第一節(jié) 概述
一、 齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點
齒輪傳動在現(xiàn)代機器和儀器中的應用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力，
圓柱齒輪加工與工藝
。齒輪的結(jié)構(gòu)由于使用要求不同而具有各種不同的形狀，但從工藝角度可將齒輪看成是由齒圈和輪體兩部分構(gòu)成。按照齒圈上輪齒的分布形式，可分為直齒、斜齒、人字齒等；按照輪體的結(jié)構(gòu)特點，齒輪大致分為盤形齒輪、套筒齒輪、軸齒輪、扇形齒輪和齒條等等，如圖9－1所示。
在上述各種齒輪中，以盤形齒輪應用最廣。盤形齒輪的內(nèi)孔多為精度較高的圓柱孔和花鍵孔。其輪緣具有一個或幾個齒圈。單齒圈齒輪的結(jié)構(gòu)工藝性最好，可采用任何一種齒形加工方法加工輪齒；雙聯(lián)或三聯(lián)等多齒圈齒輪(圖9－1b、c)。當其輪緣間的軸向距離較小時，小齒圈齒形的加工方法的選擇就受到限制，通常只能選用插齒。如果小齒圈精度要求高，需要精滾或磨齒加工，而軸向距離在設(shè)計上又不允許加大時，可將此多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)，以改善加工的工藝性。
二、齒輪的技術(shù)要求
齒輪本身的制造精度，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動應滿足以下幾個方面的要求。
（一）傳遞運動準確性
要求齒輪較準確地傳遞運動，傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。
（二）傳遞運動平穩(wěn)性
要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。
（三）載荷分布均勻性
要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。
（四）傳動側(cè)隙的合理性
要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。
齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高；對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動和讀數(shù)機構(gòu)用的齒輪，則應嚴格控制齒側(cè)間隙，必要時，須消除間隙。
B10095?88中對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級，從1~12順次降低。其中1~2級是有待發(fā)展的精度等級，3~5級為高精度等級，6~8級為中等精度等級，9級以下為低精度等級。每個精度等級都有三個公差組,分別規(guī)定出各項公差和偏差項目，見表9?1。
表9—1齒輪公差組
公差組
公差及偏差項目
對傳動性能的影響
Ⅰ
F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw
傳遞運動準確性
Ⅱ
f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb
傳動平穩(wěn)性、噪聲、振動
Ⅲ
△Fβ、△Fpx
承載均勻性
第一節(jié) 概述一、 齒輪的功用與結(jié)構(gòu)特點
齒輪傳動在現(xiàn)代機器和儀器中的應用極為廣泛，其功用是按規(guī)定的速比傳遞運動和動力。
齒輪的結(jié)構(gòu)由于使用要求不同而具有各種不同的形狀，但從工藝角度可將齒輪看成是由齒圈和輪體兩部分構(gòu)成。按照齒圈上輪齒的分布形式，可分為直齒、斜齒、人字齒等；按照輪體的結(jié)構(gòu)特點，齒輪大致分為盤形齒輪、套筒齒輪、軸齒輪、扇形齒輪和齒條等等，如圖9－1所示。
