1、機械制造裝備機械制造裝備機械制造技術齒輪加工裝備齒輪加工裝備機械制造技術齒輪概述齒輪概述 齒輪是傳遞運動和轉矩的重要零件。 齒輪具有傳動準確、傳遞轉矩大、效率高、結構緊湊、可靠耐用等優點。常見齒輪類型常見齒輪類型圓柱齒輪圓柱齒輪錐齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿圓柱齒輪圓柱齒輪錐齒輪錐齒輪蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿齒輪概述齒輪概述 齒輪的實際應用場合很多，包括齒輪減速箱、齒輪泵、齒輪馬達等。齒輪分類齒輪分類直 齒 輪斜 齒 輪按 齒 線 形 狀 分 類人 字 齒 輪曲 線 齒 輪外 齒 輪圓 柱 齒 輪按 齒 輪 所 在 表 面 分 類內 齒 輪漸 開 線 齒 輪按 外 形 分 類按 齒 形 分 類擺 線 齒

2、 輪圓 弧 齒 輪錐 齒 輪非 圓 齒 輪齒 條蝸 桿 渦 輪齒輪類型齒輪類型應用應用直齒輪、斜齒輪、人字齒輪直齒輪、斜齒輪、人字齒輪平行軸間傳動平行軸間傳動螺旋齒輪、蝸輪與蝸桿螺旋齒輪、蝸輪與蝸桿垂直交錯軸間傳動垂直交錯軸間傳動內齒輪內齒輪平行軸間同向傳動平行軸間同向傳動齒輪齒條齒輪齒條旋轉運動和直線移動的轉換旋轉運動和直線移動的轉換直齒錐齒輪直齒錐齒輪相交軸間傳動相交軸間傳動齒輪分類齒輪分類齒輪結構特點齒輪結構特點齒輪類型結構剖面圖單聯齒輪多聯齒輪盤形齒輪齒圈軸齒輪1. 傳遞傳遞運動的準確性運動的準確性2. 傳遞運動的平穩性傳遞運動的平穩性3. 載荷分布的均勻性載荷分布的均勻性4. 齒側具

3、有間隙齒側具有間隙齒輪制造的精度確定標準齒輪制造的精度確定標準13個精度等級，用數字012由低到高的順序排列，0級最高，12級最低齒輪主要技術要求齒輪主要技術要求齒輪加工方法齒輪加工方法 成形法：用與被切齒輪的齒槽形狀完全相符的成形刀具切出齒形的方法。如銑齒、成形法磨齒等。 展成法（范成法）：利用齒輪的嚙合原理加工齒輪。常用的展成法齒輪刀具：滾齒刀、插齒刀、剃齒刀等。齒輪加工方法齒輪加工方法 成形法：齒槽形狀成形刀具切出齒形。盤形齒輪銑刀加工直齒盤形齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒齒輪加工方法齒輪加工方法成形法成形法 刀刃形狀與齒輪齒槽形狀一致； 用一把刀加工模數相同直

4、徑不同的多種齒輪； 加工模數較小的齒輪時，用盤狀銑刀；模數較大時，用指狀銑刀；盤形齒輪銑刀加工直齒盤形齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒指狀齒輪銑刀加工直齒齒輪加工方法齒輪加工方法 展成法：利用齒輪或齒輪與齒條嚙合原理加工齒輪。圓柱齒輪齒面加工方法圓柱齒輪齒面加工方法齒面的切削加工齒面的切削加工成形法成形法銑齒銑齒拉齒拉齒磨齒磨齒滾齒滾齒插齒插齒剃齒剃齒珩齒珩齒磨齒磨齒展成法展成法齒面的無屑加工齒面的無屑加工軋制（熱軋齒）軋制（熱軋齒）冷擠齒（精軋齒）冷擠齒（精軋齒）精密鍛造齒輪精密鍛造齒輪普通精度普通精度精密加工精密加工齒輪加工設備齒輪加工設備 滾齒機是用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、

5、人字齒輪和蝸輪等，加工范圍廣，可達到高精度或高生產率； 插齒機是用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用于加工多聯齒輪和內齒輪； 銑齒機是用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形的儀表齒輪；齒輪加工設備齒輪加工設備 剃齒機是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機床； 磨齒機是用砂輪，精加工淬硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面的高精度機床； 珩齒機是利用珩輪與被加工齒輪的自由嚙合，消除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機床；滾齒原理滾齒原理 滾齒的實質是將刀具和工件的運動演化成一對交錯軸斜齒輪的嚙合；滾刀實質上是一個斜齒圓柱齒輪。滾齒加工滾齒加工滾齒原理滾齒原理=0旋向相反，取旋向相反，取“+”

