课题六机械加工质量分析与控制

1、任务七齿轮零件的加工7.1项目任务书任务齿轮零件的加工学习领域齿轮加工工艺规程、齿轮参数测量、齿轮加工设备的使用学习情境齿轮的加工方法、齿轮加工工艺规程的制定学习目标了解齿轮加工的方法，掌握各种加工方法和加工精度以及应用范围能力目标通过对齿轮加工工艺的编制，能够掌握齿轮加工的各种方法、特点，能对齿轮进行 正确的测量，解决实际问题主要内容（*重点、难点）齿轮加工方法*、齿轮加工工艺特点*、齿轮机床、齿轮测量教学组织1. 实训、讨论、讲解2. 多媒体教学教学过程1. 实训编制齿轮加工工艺文件，对齿轮进行公法线长度和精度测量2. 课堂分析各种齿轮加工方法的工艺特点及适用场合，选择合理的加工方案，并制定加 工工艺规程，完成工艺卡的填写3. 小组行动每个小组5人合作完成实训，最后小组汇报教学仪器设备齿轮测量工具、多媒体教室教学参考资料教材、测量工具使用说明书任务报告1. 圆柱齿轮的主要技术要求是什么2. 拟定圆柱齿轮的加工工艺过程3. 齿形加工方法有哪些？有何特点4. 如何进行齿轮精度的测量7.2齿轮加工的相关知识721圆柱齿轮的功用和结构特点1圆柱齿轮的功用齿轮在机械传动中主要是传递动力以及改

2、变转速，具有传动比准确、传动力大、效 率高、结构紧凑、可靠性好等特点，在各种机器、汽车、仪器仪表中应用广泛。（a）单联齿轮（b ）双联齿轮（c）三联齿轮图7-1齿轮分类2圆柱齿轮的结构特点 根据齿轮结构特点的不同，齿轮有多 种分类方法。（1） 按齿圈的数量分为单联齿轮、多 联齿轮，如图7-1所示。普通的单齿圈齿 轮工艺性好，双联或三联齿轮的小齿圈往 往会受到台肩的影响，限制了某些加工方 法。齿轮精度要求高时，通常还将多齿圈 齿轮做成单齿圈齿轮后再进行组合。（2） 按轮齿的形状分为直齿轮、斜齿 轮和人字齿轮等。（3）按轮体的结构分为外齿轮、内齿轮、轴齿轮、扇形齿轮、齿条等。圆柱齿轮的技术要求1齿轮传动精度机械产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等，均与齿轮的质量有着密 切的关系。根据齿轮的使用条件，齿轮制造须满足以下几方面的要求：（1 ）运动精度。即要求齿轮能准确地传递运动，且传动比恒定。主动齿轮转过一个 角度时，从动齿轮应该相应地按给定速比转过一个角度，转角误差不超过规定的范围。（2）工作平稳性。即要求齿轮传递运动平稳，冲击、振动和噪声要小。齿轮转动时 瞬时传动比的变化越小，齿

3、轮工作越平稳。（3 ）接触精度。即要求齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证有一定的接触面积和符 合要求的接触位置，避免因载荷分布不均匀引起齿面过早磨损。选择齿轮精度时，应以齿轮传动的用途、传递功率的大小、齿轮的圆周速度及工作 条件等为依据，并参考同类机械进行具体选择。2.齿侧间隙齿侧间隙是一对相互啮合的齿轮在非工作齿面间留有的一定间隙，可用于贮存润滑 油，使齿面工作时减少磨损；同时可以补偿因热变形、弹性变形、加工误差和安装误差 等引起的齿侧间隙减小，防止齿轮卡死。齿侧间隙的大小根据齿轮副的工作条件合理确 定，特别是对于工作时需要反转的齿轮，齿侧间隙会引起反向冲击和空行程，不宜过大。齿轮常用的材料、毛坯及热处理1. 齿轮常用的材料齿轮材料的选择与齿轮的工作可靠性、使用寿命、工作效率、润滑等要求密切相关。 在齿轮工作过程中，啮合齿面之间同时存在滚动和滑动摩擦，齿面还受到脉动或交变弯 曲应力的作用，使齿面磨损、胶合或疲劳破坏。因此，要求齿轮具有优良的耐磨性能、抗疲劳性能。齿轮的材料种类很多，对于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮，常用 45号钢制作，经调质或正火后改善金相组织和加工性能；对于中速