在上述各種齒輪中，以盤形齒輪應用最廣。盤形齒輪的內(nèi)孔多為精度較高的圓柱孔和花鍵孔。其輪緣具有一個或幾個齒圈。單齒圈齒輪的結(jié)構(gòu)工藝性最好，可采用任何一種齒形加工方法加工輪齒；雙聯(lián)或三聯(lián)等多齒圈齒輪(圖9－1b、c)。當其輪緣間的軸向距離較小時，小齒圈齒形的加工方法的選擇就受到限制，通常只能選用插齒。如果小齒圈精度要求高，需要精滾或磨齒加工，而軸向距離在設(shè)計上又不允許加大時，可將此多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu)，以改善加工的工藝性。
二、齒輪的技術(shù)要求
齒輪本身的制造精度，對整個機器的工作性能、承載能力及使用壽命都有很大的影響。根據(jù)其使用條件，齒輪傳動應滿足以下幾個方面的要求。
（一）傳遞運動準確性
要求齒輪較準確地傳遞運動，傳動比恒定。即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)角誤差不超過一定范圍。
（二）傳遞運動平穩(wěn)性
要求齒輪傳遞運動平穩(wěn)，以減小沖擊、振動和噪聲。即要求限制齒輪轉(zhuǎn)動時瞬時速比的變化。
（三）載荷分布均勻性
要求齒輪工作時，齒面接觸要均勻，以使齒輪在傳遞動力時不致因載荷分布不勻而使接觸應力過大，引起齒面過早磨損。接觸精度除了包括齒面接觸均勻性以外，還包括接觸面積和接觸位置。
（四）傳動側(cè)隙的合理性
要求齒輪工作時，非工作齒面間留有一定的間隙，以貯存潤滑油，補償因溫度、彈性變形所引起的尺寸變化和加工、裝配時的一些誤差。
齒輪的制造精度和齒側(cè)間隙主要根據(jù)齒輪的用途和工作條件而定。對于分度傳動用的齒輪，主要要求齒輪的運動精度較高；對于高速動力傳動用齒輪，為了減少沖擊和噪聲，對工作平穩(wěn)性精度有較高要求；對于重載低速傳動用的齒輪，則要求齒面有較高的接觸精度，以保證齒輪不致過早磨損；對于換向傳動和讀數(shù)機構(gòu)用的齒輪，則應嚴格控制齒側(cè)間隙，必要時，須消除間隙。
B10095?88中對齒輪及齒輪副規(guī)定了12個精度等級，從1~12順次降低。其中1~2級是有待發(fā)展的精度等級，3~5級為高精度等級，6~8級為中等精度等級，9級以下為低精度等級。每個精度等級都有三個公差組,分別規(guī)定出各項公差和偏差項目，見表9?1。
表9—1齒輪公差組
公差組
公差及偏差項目
對傳動性能的影響
Ⅰ
F’i、△Fp(△Fpk)、△F”i、△Fr、△Fw
傳遞運動準確性
Ⅱ
f’I、△ff、△fpt、△fpb、△f”I、△fpb
傳動平穩(wěn)性、噪聲、振動
Ⅲ
△Fβ、△Fpx
承載均勻性
三、齒輪的材料、熱處理和毛坯
（一）齒輪的材料與熱處理
1．材料的選擇
齒輪應按照使用時的工作條件選用合適的材料。齒輪材料的合適與否對齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響。
一般來說，對于低速重載的傳力齒輪，齒面受壓產(chǎn)生塑性變形和磨損，且輪齒易折斷。應選用機械強度、硬度等綜合力學性能較好的材料，如18CrMnTi；線速度高的傳力齒輪，齒面容易產(chǎn)生疲勞點蝕，所以齒面應有較高的硬度，可用38CrMoAlA氮化鋼；承受沖擊載荷的傳力齒輪，應選用韌性好的材料，如低碳合金鋼18CrMnTi；非傳力齒輪可以選用不淬火鋼，鑄鐵、夾布膠木、尼龍等非金屬材料。一般用途的齒輪均用45鋼等中碳結(jié)構(gòu)鋼和低碳結(jié)構(gòu)鋼如20Cr、40Cr、20CrMnTi等制成。
2．齒輪的熱處理
齒輪加工中根據(jù)不同的目的，安排兩類熱處理工序。
(1)毛坯熱處理在齒坯加工前后安排預備熱處理—正火或調(diào)質(zhì)。其主要目的是消除鍛造及粗加工所引起的殘余應力，改善材料的切削性能和提高綜合力學性能。
(2)齒面熱處理齒形加工完畢后，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進行滲碳淬火，高頻淬火，碳氮共滲和氮化處理等熱處理工序。
