1、.第二十一講 齒面加工概述齒面加工概述一、齒輪概述齒輪傳動廣泛應(yīng)用于機(jī)床、汽車、飛機(jī)、船舶及精密儀器等行業(yè)中，因此，在機(jī)械制造中，齒輪生產(chǎn)占有極其重要的位置。其功用是按規(guī)定的速比傳遞運(yùn)動和動力。1.圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)特點圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)因使用要求不同而有所差異。從工藝角度出發(fā)可將其分成齒圈和輪體兩部分。按照齒圈上輪齒的分布形式，可以分為直齒、斜齒、人字齒等；按照輪體的結(jié)構(gòu)形式，齒輪可分為盤類齒輪、套類齒輪、軸類齒輪，齒條等。如下圖所示。圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式直接影響齒輪加工工藝的制訂。普通單齒圈齒輪的工藝性最好，可以采用任何一種加工齒形加工方法加工齒輪。雙鏈或三聯(lián)等多齒圈齒輪的小齒圈的加工受其輪緣間軸向

2、距離的限制，其齒形加工方法的選擇就受到限制，加工工藝性教差。2.圓柱齒輪的技術(shù)要求齒輪的傳動精度要求齒輪制造精度的高低直接影響到機(jī)器的工作性能、承載能力、噪聲和使用壽命，因此根據(jù)齒輪的使用要求，對齒輪傳動提出四個方面的精度要求。傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。使齒輪副傳動比變化小，以保證傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確。傳遞運(yùn)動的平穩(wěn)性即要求齒輪在一齒轉(zhuǎn)角內(nèi)的最大轉(zhuǎn)角誤差在規(guī)定范圍內(nèi)。使齒輪副的瞬時傳動比變化小，以保證傳動的平穩(wěn)性，減少振動、沖擊和噪聲。載荷分布的均勻性要求齒輪工作時齒面接觸良好，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置，以保證載荷分布均勻。不至于齒面應(yīng)力集中，引起齒

3、面過早磨損，從而降低使用壽命。傳動側(cè)隙的合理性要求嚙合輪齒的非工作齒面間留有一定的側(cè)隙，方便于存儲潤滑油，補(bǔ)償彈性變形和熱變形及齒輪的制造安裝誤差。國家標(biāo)準(zhǔn)GB1009588漸開線圓柱齒輪精度對齒輪、齒輪副規(guī)定了12個精度等級，其中第一級最高，第12級最低，標(biāo)準(zhǔn)將齒輪每個精度等級的各項公差與極限偏差分成三個公差組。具體見下表各公差組對傳動性能的主要影響公差組公差與極限偏差項目誤差特性對傳動性能的主要影響F i ， F p， F pk ，F(xiàn) i ，F(xiàn) i ， F r，F(xiàn) w 以齒輪一轉(zhuǎn)為周期的誤差 傳遞運(yùn)動的準(zhǔn)確性 f i ， f f ， f pt ， f pb ， f i ， f f 在齒輪一

4、轉(zhuǎn)內(nèi)，多次周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差 傳遞運(yùn)動的平穩(wěn)性、噪聲、振動 F ， F b， F px 齒向、接觸線的誤差 載荷分布的均勻性  二、齒輪的材料齒輪應(yīng)按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的選擇對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。速度教高的齒輪傳動，齒面容易產(chǎn)生疲勞點蝕，應(yīng)選擇齒面硬度較高而硬層較厚的材料；有沖擊載荷的齒輪傳動，輪齒容易折斷，應(yīng)選擇韌性較好的材料；低速重載的齒輪傳動，輪齒容易折斷，齒面易磨損，應(yīng)選擇機(jī)械強(qiáng)度大，齒面硬度高的材料。45鋼熱處理后有較好的綜合機(jī)械性能。經(jīng)過正火或調(diào)質(zhì)可改善金相組織和材料的可切削性，降低加工后的表面粗糙度，并可減少淬火過程中的變形。

5、因為45鋼淬透性差整體淬火后材料變脆，變形也大，所以一般采用齒面表面淬火，硬度可達(dá)HRC52-58。適合于機(jī)床行業(yè)，7級精度以下的齒輪。40Cr是中碳合金鋼，和45鋼相比，少量鉻合金的加入可以使金屬晶粒細(xì)化，提高強(qiáng)度、改善淬透性，減少了淬火時的變形。使齒輪獲得高的齒面硬度而心部又有足夠韌性和教高的抗彎曲疲勞強(qiáng)度的方法是滲碳淬火，一般選用低碳合金鋼18CrMnTi，它具有良好的切削性能，滲碳時工件的變形小，淬火硬度可達(dá)到HRC56-62，殘留的奧氏體量也少，多用于汽車，、拖拉機(jī)中承載大而有沖擊的齒輪。38CrMoAlA氮化鋼經(jīng)氮化處理后，比滲碳淬火的齒輪具有更高的耐磨性與耐腐蝕性，變形很小，可以