6、號號旋向相同，取旋向相同，取“-”號號w=woz 被切削齒輪螺旋角；被切削齒輪螺旋角； 滾刀導程角。滾刀導程角。woz滾刀軸線與被切削齒輪端面間夾角滾刀軸線與被切削齒輪端面間夾角滾滾齒機運動齒機運動滾齒的三種基本運動：滾齒的三種基本運動：（1）滾刀的旋轉運動（）滾刀的旋轉運動（ ）（2）工件的旋轉運動（）工件的旋轉運動（ ）滾刀與工件旋轉運動之間，必須嚴格保持一對交錯軸斜齒圓柱齒輪副的嚙合傳滾刀與工件旋轉運動之間，必須嚴格保持一對交錯軸斜齒圓柱齒輪副的嚙合傳動關系，其傳動比動關系，其傳動比 應滿足應滿足 滾刀與被切削齒輪的轉速；滾刀與被切削齒輪的轉速； 被切削齒輪的齒數；被切削齒輪的齒數； 滾

7、刀齒（頭）數。滾刀齒（頭）數。（3）軸向的進給運動（）軸向的進給運動（ ）為了在全齒寬上切削出漸開線齒面，滾齒刀應沿被切削齒輪軸線方向進行軸向為了在全齒寬上切削出漸開線齒面，滾齒刀應沿被切削齒輪軸線方向進行軸向進給，軸向進給運動形成齒面的導線。進給，軸向進給運動形成齒面的導線。cnfcwwcnzinzi,cwn nczwzwn軸向進給運動軸向進給運動滾刀旋轉運動滾刀旋轉運動工件旋轉運動工件旋轉運動滾齒加工運動滾齒加工運動 主運動：滾刀旋轉 分齒運動： 軸向進給運動：切出整個齒寬； 徑向進給運動：切出整個齒深；ZKnn刀工加工設備加工設備滾齒機滾齒機工作臺移動工作臺移動立式滾齒機立式滾齒機立柱移

8、動立柱移動立式滾齒機立式滾齒機滾切渦輪滾切渦輪滾齒特點滾齒特點 滾刀通用性好，可以加工與其模數、壓力角相同而齒數不同的齒輪。 滾齒的整個切削過程連續，生產率高； 滾齒機為專用齒輪加工機床，調整費時； 滾刀較齒輪銑刀的制造、刃磨要困難，設備與刀具費用高； 滾齒應用范圍較廣，可加工直齒、斜齒圓柱齒輪和蝸輪等，但不能加工內齒輪和相距太近的多聯齒輪。插齒是利用一對平行軸圓柱齒輪副嚙合原理，使用插齒刀進行切齒。插齒刀相當于一個切削刃為漸開線并磨出前角和后角的假想圓柱齒輪，其模數與壓力角與被加工齒輪相同。插齒刀以內孔或錐柄緊固在插齒機主軸上。插齒時，插齒刀與被切削齒輪間嚴格保持一對圓柱齒輪的嚙合傳動關系，

9、插齒刀刀齒連續運動軌跡在工件上包絡出輪齒齒廓。插齒原理插齒原理插齒加工插齒加工 插齒運動插齒運動（1）切削運動）切削運動 插齒刀沿其周線方向的快速直線往復運動是插齒切削的主運動，插齒刀沿其周線方向的快速直線往復運動是插齒切削的主運動，以插齒刀每分鐘往復運動的沖程次數表示（以插齒刀每分鐘往復運動的沖程次數表示（str/min）。提高插齒刀往復）。提高插齒刀往復運動速度，可增加輪廓的包絡線數目，使齒廓線更加光滑，齒形誤差運動速度，可增加輪廓的包絡線數目，使齒廓線更加光滑，齒形誤差減小。減小。（2）展成運動）展成運動插齒刀與工件的旋轉運動構成插齒加工的展成運動。插齒刀與工件的旋轉運動構成插齒加工的展

10、成運動。插齒刀與工件旋轉運動之間，必須嚴格保持一對圓柱齒輪副的插齒刀與工件旋轉運動之間，必須嚴格保持一對圓柱齒輪副的嚙合傳動關系，其傳動比嚙合傳動關系，其傳動比 應滿足應滿足 插齒刀與被切削齒輪的轉速；插齒刀與被切削齒輪的轉速； 插齒刀與被切削齒輪的齒數；插齒刀與被切削齒輪的齒數； icwwcnzinz,cwn n,cwz z插齒機運動插齒機運動（3）圓周進給運動）圓周進給運動 插齒刀的旋轉運動是插齒的圓周進給運動，以插齒刀每插齒刀的旋轉運動是插齒的圓周進給運動，以插齒刀每往復一次在其節圓上轉過的弧長表示（往復一次在其節圓上轉過的弧長表示（mm/str）。）。 圓周進給量的大小影響插齒的切削負