（二）齒輪毛坯
齒輪毛坯形式主要有棒料、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸、結(jié)構(gòu)簡單且對強度要求不太高的齒輪。當齒輪強度要求高，并要求耐磨損、耐沖擊時，多用鍛件毛坯。當齒輪的直徑大于Φ400~Φ600時，常用鑄造齒坯。為了減少機械加工量，對大尺寸、低精度的齒輪，可以直接鑄出輪齒；對于小尺寸，形狀復雜的齒輪，可以采用精密鑄造、壓力鑄造、精密鍛造、粉末冶金、熱軋和冷擠等新工藝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
齒形加工之前的齒輪加工稱為齒坯加工，齒坯的內(nèi)孔(或軸頸)、端面或外圓經(jīng)常是齒輪加工、測量和裝配的基準，齒坯的精度對齒輪的加工精度有著重要的影響。因此，齒坯加工在整個齒輪加工中占有重要的地位。
（一）齒坯加工精度
齒坯加工中，主要要求保證的是基準孔(或軸頸)的尺寸精度和形狀精度、基準端面相對于基準孔(或軸頸)的位置精度。不同精度的孔(或軸頸)的齒坯公差以及表面粗糙度等要求分別列于表9—2、表9—3和表9—4中。
表9—2齒坯公差
齒輪精度等級①
5
6
7
8
9
孔尺寸公差
形狀公差
IT5
IT6
IT7
IT8
軸尺寸公差
形狀公差
IT5
IT6
IT7
頂圓直徑②
IT7
IT8
IT8
①當三個公差組的精度等級不同時，按最高精度等級確定公差值。
②當頂圓不作為測量齒厚基準時，尺寸公差按IT11給定，但應小于0．1mm。
表9—3齒輪基準面徑向和端面圓跳動公差(μm)
分度圓直徑(mm)
精度等級
大于
到
1和2
3 和4
5 和6
7 和8
9 和12
0
125
2．8
7
11
18
28
125
400
3．6
9
14
22
36
400
800
5．0
12
20
32
50
表9—4齒坯基準面的表面粗糙度參數(shù)Ra(μm)
精度等級
3
4
5
6
7
8
9
10
孔
頸端
端面
頂圓
≤0.2
≤0.1
0.2~0.1
≤0.2
0.2~0.1
0.4~0.2
0.4~0.2
≤0.2
0.6~0.4
≤0.8
≤0.4
0.6~0.3
1.6~0.8
≤0.8
1.6~0.8
≤1.6
≤1.6
3.2~1.6
≤3.2
≤1.6
≤3.2
≤3.2
≤1.6
≤3.2
（二）齒坯加工方案
齒坯加工方案的選擇主要與齒輪的輪體結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量等因素有關(guān)。對軸、套筒類齒輪的齒坯，其加工工藝與一般軸、套筒零件的加工工藝相類同。下面主要對盤齒輪的齒坯加工方案作一介紹。
1.中、小批生產(chǎn)的齒坯加工
中小批生產(chǎn)盡量采用通用機床加工。對于圓柱孔齒坯，可采用粗車—精車的加工方案：
（1）在臥式車床上粗車齒輪各部分；
（2）在一次安裝中精車內(nèi)孔和基準端面，以保證基準端面對內(nèi)孔的跳動要求；
（3）以內(nèi)孔在心軸上定位，精車外圓、端面及其它部分。
對于花鍵孔齒坯，采用粗車—拉—精車的加工方案。
2.大批量生產(chǎn)的齒坯加工
大批量生產(chǎn)中，無論花鍵孔或圓柱孔，均采用高生產(chǎn)率的機床(如拉床、多軸自動或多刀半自動車床等)，其加工方案如下：
（1）以外圓定位加工端面和孔(留拉削余量)；
（2）以端面支承拉孔；
（3）以孔在芯軸上定位，在多刀半自動車床上粗車外圓、端面和切槽；
（4）不卸下芯軸，在另一臺車床上續(xù)精車外圓、端面、切槽和倒角，如圖9—2所示。
第二節(jié) 圓柱齒輪齒形加工方法和加工方案
一個齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個加工過程都是圍繞著齒形加工工序服務的。齒形加工方法很多，按加工中有無切削，可分為無切削加工和有切削加工兩大類。
