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实验二 渐开线齿廓范成加工原理一、实验任务及目的1、实验任务：利用齿轮范成仪模拟齿条插刀与轮坯的范成加工过程，用图纸取代轮坯记录刀具在切削时的一系列位置，从而绘制出标准齿轮和正、负变位齿轮的完整齿形1~2个。
2、实验目的：● 观察渐开线齿廓的形成过程，掌握用范成法切制渐开线齿廓的基本原理； ● 观察渐开线齿廓产生根切的现象，了解产生根切的原因及如何避免根切；● 分析比较标准齿轮和正、负变位齿轮的相同点和不同点，理解变位齿轮的概念。
二、实验设备和工具1、实验设备：齿轮范成仪2、实验工具：绘图纸、剪刀、圆规、直尺、三角板、量角器、橡皮、铅笔、草稿纸等三、实验原理范成法是利用一对齿轮（或齿轮齿条）互相啮合时其共轭齿廓互为包络线的原理来加工齿廓的方法。
加工时，其中一轮为刀具，另一轮为轮坯，刀具与轮坯在机床链作用下一方面作定传动比传动，完全和一对真正的齿轮互相啮合传动一样（即范成运动——主运动）。
一方面作径向进给运动以加工出齿高；另一方面沿轮坯轴线作切削运动，以加工出齿宽，去除齿槽内的材料，另外还有让刀运动，避免接触到已加工好的渐开线齿廓。
四个运动一起配合，这样切出的齿廓就是刀具刀刃在各个位置的包络线。
若用渐开线作为刀具的齿廓，可以证明其所包络出来的齿廓也是渐开线。
现用齿条渐开线（基圆半径为无穷大时渐开线为一倾斜直线）齿廓加工齿轮，那么刀具刀刃在各个位置的包络线就是渐开线，即加工出齿廓为渐开线齿廓，因为在实际加工时，我们看不清刀刃形成包络轮齿的过程，所以通过齿轮范成仪来表现这个过程。
用范成仪表现时是在不考虑刀具作切削、进给、让刀运动的前提下，只用铅笔将刀具刀刃在各个位置描绘在轮坯纸上，这样我们就能清楚的观察到轮齿范成的过程。
当范成仪上标准齿条刀具的中线与被加工齿轮的分度圆相切并作纯滚动时加工出来的就是标准齿轮。
当刀具远离轮坯中心作范成运动时，得到正变位齿轮轮廓曲线；当刀具移近轮坯中心作范成运动时，得到负变位齿轮轮廓曲线。
第17卷 第2期2009年2月 光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol.17 No.2 Feb.2009 收稿日期:2008205222;修订日期:2008207210. 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2008AA042506)文章编号 10042924X (2009)022*******精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法王立鼎1,2,凌四营1,马 勇1,王晓东1,2,娄志峰1(1.大连理工大学精密特种加工及微系统教育部重点实验室高精度齿轮研究组,辽宁大连116023;2.大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室,辽宁大连116023)摘要:研究了精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法。
分析比较了锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿和成形砂轮磨齿的工作原理及当前国内外精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工现状。
探讨了ISO1328:1997标准中2级以上精度超精密齿轮的加工。
最后,指出大平面砂轮磨齿机Y7125有着结构简单、传动链刚度高、磨齿精度高等优点,具有较大的改装空间。
通过一系列的研究工作,有可能将其改装精化成磨削超精密圆柱渐开线齿轮的加工母机,实现2级到1级精度超精密齿轮的加工。
1级精度超精密齿轮的研制成功,可提高齿轮的传递基准,从而可提高齿轮制造的技术水平。
关 键 词:圆柱渐开线齿轮;超精密齿轮;磨齿原理;精密加工中图分类号:T H132.413 文献标识码:AP rocessing m ethods of precision and u ltra 2precision cylindrical involute gearWAN G Li 2ding 1,2,L IN G Si 2ying 1,MA Y ong 1,WAN G Xiao 2dong 1,2,LOU Zhi 2feng 1(1.Hi g h 2p recision Gear Research Grou p ,Key L aboratory f or Precision &N on 2t ra ditional and M ico S ystem M achining of the Ministry of Education ,Dalian University of Technology ,Dalian 116023,China;2.Key L aboratory f or M ico/N ano Technolog y an d S ystem of L i aoni n g Provi nce ,D ali an U ni versit y of Technolog y ,D ali an 116023,Chi na )Abstract :In order to enhance technological level of gear manufact uring comp rehensively ,t he p rocess 2ing met hods of precision and ult ra 2precision cylindrical involute gears were researched.The