圆柱齿轮加工工艺课件.ppt
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1、1学习要点学习要点: :1 1、会分析齿轮零件;、会分析齿轮零件;2 2、会确定圆柱齿轮的加工工艺;、会确定圆柱齿轮的加工工艺;3 3、会选择圆柱齿轮加工的刀具、机床;、会选择圆柱齿轮加工的刀具、机床;4 4、会编制箱体类零件加工的工艺文件;、会编制箱体类零件加工的工艺文件;5 5、了解箱体类零件检验方法与检具。、了解箱体类零件检验方法与检具。2项目六项目六 圆柱齿轮加工工艺圆柱齿轮加工工艺 第三节第三节 典型齿轮加工工艺分析典型齿轮加工工艺分析 第二节第二节 圆柱齿轮的加工工艺圆柱齿轮的加工工艺第一节第一节 概述概述 第四节 齿轮刀具简介 实践 3轮系传动45一、齿轮的功用和结构特点一、齿轮
2、的功用和结构特点1 1,齿轮的功用,齿轮的功用齿轮在机器和仪器中应用极为广泛,其功用是按一定的传动比传递运动和动力。2 2,齿轮的结构特点,齿轮的结构特点齿轮因其在机器中的功用不同而结构各异,但总是由齿圈和轮体组成。在齿圈上均布着直齿、斜齿等轮齿,而在轮体上有轮辐、轮毂、孔、键槽等。按齿圈上轮齿的分布形式,齿轮可分为直齿轮、斜齿轮和人字齿轮等;按轮体的结构形式,齿轮可分为盘类、齿轮轴和齿条等(见图)。6789 齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。 单齿圈盘类齿轮的结构工艺性最好,可采用任何一种齿形加工方法加工轮齿; 双联或三联等多齿圈齿轮的小齿圈的加工受齿圈间轴向距离的限制,其齿形加工方
3、法的选择就受到限制,加工工艺性差。103、齿轮机构传动的特点缺点: 制造和安装精度要求较高;不适宜用于两轴间距离较大的传动。优点:传动比稳定;传动效率高;工作可靠性高;结构紧凑; 使用寿命长。11二、齿轮传动的精度要求二、齿轮传动的精度要求齿轮的制造精度对机器的工作性能、承载能力。噪声及使用寿命影响很大,因此,齿轮制造必须满足齿轮传动的使用要求。(1)传动的准确性:即主动轮转过一个角度时,从动轮应按给定的传动比转过相应的角度。要求齿轮在一转中,转角误差的最大值不能超过一定的限度,即为一转角精度。(2)工作平稳性:要求齿轮传动乎稳,无冲击;振动和噪声小,这就需要限制齿轮传动时,瞬时传动比的变化,
4、即一齿转角精度。(3)载荷均匀性:齿轮载荷由齿面承受,两齿轮啮合时,接触面积的大小对齿轮的使用寿命影响很大。所以齿轮载荷的均匀性,由接触精度来衡量。12(4)齿侧间隙:一对相互啮合的齿轮,其非工作面必须留有一定的间隙,即为齿侧间隙,其作用是储存润滑油,使工作齿面形成油膜,减少磨损;同时可以补偿热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的侧隙减小,防止卡死。应当根据齿轮副的工作条件,来确定合理的侧隙。以上四项要求,根据齿轮传动装置的用途和工作条件而有所不同。例如,滚齿机分度蜗杆副,读数仪表所用的齿轮副,对传动准确性要求高,工作平稳性也有一定要求,而对载荷的均匀性要求一般不严格。13精度标注示
5、例:887FL齿厚下偏差代号齿厚上偏差代号若3项精度相同,则记为: 8FL按表查取精度等级GB10095-88将齿轮精度分为三个公差组:第公差组 反映运动精度,即运动的准确性;第公差组 反映工作平稳性精度;第公差组 反映接触精度,影响载荷分布的均匀性。每个公差组有12个精度等级,1级最高,12级最低。常用69级。且三个公差组可取不同等级。14三、齿轮的材料、热处理与毛坯三、齿轮的材料、热处理与毛坯1齿轮的材料及热处理齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响,选择时主要考虑齿轮的工作条件、结构尺寸、失效形式(如折断、磨损或点蚀等),使其具有良好的力学性能。常用的齿轮材料及其热处理方法
6、有:15齿轮加工中根据不同的目的,安排两类热处理工序。(1)毛坯热处理 在齿坯加工前后安排预备热处理 正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余应力,改善材料的切削性能和提高综合力学性能。 (2)齿面热处理 齿形加工完毕后,为提高齿面的硬度和耐磨性,常进行渗碳淬火,高频淬火,碳氮共渗和氮化处理等热处理工序。 16 中碳钢(如45钢) 进行调质或表面淬火,综合力学性能较好,用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。 合金调质钢(如40Cr) 进行调质或表面淬火,综合力学性能更好,且热处理变形小,适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。 合金渗碳钢(如20Cr,20CrMnTi) 进行渗碳淬