無切削加工包括熱軋齒輪、冷軋齒輪、精鍛、粉末冶金等新工藝。無切削加工具有生產(chǎn)率高，材料消耗少、成本低等一系列的優(yōu)點，目前已推廣使用。但因其加工精度較低，工藝不夠穩(wěn)定，特別是生產(chǎn)批量小時難以采用，這些缺點限制了它的使用。
齒形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齒形的主要加工方法。按其加工原理可分為成形法和展成法兩種。
成形法的特點是所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同，如圖9-3所示。用成形原理加工齒形的方法有：用齒輪銑刀在銑床上銑齒、用成形砂輪磨齒、用齒輪拉刀拉齒等方法。這些方法由于存在分度誤差及刀具的安裝誤差，所以加工精度較低，一般只能加工出9~10級精度的齒輪。此外，加工過程中需作多次不連續(xù)分齒，生產(chǎn)率也很低。因此，主要用于單件小批量生產(chǎn)和修配工作中加工精度不高的齒輪。
展成法是應用齒輪嚙合的原理來進行加工的，用這種方法加工出來的齒形輪廓是刀具切削刃運動軌跡的包絡線。齒數(shù)不同的齒輪，只要模數(shù)和齒形角相同，都可以用同一把刀具來加工。用展成原理加工齒形的方法有：滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等方法。其中剃齒、珩齒和磨齒屬于齒形的精加工方法。展成法的加工精度和生產(chǎn)率都較高，刀具通用性好，所以在生產(chǎn)中應用十分廣泛。
一、滾齒
（一）滾齒的原理及工藝特點
滾齒是齒形加工方法中生產(chǎn)率較高、應用最廣的一種加工方法。在滾齒機上用齒輪滾刀加工齒輪的原理，相當于一對螺旋齒輪作無側(cè)隙強制性的嚙合，見圖9-24所示。滾齒加工的通用性較好,既可加工圓柱齒輪，又能加工蝸輪；既可加工漸開線齒形，又可加工圓弧、擺線等齒形；既可加工大模數(shù)齒輪，大直徑齒輪。
滾齒可直接加工8~9級精度齒輪，也可用作7 級以上齒輪的粗加工及半精加工。滾齒可以獲得較高的運動精度，但因滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，因而齒面的表面粗糙度較粗。為了提高滾齒的加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗精滾齒分開。
（二）滾齒加工質(zhì)量分析
1.影響傳動精度的加工誤差分析
影響齒輪傳動精度的主要原因是在加工中滾刀和被切齒輪的相對位置和相對運動發(fā)生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產(chǎn)生齒輪的徑向誤差；相對運動的變化(運動偏心)產(chǎn)生齒輪的切向誤差。
(1)齒輪的徑向誤差齒輪徑向誤差是指滾齒時，由于齒坯的實際回轉(zhuǎn)中心與其基準孔中心不重合，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的周節(jié)累積公差，如圖9—4所示。
齒輪的徑向誤差一般可通過測量齒圈徑向跳動△Fr反映出來。切齒時產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因如下：
①調(diào)整夾具時，心軸和機床工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合。
②齒坯基準孔與心軸間有間隙，裝夾時偏向一邊。
③基準端面定位不好，夾緊后內(nèi)孔相對工作臺回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏心。
(2)齒輪的切向誤差齒輪的切向誤差是指滾齒時，實際齒廓相對理論位置沿圓周方向(切向)發(fā)生位移，如圖9-5所示。當齒輪出現(xiàn)切向位移時，可通過測量公法線長度變動公差△Fw來反映。