6、不磨齒，多用來作為高速傳動中需要耐磨的齒輪材料。鑄鐵容易鑄成復(fù)雜的形狀，容易切削，成本低，但其抗彎強(qiáng)度、耐沖擊和耐磨性能差。故常用于受力不大、無沖擊、低速的齒輪，有色金屬作為齒輪材料的有黃銅HPB59-1青銅QSNP10-1和鋁合金LC4。非金屬材料中的夾布膠木、尼龍、塑料也常用于制造齒輪。這些材料具有易加工、傳動噪聲小、耐磨、減振性好等優(yōu)點，使用于輕載、需減振、低噪聲、潤滑條件差的場合。 三、齒輪的熱處理1.齒坯熱處理鋼料齒坯最常用的熱處理為正火或調(diào)質(zhì)。正火安排在鑄造或鍛造之后，切削加工之前。這樣可以消除鋼件中殘留的鑄造或鍛造內(nèi)應(yīng)力，并且使鑄造或鍛造后組織上的不均勻性通過重新結(jié)晶得

7、到細(xì)化而均勻的組織，從而改善了切削性能和表面粗糙度，還可以減少淬火時變形和開裂的傾向。調(diào)質(zhì)同樣起到了細(xì)化晶粒和均勻組織的作用，只不過它可以使齒坯韌性更高些，但切削性能差一些。對于棒料齒坯，正火或調(diào)質(zhì)一般安排在粗車之后，這樣可以消除粗車形成的內(nèi)應(yīng)力。2.輪齒熱處理輪齒常用的熱處理為高頻淬火、滲碳、氮化。高頻淬火可以形成比普通淬火稍高硬度的表層，并保持了心部的強(qiáng)度與韌性。滲碳可以使齒輪在淬火后表面具有高硬度且耐磨，心部依然保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性。氮化是將論置于氨氣中并加熱到520-560度，使活性氮原子滲入輪齒表面層，形成硬度很高的氮化物薄層。在齒輪生產(chǎn)中，熱處理質(zhì)量對齒輪加工精度和表面粗糙度

8、影響很大。往往因熱處理質(zhì)量不穩(wěn)定，引起齒輪定位基面及齒面變形過大或表面粗糙度太大而大批報廢，成為齒輪生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。3.齒輪毛坯的制造齒輪毛坯形式主要有棒料、鍛件、鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單而且對強(qiáng)度要求低的齒輪。鍛件多用于齒輪要求強(qiáng)度高、耐沖擊和耐磨。當(dāng)齒輪直徑大于400-600毫米時，常用鑄造方法鑄造齒坯。為了減少機(jī)械加工量，對大尺寸、低精度齒輪，可以直接鑄出輪齒；壓力鑄造，精密鑄造、粉末冶金、熱扎和冷擠等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯等新工藝，可制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料。 四、齒坯加工齒坯加工，在齒輪的整個加工過程中占有重要的位置。齒輪的孔、端面

9、或外圓常作為齒形加工的定位、測量和裝配的基準(zhǔn)，其加工精度對整個齒輪的精度有著重要的影響。另外，齒坯加工在齒輪加工總工時中占有較大的比例，因此吃皮加工在整個齒輪加工中占有重要的地位。1.齒坯加工精度齒輪在加工、檢驗和裝夾時的徑向基準(zhǔn)面和軸向基準(zhǔn)面應(yīng)盡量一致。一般情況下，以齒輪孔和端面為齒形加工的基準(zhǔn)面，所以齒坯精度中主要是對齒輪孔的尺寸精度和形狀精度、孔和端面的位置精度有較高的要求；當(dāng)外圓作為測量基準(zhǔn)或定位、找正基準(zhǔn)時，對齒坯外圓也有較高的要求。具體見下表。齒坯尺寸和形狀齒坯精度等級45678910孔的尺寸和形狀公差I(lǐng)T4IT5IT6IT7IT8軸的尺寸和形狀公差I(lǐng)T4IT5IT6IT7頂圓直徑

