圆柱齿轮制造基本工艺过程

12
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 2),滚齿机
CNC滚齿机一般为六轴计算机控制：径向进给轴X、轴向进给轴Z、滚刀速度
轴B、滚刀位移（切向进给）轴V、滚刀转角轴A和工件回转轴C。下图是典型的
CNC滚齿机控制示意图。也有比六轴多的CNC滚齿机，如在下图中的小立柱尾座
轴Z1、工件自动装夹回转轴Z1和工件自动装夹机械手运动轴Z2。 在CNC滚齿机中分度运
i1

A1z0 z
A —机床速度交换齿轮定数
A1 —机床分度交换齿轮定数
A2 —机床轴向进给交换齿轮定数
vA3 —机床差动交换齿轮定数 —切削速度（m/min)
n0 —滚刀转速（r/min)
轴向进给交换 齿轮
i2 A2 f
差动交换齿轮
i3

A3 sin
z1 m n
da0 —滚刀外径（mm) z0 —滚刀头数 f —轴向进给量（mm/r)
人字齿轮
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 设计滚齿夹具的一般原则如下： (1)定位基准要精确可靠，心轴与齿坯孔配合间隙要适宜。齿坯的定
位基准一般与齿轮的装配基准一致。 (2)齿坯轴心线应与工作台的旋转轴线重合。若夹具心轴以机床主轴
锥孔为安装基准时，心轴定位轴颈与锥度要有同轴度要求，且锥度必须与机 床锥孔配磨。
z—工件齿数
—齿轮分度圆螺旋角 mn—齿轮法向模数（mm)
15
二、齿轮的加工方法
1，滚齿
3),滚齿夹具
滚齿加工中，夹具与刀具是影响加工精度的重要因素。
夹具的典型结构及齿轮的安装见下表
立式滚齿机用夹具及齿轮的安装
小型带孔齿轮
大、中型带孔齿轮
带孔齿轮
轴齿轮
卧式滚齿机用夹具及齿轮的安装 带孔齿轮
轴齿轮
刀相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮和被切齿轮作空间啮合。滚刀头数即 相当于斜齿轮的齿数。这种齿数极少、螺旋角很大，轮齿能绕轴线很多圈的斜 齿圆柱齿轮，其实质就是一个蜗杆，滚刀切削刃位于该蜗杆的螺纹表面上。由 于是一对交错轴斜齿轮的啮合，因此滚刀与被加工齿轮的基节必须相等，即分 度圆柱上法向模数、压力角应分别相等。
加工，此类加工要根据形状、齿面硬度、精度等级、批量大小、生产条件等，
采取不同的工艺方法，其特点是：
A,齿轮锻坯。毛坯一般都经过模锻，并经喷砂以去除氧化皮。锻后毛坯
需预先热处理，以消除内应力，减少变形。
B,齿坯加工。广泛采用数控车床，确保孔与定位端面的垂直度，以减少
切齿后的螺旋线误差及径向跳动。
C,齿廓加工。7级以上精度普遍采用磨齿工艺。
滚齿机是加工圆柱齿轮、蜗轮等零件的主要工艺装备。滚齿机按布局形式 和结构特点，可分为立式和卧式滚齿机，常用的是立式滚齿机。按JB/T6344.1— 1999的规定，滚齿机的型式有工作台移动式和立柱移动式两种，滚齿机的系列 由万能滚齿机、高效滚齿机和数控滚齿机构成。
滚齿是目前世界上在齿轮加工中应用最广的切齿方法，目前国际上精滚齿 的加工精度（主要指周节偏差）可以达到5~7级（GB/T10095），国内的滚齿机 （数控）精滚齿的加工精度也可以达到6~8级（GB/T10095）。CNC滚齿机是目 前国际上已广泛采用的设备，国内齿轮生产厂家的使用也越来越多。为了达到 最大可能的静刚度和动刚度，滚齿机部件都尽可能以封闭箱形的铸造结构制造， 采用减震性能良好的铸铁，有经过验证的热补偿系统。