切齒時產(chǎn)生齒輪切向誤差的主要原因是傳動鏈的傳動誤差造成的。在分齒傳動鏈的各傳動元件中，對傳動誤差影響最大的是工作臺下的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中與工作臺回轉(zhuǎn)中心不重合（運動偏心），使工作臺回轉(zhuǎn)中發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差，并復映給齒輪。其次，影響傳動誤差的另一重要因素是分齒掛輪的制造和安裝誤差，這些誤差也以較大的比例傳遞到工作臺上。
2.影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分析
影響齒輪傳動工作平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的齒形誤差△ff和基節(jié)偏差△fpb。齒形誤差會引起每對齒輪嚙合過程中傳動比的瞬時變化；基節(jié)偏差會引起一對齒過渡到另一對齒嚙合時傳動比的突變。齒輪傳動由于傳動比瞬時變化和突變而產(chǎn)生噪聲和振動，從而影響工作平穩(wěn)性精度�！ L齒時，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。下面分別進行討論。
(1)齒形誤差
齒形誤差主要是由于齒輪滾刀的制造刃磨誤差及滾刀的安裝誤差等原因造成的，因此在滾刀的每一轉(zhuǎn)中都會反映到齒面上。常見的齒形誤差有如圖9-6所示的各種形式。圖a為齒面出棱、圖b為齒形不對稱、圖c為齒形角誤差、圖d為齒面上的周期性誤差、圖e為齒輪根切。
由于齒輪的齒面偏離了正確的漸開線，使齒輪傳動中瞬時傳動比不穩(wěn)定，影響齒輪的工作平穩(wěn)性。
(2)基節(jié)極限偏差滾齒時，齒輪的基節(jié)極限偏差主要受滾刀基節(jié)偏差的影響。滾刀基節(jié)的計算式為：
pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0
式中：pb0――滾刀基節(jié)；
pn0――滾刀法向齒距；
pt0――滾刀軸向齒距；
α0――滾刀法向齒形角；
λ0――滾刀分度圓螺旋升角，一般很小，因此cosλ0≈1。
由上式可見，為減少基節(jié)偏差，滾刀制造時應嚴格控制軸向齒距及齒形角誤差，同時對影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差也
要加以控制。
3.影響齒輪接觸精度的加工誤差分析
齒輪齒面的接觸狀況直接影響齒輪傳動中載荷分布的均勻性。滾齒時，影響齒高方向的接觸精度的主要原因是齒形公差△ff和基節(jié)極限偏差△fpb。影響齒寬方向的接觸精度的主要原因是齒向公差△Fβ。產(chǎn)生齒向公差的主要原因：
（1）滾齒機刀架導軌相對于工作臺回轉(zhuǎn)軸線存在平行度誤差，如9―7所示。
（2）齒坯裝夾歪斜 由于心軸、齒坯基準端面跳動及墊圈兩端面不平行等引起的齒坯安裝歪斜，會產(chǎn)生齒向誤差，如圖9－8所示。
（3）滾切斜齒輪時，除上述影響因素外，機床差動掛輪計算的誤差，也會影響齒輪的齒向誤差。
4.提高滾齒生產(chǎn)率的途徑
（1）高速滾齒
近年來，我國已開始設(shè)計和制造高速滾齒機，同時生產(chǎn)出鋁高速鋼（MO5Al）滾刀。滾齒速度由一般v=30m/min提高到v=100m/min以上，軸向進給量 f=1.38mm/r～2.6mm/r，使生產(chǎn)率提高25%。
國外用高速鋼滾刀滾齒速度已提高到100 m/min～150 m/min；硬質(zhì)合金滾刀已試驗到400 m/min以上。總之，高速滾齒具有一定的發(fā)展前途。
（2）采用多頭滾刀可明顯提高生產(chǎn)率，但加工精度較低，齒面粗糙，因而多用于粗加工中。當齒輪加工精度要求較高時，可采用大直徑滾刀，使參加展成運動的刀齒數(shù)增加，加工齒面粗糙度較細。
（3）改進滾齒加工方法
a．多件加工 將幾個齒坯串裝在心軸上加工，可以減少滾刀對每個齒坯的切入切出時間及裝卸時間。