4、、中载及精度较高的 齿轮常用中碳合金钢，如：20Cr、20CrMnTi、40Cr等；铸铁、非金属材料用于一些轻载的或非传力齿轮。2齿轮毛坯齿轮的毛坯要根据齿轮的材料、结构形式、大小和生产批量等因素来选择，主要有 棒料、锻件和铸件。棒料主要用于尺寸小、结构简单且受力不大、对强度要求低的不重 要齿轮；锻件主要用于受力较大，强度要求高、耐磨和耐冲击的齿轮；铸铁件主要用于 受力小，尺寸大、结构较复杂，工作平稳、速度较低、无冲击或冲击小的的齿轮；铸钢 件主要用于尺寸较大、形状复杂，有一定强度、耐磨性要求，但不宜采用锻造件的齿轮。3齿轮的热处理齿轮加工中根据不同的目的，一般安排两种热处理工序：（1）毛坯热处理。在齿坯加工前后安排预先热处理以消除铸造、锻造及粗加工时引 起的残余应力、改善材料的切削性能。常用的热处理方法有：退火、正火、调质。（2）齿面热处理。即齿形加工后进行热处理，以提高齿面的硬度和耐磨性。常用的 齿面热处理方法有：高频表面淬火、整体淬火、化学热处理等。7.3齿轮加工常用的方法及装备齿轮加工的关键是齿形加工，按照加工原理分为成形法和展成法。成形法是利用与 被加工齿轮的齿槽形状完全相符

5、的成形铳刀，在齿坯上加工出齿面的方法；展成法是利 用一对齿轮啮合或齿轮与齿条啮合的原理，将其中一个齿轮或齿条作为刀具，在啮合过 程中加工齿面的方法，齿形的轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。成形加工（a）盘形铳刀（b）指状铳刀图7-2圆柱齿轮的成形加工1成形加工原理 成形铳齿一般在普通铳床上进行加工，还 可以在刨床上刨齿或是在插床上进行插齿加 工。在铳床上铳齿时，工件安装在分度头上， 加工时需要两个成形运动：一个是铳刀绕自身的轴线旋转，另一个是铳刀的旋转中心沿齿坯 轴线方向直线移动， 铳完一个齿槽后，齿坯退 回初始位置，分度头带齿坯旋转360 /z的角度（z被加工齿轮的齿数），再重复铳齿的动作，依次加工出所有齿槽。2. 成形刀具常用的成形齿轮刀具有盘形铳刀和指状铳刀，如图7-2所示。两种刀具在加工中所需要的运动是相同的。指状铳刀体积小，节省刀具材料，适用于加工大模数的直齿、斜齿 齿轮特别是人字齿齿轮。由于渐开线齿轮的齿形与模数、齿数和齿形角有关，当模数m和压力角选定后,齿数不同的齿轮其渐开线的形状是不一样的。因此，用成形法铳削齿轮时，要铳出完全 准确的齿廓形状，每一种齿数的齿轮需要一把专

6、用的铳刀很不经济，在实际生产中，某 一种模数的铳刀一般只做有限把，每把铳刀分别铳削齿形相近的一定齿数范围的齿轮。所以，成形法加工的齿轮精度较低，为912级，齿面粗糙度为 Ra3.26.3;生产率低，一般用于单件小批生产。模数mic 8mm时，每种模数的铳刀只有 8把；模数m 8mm时，每种模数的铳刀有 15把；每把铳刀都有号数，每号铳刀加工的齿数范围各不相同，使用时查表7-1选用。直齿轮按齿数选择刀号，斜齿轮按当量齿数选择刀号。表7-1盘形齿轮铣刀的刀号及其加工的齿轮范围刀号12345678加工齿数范围12 1314 16172021 25263435 5455 134135以上732滚齿加工1滚齿加工工艺特点及应用滚齿加工是齿形加工中应用比较广、效率较高的一种加工方法。此方法用一把滚刀 就能加工出模数相同而齿数不同的直齿、斜齿圆柱齿轮，还可以用于加工蜗轮或链轮。 但是，不适宜加工内齿轮和相距较近的多联齿轮。滚齿加工方法在工艺上具有以下特点：(1) 加工精度高。滚齿是利用展成法原理来加工齿轮的，齿形没有原理误差，精度 较高，一般可达87级，最高可获得 54级的齿轮。但轮齿面由滚刀刀齿包