国，既有国际水平的一流齿轮加工企业，也还存在着采用上世纪五六十年代
单一工序作坊式工厂，需要进行大量的技术改造和工艺改善的工作。
根据齿轮结构尺寸、精度等级和生产批量等不同条件，圆柱齿轮的加工
大体可以分为以下几种类型：
1，批量中、小模数圆柱齿轮加工
汽车齿轮（批量大、品种较少）和机床齿轮（批量小、品种多）属此类
2，低速重载齿轮加工
重载齿轮模数大（10mm以上）、直径大（可达1m以上），齿坯形式多
样，如焊接结构、组合装配结构等等，因此加工工艺与热处理也具有多种方
法。
本课程主要讲述批量中、小模数圆柱齿轮加工
3
一、概述
1，汽车齿轮加工主流的工艺流程
齿坯加工 （车削）
切齿
滚ห้องสมุดไป่ตู้ 插齿
齿坯 制造
齿轮精度项目 齿廓
螺旋线 齿距
6一滚刀刀架 7一丝杠8一进给箱
9一差动机构 10一差动交换齿轮
11
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 （3）轴向进给运动 即滚刀沿齿坯轴线方向的轴向进给 (mm／r)，如上图所
示。通过丝杠7沿齿坯轴线使滚刀刀架6慢慢垂直移动，利用进给交换齿轮或进 给箱8来改变轴向进给量。
（4）附加运动 加工斜齿轮时，在垂直进给过程中，通过差动机构9和分度蜗 轮副4使齿坯和工作台3获得附加转速ω，它与轮齿的螺旋角β相适应．调整差动 交换齿轮10可获得此运动。加工直齿轮时，差动机构9应脱开。
13
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 常见的机械式传动链滚齿机很多，技术性能不尽相同，但均具备切削运动、
分度运动、轴向进给运动和差动补偿运动。下图是一种机械式传动链设备 Y3150E的传动系统图。
Y3150E传动系统图 14
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 在非CNC的滚齿机调整中，为加工出合格的齿轮，需要进行交换齿轮调整。滚齿
动和差动补偿采用的是电
子链，各种进给和回转的
控制采用光栅尺，可以使
机床的加工精度得到很大
的提高。在机床调整中只
需要输入加工齿轮的参数
即可。目前，在国内的
CNC滚齿机中，有二轴或
三轴数控的滚齿机，实现
计算机数字控制的一般是X、
Z轴和X、Z、V轴，分度运
动和差动补偿采用的仍是
CNC滚齿机控制示意图
传统的交换齿轮的方法。
18
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 下表是一般情况下齿轮滚刀精度等级与被加工齿轮精度的对应关系。
齿轮滚刀精 度等级 AAA AA A B C
被加工齿轮精度 （GB/T10095-2008）
6 7 8 9 10
目前，滚刀已基本实现标准化，相关的滚刀国家标准有： GB/T6083齿轮滚刀基本形式和尺寸，GB/T6084齿轮滚刀通用技术条件， GB/T9205镶片齿轮滚刀，GB/T14348双圆弧齿轮滚刀，GB/T28252磨前齿轮滚刀 等。滚刀一般用高速钢材料制造，在加工一定数量的零件后进行刃磨，重复使 用。由于滚刀的精度直接影响所加工齿轮零件的精度，因此，对刃磨后的滚刀 要进行精度的检验。
转动，要求滚刀转速 n0与齿坯(或工作台)转速
之间严格地保持着相当于交错轴斜齿轮副的啮合