b.采用徑向切入 滾齒時滾刀切入齒坯的方法有兩種：徑向切入和軸向切入。徑向切入比軸向切入行程短，可節(jié)省切入時間，對大直徑滾刀滾齒時尤為突出。
c.采用軸向竄刀和對角滾齒 滾刀參與切削的刀齒負荷不等，磨損不均，當負荷最重的刀齒磨損到一定程度時，應將滾刀沿其軸向移動一段距離（即軸向竄刀）后繼續(xù)切削，以提高刀具的使用壽命。
對角滾齒是滾刀在沿齒坯軸向進給的同時，還沿滾刀刀桿軸向連續(xù)移動，兩種運動的合成，使齒面形成對角線刀痕，不僅降低了齒面粗糙度，而且使刀齒磨損均勻，提高了刀具的使用壽命和耐用度，如圖9－9所示。
二、插齒
（一）插齒原理及運動
1．插齒原理
從插齒過程的原理上分析，如圖9－10所示，插齒刀相當于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合。插齒刀實質(zhì)上就是一個磨有前后角并具有切削刃的齒輪
2．插齒的主要運動有：
（1）切削運動：插齒刀的上、下往復運動。
（2）分齒展成運動：插齒刀與工件之間應保持正確的嚙合關(guān)系。插齒刀往復一次，工件相對刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過的弧長為加工時的圓周進給量，故刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進給過程。
（3）徑向進給運動：插齒時，為逐步切至全齒深，插齒刀應有徑向進給量fr。
（4）讓刀運動：插齒刀作上下往復運動時，向下是切削行程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒的磨損，在插齒刀向上運動時，工作臺帶動工件退出切削區(qū)一段距離（徑向）。插齒刀工作行程時，工作臺再恢復原位。
(二)插齒的工藝特點
插齒和滾齒相比，在加工質(zhì)量，生產(chǎn)率和應用范圍等方面都有其特點。
1.插齒的加工質(zhì)量
（1）插齒的齒形精度比滾齒高 滾齒時，形成齒形包絡線的切線數(shù)量只與滾刀容屑槽的數(shù)目和基本蝸桿的頭數(shù)有關(guān)，它不能通過改變加工條件而增減；但插齒時，形成齒形包絡線的切線數(shù)量由圓周進給量的大小決定，并可以選擇。此外，制造齒輪滾刀時是近似造型的蝸桿來替代漸開線基本蝸桿，這就有造形誤差。而插齒刀的齒形比較簡單，可通過高精度磨齒獲得精確的漸開線齒形。所以插齒可以得到較高的齒形精度。
（2）插齒后齒面的粗糙度比滾齒細 這是因為滾齒時，滾刀在齒向方向上作間斷切削，形成如圖9－11a所示的魚鱗狀波紋；而插齒時插齒刀沿齒向方向的切削是連續(xù)的，如圖9－11b所示。所以插齒時齒面粗糙度較細。
（3）插齒的運動精度比滾齒差 這是因為插齒機的傳動鏈比滾齒機多了一個刀具蝸輪副，即多了一部分傳動誤差。另外，插齒刀的一個刀齒相應切削工件的一個齒槽，因此，插齒刀本身的周節(jié)累積誤差必然會反映到工件上。而滾齒時，因為工件的每一個齒槽都是由滾刀相同的2～3圈刀齒加工出來，故滾刀的齒距累積誤差不影響被加工齒輪的齒距精度，所以滾齒的運動精度比插齒高。
（4）插齒的齒向誤差比滾齒大 插齒時的齒向誤差主要決定于插齒機主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差。由于插齒刀工作時往復運動的頻率高，使得主軸與套筒之間的磨損大，因此插齒的齒向誤差比滾齒大。所以就加工精度來說，對運動精度要求不高的齒輪，可直接用插齒來進行齒形精加工，而對于運動精度要求較高的齒輪和剃前齒輪（剃齒不能提高運動精度），則用滾齒較為有利。
2．插齒的生產(chǎn)率 切制模數(shù)較大的齒輪時，插齒速度要受到插齒刀主軸往復運動慣性和機床剛性的制約；切削過程又有空程的時間損失，故生產(chǎn)率不如滾齒高。只有在加工小模數(shù)、多齒數(shù)并且齒寬較窄的齒輪時，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高。.