10、公差I(lǐng)T7IT8IT9齒坯基準(zhǔn)面徑向和端面圓跳動公差分度園直徑/mm精度等級大于到45678910-12571118281254009142236400800122032502.齒坯加工方案齒坯加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)，技術(shù)要求和生產(chǎn)類型。齒坯加工的主要內(nèi)容有：齒坯的孔、端面、頂尖孔（軸類齒輪）以及齒圈外圓和端面的加工。對于軸類齒輪和套筒齒輪的齒坯，其加工過程和一般軸、套類基本相同，以下主要討論盤類齒輪齒坯的加工工藝方案。3.單件小批生產(chǎn)的齒坯加工一般齒坯的孔、端面及外圓的粗、精加工都在通用車床上經(jīng)兩次裝夾完成，但必須注意將孔和基準(zhǔn)端面的精加工在一次裝夾內(nèi)完成，以保證位置精度。4.

11、成批生產(chǎn)的齒坯加工成批生產(chǎn)齒坯時，經(jīng)常采用“車?yán)嚒钡墓に嚪桨浮?#160;以齒坯外圓或輪轂定位，粗車外圓、端面和內(nèi)孔。 以端面定位，拉孔。 以孔定位，精車外圓及端面等。5.大批量生產(chǎn)的齒坯加工大批量生產(chǎn)，應(yīng)采用高生產(chǎn)率的機(jī)床和高效專用夾具加工。在加工中等尺寸齒輪齒坯時，均多采用“鉆拉多刀車”的工藝方案： 以毛坯外圓及端面定位，進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔。 拉孔 以孔定位，在多刀半自動車床上粗、精車外圓、端面、車槽及倒角等。 五、圓柱齒輪齒形加工方法和加工方案1.概述齒形加工方法可分為無屑加工和切削加工兩類。無屑加工主要有熱扎、冷扎、壓鑄、注塑、

12、粉末冶金等，無屑加工生產(chǎn)率高，材料消耗小，成本低，但由于受到材料塑性和加工精度低的影響，目前尚未廣泛應(yīng)用。齒形切削加工加工精度高，應(yīng)用廣，按照加工原理，可分為成形法和展成法。成形法采用與被加工齒輪齒槽形狀相同的刀刃的成形刀具來進(jìn)行加工，常用的有指狀銑刀銑齒、盤形銑刀銑齒、齒輪拉刀拉拉齒和成形砂輪磨齒。展成法的原理是使齒輪刀具和齒坯嚴(yán)格保持一對齒輪嚙合的運(yùn)動關(guān)系來進(jìn)行加工，象滾齒、插齒、剃齒、珩齒、擠齒和磨齒等。齒圈上的齒形加工是整個齒輪加工的核心。盡管齒輪加工有許多工序，但都是為齒形加工服務(wù)，其目的在于最終獲得符合精度要求的齒輪。2.齒形加工方案的選擇齒形加工方案的選擇，主要取決于齒輪的精度等

13、級，結(jié)構(gòu)形狀、生產(chǎn)類型和齒輪的熱處理方法及生產(chǎn)工廠的現(xiàn)有條件，對于不同精度等級的齒輪，常用的齒形加工方案如下： 8級或8級精度以下的齒輪加工方案：對于不淬硬的齒輪用滾齒或插齒即可滿足加工要求；對于淬硬齒輪可采用滾（或插）齒端加工齒面熱處理修正內(nèi)孔的加工方案。熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比圖樣要求提高一級。 6-7級精度的齒輪。對于淬硬齒面的齒輪可以采用滾（插）齒齒端加工表面淬火校正基準(zhǔn)磨齒，這種方案加工精度穩(wěn)定；也可以采用滾（插）剃齒或冷擠表面淬火校正基準(zhǔn)-內(nèi)嚙合珩齒的加工方案，此方案加工精度穩(wěn)定，生產(chǎn)率高。 5級精度以上的齒輪。一般采用粗滾齒-精滾齒-表面淬火-校正

14、基準(zhǔn)粗磨齒-精磨齒的加工方案。大批量生產(chǎn)時也可采用粗磨齒-精磨齒-表面淬火-校正基準(zhǔn)-磨削外珩自動線的加工方案。這種加工方案的齒輪精度可穩(wěn)定在5級以上，且齒面加工紋理十分錯綜復(fù)雜，噪聲極低，是品質(zhì)極高的齒輪。選擇圓柱齒輪齒形加工方案可參考下表。圓柱齒輪齒形加工方法和加工精度類型不淬火齒輪淬火齒輪精度等級3456734567表面粗糙度Ra值/m0.20.10.40.20.8041.60.80.40.10.40.20.80.41.60.8滾齒或插齒剃齒            &#

15、160;   擠齒                  珩齒                 粗磨齒          精磨齒 &#