11、荷和生產效率。圓周進給量的大小影響插齒的切削負荷和生產效率。（4）徑向進給運動）徑向進給運動 開始插齒時，如果插齒刀立即切入至全齒深，將會因切開始插齒時，如果插齒刀立即切入至全齒深，將會因切削負荷過大而損壞道具和機床。徑向進給至全齒深后，徑向削負荷過大而損壞道具和機床。徑向進給至全齒深后，徑向進給自動停止，再進行展成加工，便可加工出完整的全深齒進給自動停止，再進行展成加工，便可加工出完整的全深齒廓。廓。（5）讓刀運動）讓刀運動 插齒刀與被切削齒面脫離接觸稱為讓刀。這可以避免插插齒刀與被切削齒面脫離接觸稱為讓刀。這可以避免插齒刀在空行程中擦傷已切削齒面和減少齒刀磨損。齒刀在空行程中擦傷已切削齒面

12、和減少齒刀磨損。 插插齒機分立式和臥式兩齒機分立式和臥式兩種前者使用最普遍。立式種前者使用最普遍。立式插齒機又有刀具讓刀和工件插齒機又有刀具讓刀和工件讓刀兩種形式。高速和大型讓刀兩種形式。高速和大型插齒機用刀具讓刀中小型插齒機用刀具讓刀中小型插齒機一般用工件讓刀。插齒機一般用工件讓刀。 加工設備加工設備插齒機插齒機（1）加工質量比較）加工質量比較1)運動精度（傳遞運動的準確性）運動精度（傳遞運動的準確性）滾齒后齒輪的的齒距累積誤差比插齒小。滾齒后齒輪的的齒距累積誤差比插齒小。滾齒加工：滾齒加工： 滾刀上相同的滾刀上相同的23圈刀齒切出來的。圈刀齒切出來的。插齒加工：插齒加工： 插齒刀的不同刀齒

13、切出來的。插齒刀的不同刀齒切出來的。2）傳動的平穩性）傳動的平穩性滾齒與插齒形成的齒廓是由有限個折線包絡形成的，必然滾齒與插齒形成的齒廓是由有限個折線包絡形成的，必然都存在都存在齒形誤差。但插齒后形成的齒形誤差較小。齒形誤差。但插齒后形成的齒形誤差較小。實質：包絡折線實質：包絡折線的數目。的數目。滾齒、插齒的比較滾齒、插齒的比較3）表面粗糙度）表面粗糙度 滾齒刀在齒向的滾齒刀在齒向的切削是連續的。在被切削是連續的。在被加工輪齒齒面上留下加工輪齒齒面上留下的是鱗狀刀痕。（的是鱗狀刀痕。（右圖右圖a） 插齒刀在齒向切插齒刀在齒向切削是連續的，輪齒齒削是連續的，輪齒齒面上留下的刀痕是直面上留下的刀痕

14、是直線。線。 （右圖右圖b）（2）生產效率比較）生產效率比較滾齒效率較高，因為插齒切削是往復運動，提高插齒速度滾齒效率較高，因為插齒切削是往復運動，提高插齒速度要受到插要受到插齒機主軸往復運動慣性的限制；此外插齒空行程的損失使實際切削齒機主軸往復運動慣性的限制；此外插齒空行程的損失使實際切削的行程長度減短。的行程長度減短。（3）生產應用比較）生產應用比較 滾齒效率高，齒距積累誤差小，運動精度高，通過后續精加工可滾齒效率高，齒距積累誤差小，運動精度高，通過后續精加工可彌補齒形誤差和齒面粗糙度的缺點。所以，高精度圓柱齒輪齒面的彌補齒形誤差和齒面粗糙度的缺點。所以，高精度圓柱齒輪齒面的預加工一般采用

15、滾齒。預加工一般采用滾齒。插齒可以加工內齒、齒條、齒扇形等，還可以用來加工齒圈相距很插齒可以加工內齒、齒條、齒扇形等，還可以用來加工齒圈相距很近的雙聯、多聯齒輪中的小齒輪。插齒的靈活性比滾齒好。近的雙聯、多聯齒輪中的小齒輪。插齒的靈活性比滾齒好。結論：結論： 滾齒與插齒比較，滾齒齒輪運動精度高，但齒形誤差和齒面粗糙度比插齒大。剃齒原理剃齒原理利用一對交錯軸斜齒輪嚙合時沿齒向存在相對滑動而創建的一種齒輪精加工方法。剃齒刀與被切削齒輪嚙合時在齒向會產生相對滑動。由于剃齒刀的齒面上開有許多切削刃，剃齒刀便在被切齒面上剃下一層又薄又細的切屑。剃齒加工剃齒加工sinsin (1)pctwccwwvvvv