3．滾插齒的應用范圍：
（1）加工帶有臺肩的齒輪以及空刀槽很窄的雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，只能用插齒。這是因為：插齒刀“切出”時只需要很小的空間，而滾齒則滾刀會與大直徑部位發(fā)生干涉。
（2）加工無空刀槽的人字齒輪，只能用插齒；
（3）加工內(nèi)齒輪，只能用插齒。
（4）加工蝸輪，只能用滾齒。
（5）加工斜齒圓柱齒輪，兩者都可用。但滾齒比較方便。插制斜齒輪時，插齒機的刀具主軸上須設(shè)有螺旋導軌，來提供插齒刀的螺旋運動，并且要使用專門的斜齒插齒刀，所以很不方便。
（三）提高插齒生產(chǎn)率的途徑
1.提高圓周進給量可減少機動時間，但圓周進給量和空行程時的讓刀量成正比，因此，必須解決好刀具的讓刀問題。
2.挖掘機床潛力增加往復行程次數(shù)，采用高速插齒。
有的插齒機每分鐘往復行程次數(shù)可達1200～1500次/min，最高的可達到2500次/min。比常用的提高了3～4倍，使切削速度大大提高，同時也能減少插齒所需的機動時間。
3.改進刀具參數(shù)，提高插齒刀的耐用度，充分發(fā)揮插齒刀的切削性能。如采用W18Cr4V插齒刀，切削速度可達到60m/min；加大前角至15°，后角至9°，可提高耐用度3倍；在前刀面磨出1～1.5 mm寬的平臺，也可提高耐用度30%左右。
三、剃齒
(一)剃齒原理
剃齒加工是根據(jù)一對螺旋角不等的螺旋齒輪嚙合的原理，剃齒刀與被切齒輪的軸線空間交叉一個角度，如圖9－12a所示，剃齒刀為主動輪1，被切齒輪為從動輪2，它們的嚙合為無側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運動。在嚙合傳動中，由于軸線交叉角“φ”的存在，齒面間沿齒向產(chǎn)生相對滑移，此滑移速度v切=(vt2-vt1)即為剃齒加工的切削速度。剃齒刀的齒面開槽而形成刀刃，通過滑移速度將齒輪齒面上的加工余量切除。由于是雙面嚙合，剃齒刀的兩側(cè)面都能進行切削加工，但由于兩側(cè)面的切削角度不同，一側(cè)為銳角，切削能力強；另一側(cè)為鈍角，切削能力弱，以擠壓擦光為主，故對剃齒質(zhì)量有較大影響。為使齒輪兩側(cè)獲得同樣的剃削條件，則在剃削過程中，剃齒刀做交替正反轉(zhuǎn)運動。
剃齒加工需要有以下幾種運動：
1.剃齒刀帶動工件的高速正、反轉(zhuǎn)運動―基本運動。
2.工件沿軸向往復運動－使齒輪全齒寬均能剃出
3.工件每往復一次做徑向進給運動－以切除全部余量。
綜上所述，剃齒加工的過程是剃齒刀與被切齒輪在輪齒雙面緊密嚙合的自由展成運動中，實現(xiàn)微細切削過程，而實現(xiàn)剃齒的基本條件是軸線存在一個交叉角，當交叉角為零時，切削速度為零，剃齒刀對工件沒有切削作用。
（二）剃齒特點
1.剃齒加工精度一般為6～7級，表面粗糙度Ra為0.8～0.4μm，用于未淬火齒輪的精加工。
2.剃齒加工的生產(chǎn)率高，加工一個中等尺寸的齒輪一般只需2～4 min，與磨齒相比較，可提高生產(chǎn)率10倍以上。
3.由于剃齒加工是自由嚙合，機床無展成運動傳動鏈，故機床結(jié)構(gòu)簡單，機床調(diào)整容易。
（三）保證剃齒質(zhì)量應注意的幾個問題
1. 對剃前齒輪的加工要求
（1）剃前齒輪材料 要求材料密度均勻，無局部缺陷，韌性不得過大，以免出現(xiàn)滑刀和啃切現(xiàn)象，影響表面粗糙度。剃前齒輪硬度在22 ～32HRC范圍內(nèi)較合適。