关系，即滚刀(单头)转一转，齿坯相应地转过一
个齿。可利用分度蜗轮副4来保证滚刀和齿坯的 连续滚切运动．根据滚刀头数和被切齿轮的齿数
1一滚刀轴 2一变速箱 3一工作台 4一分度蜗轮副 5一分度交换齿轮
来调整分度交换齿轮。
滚刀的种类很多，按其结构不同，可分为整体滚刀 和镶片滚刀、装配滚刀、焊接滚刀；按模数大小可分为 小模数滚刀，中模数滚刀和大模数滚刀等。按加工用途 可分为粗加工滚刀、精加工滚刀、剃前滚刀；按刀齿后 刀面形状可分为铲齿式滚刀、圆磨法滚刀；按滚刀切削 部分材料分为高速钢滚刀和硬质合金滚刀；按滚刀螺纹 头数多少分为单头滚刀和多头滚刀等。
滚齿原理图
10
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 1),滚齿原理
根据滚齿加工原理，滚切齿轮时滚齿机必须 具有以下几种运动： （1）切削运动 即滚刀轴1的转速，借助于切削 速度交换齿轮或变速箱2，滚刀的转速为：
n0

1000v
da0
式中：—切削速度 （m/min）
—滚刀齿顶圆直径（mm）
2）分度运动 随着滚刀的转动，齿坯也要相应n地w
19
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 齿轮滚刀精度检验项目：
20
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 齿轮滚刀精度检验项目：
21
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 齿轮滚刀精度检验项目：
二、齿轮的加工方法
1，滚齿
多头齿轮滚刀的使用： 1）当被切齿轮齿数 与滚刀头数 互为质数时，滚刀圆周齿数 与滚刀头数 也应互为质数。这样，齿轮在滚切时滚刀的制造误差不会全部反映到齿轮上去 ，对提高齿轮精度有利。 2）当被切齿轮齿数 与滚刀头数 有公因数时，滚刀圆周齿数 也应被滚 刀头数 整除，或有公因数。这是因为若滚刀圆周齿数 不能被滚刀头数 整除 时，如果一个齿对准齿轮中心，则其他头的任何一齿都无法对准齿轮中心，结 果造成其他滚出来的齿不都称。由于多头滚刀滚齿包络次数少，这种不对称产 生的误差往往比较大。 为了提高滚齿的效率，生产中广泛采用涂层滚刀，它是在滚刀基体上涂 复硬质耐磨金属化合物薄膜以达到提高刀具表面的硬度和耐磨性的目的。常用 的刀具基体材料有高速钢、硬质合金、金属陶瓷等，涂层材料有TiN，TiC， Al2O3， TiCN，TiAlN，TiAlCN等；涂层可以是单涂层，也可以是双涂层或多 涂层，甚至是几种涂层材料复合而成的复合涂层。复合涂层可以是TiC— Al2O3—TiN、TiCN和TiAlN多元复合涂层。实践证明，采用TiN涂层的滚刀，新 刀可以提高寿命一倍以上，重磨后也可以提高寿命20%以上。
机的交换齿轮有：速度交换齿轮 、分度交换齿轮 、轴向进给交换齿轮 和差动 交换齿轮 。其调整计算方法和注意事项在滚齿机的随机说明书中有详细的说明， 使用者在调整机床前要详细阅读。
滚切直、斜齿轮交换齿轮的调整公式见下表：
交换齿轮 速度交换齿轮 分度交换齿
名称
轮
公式 表公式中：
i An 0
n0

1000v da0
剃齿刀刃磨机 床 有多种方法
加工特点
生产率高，连续分度，运动精度 易保证。是最广泛应用的切齿方 法。
刀具成本低，指状成形铣齿可加 工无退刀槽结构的人字齿轮