16、v剃齒切削速度剃齒切削速度切向分量切向分量剃齒刀的圓周速度剃齒刀的圓周速度工件的圓周速度工件的圓周速度剃齒刀的螺旋角剃齒刀的螺旋角被剃齒輪的螺旋角被剃齒輪的螺旋角cv,ctwtvvpvwvwccoscoscoscoscnwnccwwccwwvvvvvv因為，即所以00sin()sincoscos sin1000 cos: wwccpcwwcwcvvvvd ndn將帶 入 式 （ 1） ， 進 行 整 理 得式 中 剃 齒 刀 和 工 件 軸 線 的 夾 角 剃 齒 刀 節 圓 直 徑 （ mm） 剃 齒 刀 轉 速 （ r/min）剃剃齒機運動齒機運動（1）剃齒刀的正反向轉動）剃齒刀的正反向轉

17、動目的：為了剃削齒輪的兩個齒面。目的：為了剃削齒輪的兩個齒面。（2）工作臺軸向進給運動）工作臺軸向進給運動當被剃齒輪為斜齒輪時，嚙合點運動軌跡為一條與齒輪端面傾斜的曲線。當被剃齒輪為斜齒輪時，嚙合點運動軌跡為一條與齒輪端面傾斜的曲線。當被剃齒輪為直齒輪時，嚙合點運動軌跡為一條與齒輪端面平行的曲線。當被剃齒輪為直齒輪時，嚙合點運動軌跡為一條與齒輪端面平行的曲線。（3）徑向（垂直）進給運動）徑向（垂直）進給運動 剃剃齒的工藝特點及應用范圍齒的工藝特點及應用范圍特點：機床結構簡單、造價相對較低，可特點：機床結構簡單、造價相對較低，可修正輪齒的修正輪齒的徑向誤差、齒形誤差和減小齒面粗糙度，但對于輪齒徑

18、向誤差、齒形誤差和減小齒面粗糙度，但對于輪齒的累積誤差等切向誤差的修正能力差。的累積誤差等切向誤差的修正能力差。從保證加工精度考慮，剃前預加工一般先采用滾齒而從保證加工精度考慮，剃前預加工一般先采用滾齒而不用插齒，因為剃齒與滾齒的優缺點可以互補，但與不用插齒，因為剃齒與滾齒的優缺點可以互補，但與插齒的優缺點不能互補。插齒的優缺點不能互補。齒輪精加工時，加工成本低。齒輪精加工時，加工成本低。剃齒加工精度取決于刀具。加工齒輪精度可達到IT76級。齒面粗糙度可達到Ra0.401.25um。采用剃齒加工可將經滾齒或插齒等預加工的齒輪精度提高12級。在大批量生產加工中加工中等模數、76級精度、未經淬硬的

19、齒輪，剃齒時最常用的齒輪精加工方法。加工設備加工設備剃齒機剃齒機剃齒機有臥式和立式兩種。剃齒機有臥式和立式兩種。臥式剃齒機有兩種結構：一種刀臥式剃齒機有兩種結構：一種刀具位于工件上面，機床結構緊湊，具位于工件上面，機床結構緊湊，占地面積小，廣泛應用于成批大占地面積小，廣泛應用于成批大量生產中小型齒輪的汽車、拖拉量生產中小型齒輪的汽車、拖拉機和機床等行業；機和機床等行業；另另一種刀具位于工件后面，工件一種刀具位于工件后面，工件裝卸方便主要用于加工大中型裝卸方便主要用于加工大中型齒輪和軸齒輪。大型剃齒機多為齒輪和軸齒輪。大型剃齒機多為立式，主要用于機車、礦山機械立式，主要用于機車、礦山機械和船舶制

20、造部門。和船舶制造部門。 磨齒方法分類磨齒方法分類（1）成形法磨齒）成形法磨齒 成形法磨齒是將砂輪修整成與被加工齒成形法磨齒是將砂輪修整成與被加工齒輪槽相對應的形狀，對被加工齒輪槽逐輪槽相對應的形狀，對被加工齒輪槽逐個進行磨削。個進行磨削。由于砂輪磨粒本身由于砂輪磨粒本身具有很高的硬度和具有很高的硬度和耐熱性，因此磨削耐熱性，因此磨削能加工硬度很高的能加工硬度很高的材料，如淬硬的鋼、材料，如淬硬的鋼、硬質合金等。硬質合金等。磨齒加工磨齒加工（2）展成法磨齒）展成法磨齒1）單片錐形砂輪磨齒）單片錐形砂輪磨齒 砂輪的截面形狀相當于假想齒條的一個齒。磨齒時，砂輪一面旋砂輪的截面形狀相當于假想齒條的一