work prin 2ciples of several gear 2grindings and machining stat uses of ult ra 2p recision cylindrical involute gears were analyzed and compared.Then ,machining of ult ra 2p recision gear above quality 2(ISO1328:1997)was p robed.Finally ,t he gear grinder Y7125wit h big plan wheel provided wit h t he advantages of st reamline st ruct ure ,high rigidity of t ransmission chain ,high accuracy of gear 2grinding and much room to modify was pointed.Research result s show t hat t he grinder Y7125is probably to be a master grinder of ult ra 2p recision cylindrical involute gear to produce ult ra 2precision gear from quality 2to quality 1.The develop ment of ult ra 2precision wit h quality 1can enhance t he gear normal and techno 2logical level of gear manufact uring.K ey w ords :cylindrical involute gear ;ultra 2precision gear ;principle of gear 2grinding ;precision machining1 引 言 齿轮是机械零件中重要的基础件,尤其是圆柱渐开线齿轮在常规机械、地面交通、船舶、航空航天机械、兵器及精密机床与仪器等领域应用广泛,每年需求量达数亿件之多。
渐开线齿轮的加工方法
渐开线齿轮是一种常用的齿轮类型，它具有齿轮传动效率高、噪音小、负载能力强等优点。
下面将介绍渐开线齿轮的加工方法，以帮助您更好地了解这种齿轮的制造过程。
1. 选择合适的刀具
加工渐开线齿轮需要使用专门的刀具，其中包括滚刀、半齿切削刀和全齿切削刀等。
这些刀具需要具备良好的切削性能和准确的切削几何形状，以确保齿轮加工精度和质量。
2. 确定加工参数
加工渐开线齿轮需要确定适当的加工参数，包括切削速度、进给量、切削深度和切削角度等。
这些参数需要根据齿轮材料、刀具类型和加工要求等因素进行合理选择，以确保加工过程中的稳定性和效率。
3. 进行切削加工
根据渐开线齿轮的设计图纸和加工参数，使用专门的刀具进行切削加工。
在加工过程中，需要注意刀具的切削角度和方向，以确保齿轮的齿形和齿距均匀精确。
同时，还需要定期检查和更换刀具，以保证加工质量和效率。
4. 进行修磨加工
在切削加工后，还需要对齿轮进行修磨加工，以进一步提高齿轮的精度和光洁度。
修磨加工需要使用专门的磨削工具，根据齿轮的要求进行合理选择。
在修磨过程中，需要注意磨削工具的使用和操作技巧，以避免对齿轮造成不必要的损伤。
以上就是渐开线齿轮的加工方法，需要注意的是，在加工过程中需要严格按照加工要求和标准进行操作，以确保齿轮的质量和性能。
针对精度较高的大模数齿条采用专用刀具和专用机床加工成本较高的问题，利用数控铣床上万能角度头改进加工方法，并在加工过程中用量棒代替样板进行随机测量，有效保证了齿形齿距的加工精度。
我公司为某钢厂生产的3500mm轧机支承辊换辊机中，用于传动的齿条是由12件大模数齿条拼接到换辊机机架上的，单件齿条长约3m，质量接近2t。
该齿条为细长工件，刚性较差，在锻造毛坯上开出齿形，控制变形难度较大。
这些齿条最后要连接起来使用，必须严格控制齿形和齿距的累积误差。
因此，采用合理的制造工艺是非常必要的。
工件的工艺参数工件的材质为42CrMo，硬度达248～302HBW，抗拉强度为850MPa。
齿条的加工图样如图1所示。
齿条的相应技术参数见表1，其中L为齿条上任意两个齿之间的距离（mm）。
齿条的加工难点和加工方案从图1可以看出，齿条的外廓尺寸是2 895.6mm×460mm×210mm，是典型的细长型零件，图1 齿条加工图样表1 齿条相关参数从锻坯上直接加工出齿形，变形量控制起来比较困难，这就要求工件加工必须要有合理的工艺顺序和有效的装夹方法；齿条的齿厚公差和齿距误差要求非常小，全长范围内齿距累积误差不超过0.4mm，如果采用成形铣刀或者滚齿刀具进行加工，随着加工的不断进行，刀具势必会出现一定的磨损，这样就无法保证齿距精度，也会导致齿距累积误差不断增大，无法满足齿条的使用要求。
综合上述因素，结合本单位的设备情况制定齿条的制造工艺流程为：锻坯→粗加工→调质→第一次半精加工→人工时效→第二次半精加工→自然时效→精加工→各齿条装配拼接。
齿条制造工艺方法和控制措施（1）粗加工本序是从毛坯转化成半成品的过程。
为了既降低成本又提高加工效率，安排在捷克斯柯达W200H数显落地镗床上，采用φ200mm刀盘、φ315mm三面刃铣刀和φ25mm刀盘进行加工。
首先采用φ200mm刀盘加工齿条的6个面，单面留10mm加工余量，然后用万能角度头上φ315mm三面刃铣刀，沿齿形轮廓开出直槽，再将工件侧立，用φ25mm刀盘按照排折线的方式加工出两侧齿形面，各面留10mm加工余量，转下序，这样可以快速去除大部分加工余量，比单用φ25mm刀盘粗铣齿槽加工效率提高近3倍。