7、络而形成, 因此，表面质量不高，但加工精度和表面质量都比铳齿高。(2) 滚齿加工适应范围广。从仪器仪表中的小模数齿轮到矿山和化工机械中的大型 齿轮都广泛采用滚齿加工。(3) 生产效率高。滚齿加工是多刃刀具的连续切削过程，生产效率比一般的铳齿或 插齿加工的高。(4 )通用性好。每一把滚刀可加工一种模数的、任何齿数的齿轮。2滚齿原理如图7-3所示是齿轮滚刀用展成法加工齿轮的原理图，齿轮滚刀相当于一个经过开槽和铲齿的蜗杆，具有许多刀刃并磨出后角，齿轮滚刀的法向截面近似于齿条，当滚刀连 续滚动时，就相当于齿条在沿刀具轴向连续地移动，当被切齿轮与移动的齿条相互啮合(a)滚齿成形运动(b)滚刀运动轨迹图7-3滚齿加工原理转动，滚刀切削刃的一系列连续 位置的包络线就形成被切齿轮 的齿廓曲线。滚齿的成形运动是 由滚刀的旋转运动和工件的旋 转运动组成的复合运动 (B11+B12),为了滚切出全齿宽， 滚刀还要沿工件轴向做进给运 动A2。滚齿时，滚刀和工件之 间必须保持严格的相对运动关 系：滚刀转一周，工件相应地转 过K/z转(K为滚刀的头数，z 为齿轮的齿数)。3滚齿机图7-4 (a)所示为 Y3150

8、E型滚齿机床外形图。滚刀安装在刀架上，刀架可沿着立 柱的垂直导轨上下移动，工件则安装在心轴上。a)工学古1图7-4滚齿机外形及传动示意图如图7-4 (b)所示，滚齿时滚齿机必须有滚刀的旋转运动Bn (主运动)、工件的旋转运动Bl2、垂直进给运动 A 2 (进给运动)等。4齿轮滚刀如图7-5所示，有整体式和镶嵌式， 中小模数的滚刀一般做成整体式。在齿轮加工中，齿轮滚刀的应用范 围很广，可以用来加工外啮合的直齿轮、 斜齿轮、标准及变位齿轮，加工范围大， 模数为0.140mm的齿轮，均可用齿轮 滚刀加工。同一把滚刀在加工同一模数 的齿轮时不受齿轮齿数的限制。5.滚刀的安装(a)整体式(b)镶嵌式图7-5齿轮滚刀(a)(b)图7-6齿轮滚刀滚刀的刀齿是沿螺旋线分布的，螺 旋升角为 y。滚齿时，为了切出准确的 齿廓，滚刀的螺旋线方向应与被加工齿 轮的齿面线方向一致，使滚刀轴线与被 切齿轮端面之间形成了一个倾斜角度， 称为安装角S，安装角S等于滚刀的螺 旋升角 y使滚刀和工件处于正确的啮 合位置。用右旋滚刀加工直齿圆柱齿轮 的安装角，如图7-6 (a)所示；用左旋 滚刀加工直齿圆柱齿轮的安装角，如

9、图 7-6 (b)所示。图中的虚线表示滚刀与齿坯接触一侧的滚刀螺旋线方向。当加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角不仅与滚刀螺旋线方向及螺旋升角丫有关,而且还与被加工齿轮的螺旋方向及螺旋角3大小有关。当滚刀与被加工齿轮的螺旋线方向相同(即二者都是左旋，或者都是右旋)时，滚刀的安装角3 = 3 丫，当滚刀与被加工齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角3 = 3 + Y733插齿加工1插齿的工艺特点及应用范围插齿加工也是利用展成法原理来加工齿轮的，适用于加工内外齿轮、齿条、多联齿 轮、扇形齿轮、无空刀槽人字齿轮等，也可以加工斜齿轮。相对于滚齿加工，插齿加工具有以下工艺特点：(1)插齿的齿形精度比滚齿高。滚齿时，形成齿形包络线的切线数量只与滚刀容屑 槽的数目和基本蜗杆的头数有关，但插齿时，形成齿形包络线的切线数量由圆周进给量 的大小决定，并可以选择。此外，插齿刀的齿形比较简单，可通过高精度磨齿获得精确 的渐开线齿形，所以插齿可以得到较高的齿形精度。插齿即可用于齿形的粗加工，也可 以用于精加工。插齿通常能加工79级精度齿轮，最高可达 6级。(2 )齿面的粗糙度比滚齿小。插齿时插齿刀沿齿向的切削是连续的，且参与包络的 刀刃数多，所以插齿时齿面的粗糙度值较小。(3) 运动精度比滚齿差。插齿刀的一个刀齿相应切削工件的一个齿槽，插齿刀本身 的周节累积误差必然会反映到工件上；而滚齿加工中，工件的每一个齿槽都是由滚刀相 同的23圈刀齿加工出来的，因此，滚刀的齿距累积误差不影响齿轮的齿距精度，滚齿 的运动精度比插齿

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