7、火或液体碳氮共渗,齿面硬度可达58HRC,且心部有较高韧性,适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮。 铸铁及其他非金属材料(如尼龙、夹布胶木等)。这些材料强度低、易加工,适用于一些轻载的齿轮。172齿轮毛坯齿轮毛坯的选择取决于齿轮的材料、结构形式与尺寸、使用条件及生产批量等因素。常用的齿轮毛坯有:(1) 下料件 用于一些不重要,受力不大且尺寸较小,结构简单的齿轮。(2) 锻件 用于重要而受力较大的齿轮。(3) 铸钢件 用于直径大或结构形状复杂,不宜锻造的齿轮。(4) 铸铁件 用于受力小,无冲击的开式传动的齿轮。18一、齿坯加工一、齿坯加工齿坯的外圈、端面及孔常作为齿形加工、测量和装配的基准。齿坯
8、加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。1、齿坯加工精度对齿轮孔的尺寸精度和形状精度;孔和端面的位置精度;齿坯外圆精度;齿形加工之前的齿轮加工称为齿坯加工。见P258表7-2、表7-3、表7-4192、齿坯加工方案齿坯加工方案的选择主要与齿轮的轮体结构、技术要求和生产批量等因素有关。1)中小批生产中的齿坯加工对于圆柱孔齿坯,可采用粗车各部分精加工内孔精车各部分的路线:(1)在卧式车床上粗车齿轮各部分;(2)在一次安装中精车内孔和基准端面,以保证基准端面对内孔的跳动要求;(3)以内孔在心轴上定位,精车外圆、端面及其它部分。对于花键孔齿坯,采用粗车拉精车的加工方案。202)大批量生产中的齿坯加工无论花
9、键孔或圆柱孔,均采用高生产率的机床(如拉床、多轴自动或多刀半自动车床等),其加工方案如下:(1)以外圆定位加工端面和孔(留拉削余量);(2)以端面支承拉孔;(3)以孔在芯轴上定位,在多刀半自动车床上粗车外圆、端面和切槽;(4)不卸下芯轴,在另一台车床上续精车外圆、端面、切槽和倒角。21二、齿形二、齿形加工方法加工方法无切屑加工:热轧、冷轧等无切屑加工:热轧、冷轧等有切屑加工有切屑加工成形法成形法展成法展成法221、齿形加工原理、齿形加工原理(1)成形法)成形法(2)展成法(范成法)展成法(范成法) 用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀具切出齿形的方法
10、。如铣齿、成形法磨齿等。具切出齿形的方法。如铣齿、成形法磨齿等。 利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具:滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等齿轮刀具:滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等231 1成形成形法法成形法是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具,在齿坯上加工出齿面的方法。成形铣削一般在普通铣床上进行,如图所示。24用成形法加工齿轮时采用的刀具是盘状模数铣刀和指状模数铣刀。25铣削时工件安装在分度头上,铣刀旋转对工件进行切削加工,工作台作直线进给运动,加工完一个齿槽,分度头将工件转过一定角度,再加工另一个齿槽,依次加工出所有齿槽。当加工模数大于8mm的齿轮
11、时,采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度,使其等于齿轮的螺旋角工件在随工作台进给的同时,由分度头带动作附加旋转运动而形成螺旋齿槽。成形法铣齿一般用于单件小批生产和机修工作中,加工精度为9-12级,齿面粗糙度数值为Ra6.3-3.2m的直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮。26272 2展成法展成法展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的,即把齿轮副(齿条一齿轮或齿轮一齿轮)中的一个制作为刀具,另一个则为工件,并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。28 在滚齿机上滚齿加工的过程,相当于一对交错轴斜齿在滚齿机上滚齿加工的过程,相当于一对交错轴斜齿轮互
12、相啮合运动的过程,如图轮互相啮合运动的过程,如图a a所示,只是其中一个斜齿轮所示,只是其中一个斜齿轮的齿数极少,且分度圆上的螺旋升角也很小,所以它便成的齿数极少,且分度圆上的螺旋升角也很小,所以它便成为如图为如图b b中所示的蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背、淬火、刃磨,中所示的蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背、淬火、刃磨,便成为如图便成为如图c c中的齿轮滚刀。中的齿轮滚刀。29齿形加工常齿形加工常用加工方法用加工方法(1)铣齿)铣齿 (2)插齿)插齿(3)滚齿)滚齿(4)剃齿)剃齿 (5)珩齿)珩齿(6)磨齿)磨齿成形法磨齿原理成形法磨齿原理展成法磨齿原理展成法磨齿原理30滚齿滚齿1、滚齿工艺特点、滚齿