广泛用于内齿轮、双联齿轮、多 联齿轮加工
热处理后加工，精度高。蜗杆砂 轮磨齿和成形砂轮磨齿生产率较 高。
和磨齿比，具有效率高、成本低、 齿面不会产生烧伤和裂纹等特点
生产效率比剃齿高，可直接成形。
齿面加工余量较小，可改善齿面 质量，强力珩齿轮精度亦可改善。
一、概述
3，典型的盘齿轮加工工艺过程
一、概述
3，典型的盘齿轮加工工艺过程
7
一、概述
3，典型的盘齿轮加工工艺过程
8
一、概述
3，典型的盘齿轮加工工艺过程
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 1),滚齿原理 滚齿加工原理相当于交错轴斜齿轮副的啮合过程．滚齿加工过程中，滚
齿圈跳动 齿面粗糙度
确保精度的重点 刀具
端面垂直度 内径公差 内径公差 —
剃齿 剃齿 剃齿 剃齿
可否修正 ○ ○ × △ ○
热处理 热处理 热处理 热处理 热处理 热处理 热处理
产 生 变 形
目前主流的流程
磨齿 磨齿
磨齿 磨齿
可否修正 ○ ○ ○ ○ ○
珩齿
珩齿 珩齿
珩齿
可否修正 ○ ○ △ ○
○4
一、概述
2，圆柱齿轮主要切齿方法的特点
工艺方法 滚齿 铣齿 插齿 磨齿 剃齿 挤齿 珩齿
加工精度 6-9 8-9 6-9 5-7 6-7 6-8 6-8
刀具
齿轮滚刀
盘形或指 状铣刀
插齿刀
多种方法 和形式的 砂轮
剃齿刀
挤轮 有多种方 法和形式 的珩轮
刀具刃磨设备
滚刀磨床
工具磨床或仿 形磨床 平面磨床或万 能工具磨床
(3) 支承端面应与工作台的旋转轴线垂直。过渡法兰盘的各工作平面， 夹紧用的垫圈及压板的两端面要平行。夹紧用螺纹采用细牙，心轴螺纹应磨 削，螺母的螺纹必须与其端面保持垂直，否则，齿坯夹紧后，将产生心轴的 歪斜，而引起齿轮的螺旋线误差。
(4)齿坯的支承表面与切削力着力点之间的距离尽可能小，过渡法兰 盘的直径应略小于齿轮根圆直径。
圆柱齿轮制造基本工艺过程
2017-08
一
概述
1. 齿轮加工主要工艺流程
2. 圆柱齿轮主要切齿方法的特点
3. 典型的盘齿轮加工工艺过程
二
齿轮的加工方法
1. 滚齿 2. 插齿 3. 剃齿 4. 磨齿
2
一、概述
进入21世纪以来，随着科学技术的进步，圆柱齿轮的加工工艺有了长足
的进步，目前，在国内批量生产的齿轮精度可以到5级，但良莠不齐，在中
(5)要有足够的刚性和夹紧力，保证在装夹工件时不致变形和在加工 过程中不产生振动。
(6）结构简单，便于制造，并能保证安装时易于校正和更换。
17
二、齿轮的加工方法
1，滚齿 4),滚齿刀 齿轮滚刀是按螺旋齿轮啮合原理加工直齿和斜齿圆柱齿轮的一种展成刀具。
为了能够进行切削，滚刀要铣出容屑槽，并对刀齿的顶部和两侧进行铲背，以 获得必要的后角，滚刀的各个侧切削刃位于蜗杆的螺旋面上。滚刀切削刃所在 的蜗杆表面，称为基本蜗杆。加工渐开线圆柱齿轮的滚刀，其基本蜗杆理论上 应是渐开线蜗杆。这种滚刀称为渐开线滚刀。但是，渐开线滚刀的制造和检测 比较困难，因此在实际应用中常常采用近似方法设计的阿基米德滚刀和法向直 廓滚刀。这两种滚刀的制造和检测比较方便，但存在一定的齿廓设计误差。不 过，当滚刀的模数和螺旋升角较小时，这种齿廓设计误差很小。尤其是阿基米 德滚刀，不仅齿廓设计误差不大，而且误差的分布对被加工齿轮形成一定的修 缘，有利于齿轮副的啮合传动，所以普通齿轮滚刀一般都采用阿基米德蜗杆作 为基本蜗杆。