21、個齒。磨齒時，砂輪一面旋轉，一面沿齒寬方向作往復運動，這就構成了假想齒條上的一個齒。轉，一面沿齒寬方向作往復運動，這就構成了假想齒條上的一個齒。被磨齒輪位于與假想齒條相嚙合的位置，一面轉動一面作往復運動，被磨齒輪位于與假想齒條相嚙合的位置，一面轉動一面作往復運動，實現展成運動。實現展成運動。2）雙片碟形砂輪磨齒）雙片碟形砂輪磨齒 兩片碟形砂輪安裝后，構成假想齒條的兩個齒面。磨齒時，砂輪兩片碟形砂輪安裝后，構成假想齒條的兩個齒面。磨齒時，砂輪只在原位旋轉，同時對兩個齒面進行磨削；被加工齒輪一面轉動一面只在原位旋轉，同時對兩個齒面進行磨削；被加工齒輪一面轉動一面移動，實現展成運動。移動，實現展成運

22、動。3）蝸桿砂輪磨齒）蝸桿砂輪磨齒 用蝸桿砂輪磨齒時，砂輪與被磨齒輪相當于一對交錯斜齒輪副嚙用蝸桿砂輪磨齒時，砂輪與被磨齒輪相當于一對交錯斜齒輪副嚙合傳動。蝸桿砂輪磨齒的成形原理和機床運動與滾齒相同。由于展成合傳動。蝸桿砂輪磨齒的成形原理和機床運動與滾齒相同。由于展成運動和分齒運動是連續發生的，沒有空行程，故生產效率較高。運動和分齒運動是連續發生的，沒有空行程，故生產效率較高。磨齒工藝磨齒工藝特點和應用范圍特點和應用范圍優點：優點：磨齒的加工質量高，可糾正齒輪預加工中產生的各項齒磨齒的加工質量高，可糾正齒輪預加工中產生的各項齒 輪誤差，加工精度比剃齒、珩齒高得多。表面質量好，粗糙輪誤差，加工精

23、度比剃齒、珩齒高得多。表面質量好，粗糙度可達到度可達到Ra0.20.8um，而且能加工，而且能加工36級的淬硬齒輪。是級的淬硬齒輪。是最有效的精加工方法。最有效的精加工方法。缺點：缺點：生產效率低、成本高。生產效率低、成本高。發展：發展：自從出現了蝸桿砂輪磨齒機和立方氮化硼（自從出現了蝸桿砂輪磨齒機和立方氮化硼（CBN）砂輪）砂輪成形磨齒機等新型磨齒機床，磨齒的生產效率成倍提高，加成形磨齒機等新型磨齒機床，磨齒的生產效率成倍提高，加工成本不斷下降。使得蝸桿砂輪磨齒工藝和成形磨齒工藝在工成本不斷下降。使得蝸桿砂輪磨齒工藝和成形磨齒工藝在大量生產中逐漸得到廣泛應用。大量生產中逐漸得到廣泛應用。磨削

24、加工設備磨削加工設備及其分類及其分類 磨床的種類很多，主要有平面磨床、外磨床的種類很多，主要有平面磨床、外圓磨床、內圓磨床、萬能外圓磨床（也可磨內圓磨床、內圓磨床、萬能外圓磨床（也可磨內孔）、齒輪磨床、螺紋磨床，導軌磨床、無心孔）、齒輪磨床、螺紋磨床，導軌磨床、無心磨床（磨外圓）和工具磨床（磨刀具）等。這磨床（磨外圓）和工具磨床（磨刀具）等。這里介紹平面磨床及其運動。里介紹平面磨床及其運動。 加工設備加工設備磨齒機磨齒機其他其他加工方法加工方法 銑齒銑齒定義：用銑刀或銑刀盤按成形法或展成法加工齒輪或齒條定義：用銑刀或銑刀盤按成形法或展成法加工齒輪或齒條的齒面。的齒面。特點：特點： 齒輪銑刀結構簡單，可在普通銑床上完成，費用較低；齒輪銑刀結構簡單，可在普通銑床上完成，費用較低； 銑齒過程不連續，每銑一齒，都要重復消耗切入、切出、銑齒過程不連續，每銑