13、工艺特点滚齿加工的通用性较好:可加工圆柱、蜗轮、渐开线滚齿加工的通用性较好:可加工圆柱、蜗轮、渐开线齿形、圆弧或摆线齿形、大小模数、大小直径齿轮齿形、圆弧或摆线齿形、大小模数、大小直径齿轮滚齿可直接加工滚齿可直接加工8-9级精度齿轮,也可用作级精度齿轮,也可用作7级精度以上级精度以上齿轮的粗加工和半精加工,齿轮的粗加工和半精加工,Ra3.2-1.6滚齿可获得较高的运动精度滚齿可获得较高的运动精度.滚齿应用范围较广,可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等,但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。312、滚齿原理及所需运动、滚齿原理及所需运动 用齿轮滚刀加工齿轮的过程,相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程。1
14、.主运动 滚刀的旋转运动。2.分齿运动 滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动。3.垂直进给运动 为切出整个齿宽,滚刀需要沿工件的轴向作进给移动,即为垂直进给运动。32插齿插齿1、插齿原理、插齿原理加工原理:按展成法原理加工齿轮的,插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮。应用:插齿多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等,但不能加工蜗轮。332,插齿主要运动,插齿主要运动2)分齿展成运动插齿刀与工件间应保证正确的啮合关系。插齿刀每往复一次,工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给运动。3)径向进给运动插齿时,为
15、逐步切至全齿深,插齿刀应该有径向进给运动。4)让刀运动插齿刀做上下往复运动时,向下是工作行程。为了避免刀具檫伤已加工的齿面并减少刀齿的磨损,在插齿刀向上运动时,工作台带动工件退出切削区异端距离,插齿刀工作行程时,工件恢复原位。1)切削运动即插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程,向上的返回行程是空行程。(主运动)34滚齿插齿齿形精度齿面Ra运动精度高小差低大好3,插齿与滚齿工艺特点比较,插齿与滚齿工艺特点比较35滚齿插齿加工模数大齿轮生产率加工模数小齿轮生产率应用范围低高双联或多联齿轮人字齿内齿轮斜齿高低单联齿轮斜齿蜗轮36条件剃齿刀与工件轴线间必须构成轴交角加工原理:根据一对螺旋角不等的螺
16、旋齿轮啮合的原理,剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度,如图9-7a所示,剃齿刀为主动轮1,被切齿轮为从动轮2,它们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。剃齿剃齿1、剃齿原理与、剃齿原理与方法方法剃齿原理37特点特点:1)剃齿加工精度一般为67级,表面粗糙度Ra为0.80.4m,用于未淬火齿轮的精加工。2)剃齿加工的生产率高,加工一个中等尺寸的齿轮一般只需24 min,与磨齿相比较,可提高生产率10倍以上。3)由于剃齿加工是自由啮合,机床无展成运动传动链,故机床结构简单,机床调整容易。38剃齿后:工作平稳精度接触精度Ra明显较大改善2、剃齿的应用、剃齿的应用剃齿是非淬火齿轮精加工方法,或淬硬
17、齿轮的半精加工方法。运动精度无明显提高391、珩齿原理与特点珩齿原理与特点原理运动刀具与剃齿相似与剃齿相同与剃齿不同特点A、齿面质量好B、修正误差能力低C、主要用于减小Ra,去除热处理后齿面上的氧化皮及毛刺。珩齿40原理原理特点特点1)精加工淬硬精密()精加工淬硬精密(5级以上)齿轮;级以上)齿轮;2)采用强制性的传动链)采用强制性的传动链3)加工精度高,可达)加工精度高,可达6-3级、级、 Ra0.8-0.24)对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力)对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力 多用于多用于硬齿面硬齿面高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀 等齿轮刀具的精加工。等齿
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