须重视齿轮毛坯的加工在齿轮图样的技术部要求中，如果规定以分度圆选齿厚的减薄。