（2）剃前齒輪精度 由于剃齒是“自由嚙合”，無強制的分齒運動，故分齒均勻性無法控制。由于剃前齒圈有徑向誤差，在開始剃齒時，剃齒刀只能與工件上距旋轉(zhuǎn)中心較遠的齒廓做無側(cè)隙嚙合的剃削，而與其它齒則變成有齒側(cè)間隙，但此時無剃削作用。連續(xù)徑向進給，其它齒逐漸與刀齒作無側(cè)隙嚙合。結(jié)果齒圈原有的徑向跳動減少了，但齒廓的位置沿切向發(fā)生了新的變化，公法線長度變動量增加。故剃齒加工不能修正公法線長度變動量。雖對齒圈徑向跳動有較強的修正能力，但為了避免由于徑向跳動過大而在剃削過程中導致公法線長度的進一步變動，從而要求剃前齒輪的徑向誤差不能過大。除此以外，剃齒對齒輪其它各項誤差均有較強的修正能力。
分析得知，剃齒對第一公差組的誤差修正能力較弱，因此要求齒輪的運動精度在剃前不能低于剃后要求，特別是公法線長度變動量應在剃前保證；其它各項精度可比剃后低一級。
（3）剃齒余量 剃齒余量的大小，對加工質(zhì)量及生產(chǎn)率均有一定影響。余量不足，剃前誤差和齒面缺陷不能全部除去；余量過大，刀具磨損快，剃齒質(zhì)量反而變壞。表9—5可供選擇余量時參考。
表9－5剃齒余量(mm)
模數(shù)
剃齒余量
1～1.75
0.07
2～3
0.08
3.25～4
0.09
4～5
0.10
5.5～6
0.11
2.剃齒刀的選用
剃齒刀的精度分A、B、C三級，分別加工6、7、8級精度的齒輪，
工程
《圓柱齒輪加工與工藝》(http://www.oriental01.com)。剃齒刀分度圓直徑隨模數(shù)大小有三種：85 mm、180 mm、240 mm，其中240 mm 應用最普遍。分度圓螺旋角有5°、10°、15°三種，其中5°和10°兩種應用最廣。15°多用于加工直齒圓柱齒輪；5°多用于加工斜齒輪和多聯(lián)齒輪中的小齒輪。在剃削斜齒輪時，軸交叉φ不宜超過10°～20°，不然剃削效果不好。3.剃后的齒形誤差與剃齒刀齒廓修形
剃齒后的齒輪齒形有時出現(xiàn)節(jié)圓附近凹入，如圖9－13所示，一般在0.03 mm左右。被剃齒輪齒數(shù)越少，中凹現(xiàn)象嚴重。
為消除剃后齒面中凹現(xiàn)象，可將剃齒刀齒廓修形，需要通過大量實驗才能最后確定。也可采用專門的剃前滾刀滾齒后，再進行剃齒。
四、珩齒
淬火后的齒輪輪齒表面有氧化皮，影響齒面粗糙度，熱處理的變形也影響齒輪的精度。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，但也可以采用珩齒進行精加工。
珩齒原理與剃齒相似，珩輪與工件類似于一對螺旋齒輪呈無側(cè)隙嚙合，利用嚙合處的相對滑動，并在齒面間施加一定的壓力來進行珩齒。
珩齒時的運動和剃齒相同。即珩輪帶動工件高速正、反向轉(zhuǎn)動，工件沿軸向往復運動及工件徑向進給運動。與剃齒不同的是開車后一次徑向進給到預定位置，故開始時齒面壓力較大，隨后逐漸減小，直到壓力消失時珩齒便結(jié)束。
珩輪由磨料（通常80�！�180＃粒度的電剛玉）和環(huán)氧樹脂等原料混合后在鐵芯澆鑄而成。珩齒是齒輪熱處理后的一種精加工方法。
與剃齒相比較，珩齒具有以下工藝特點：
（1）珩輪結(jié)構(gòu)和磨輪相似，但珩齒速度甚低（通常為1～3m/s），加之磨粒粒度較細，珩輪彈性較大，故珩齒過程實際上是一種低速磨削、研磨和拋光的綜合過程。
（2）珩齒時，齒面間隙沿齒向有相對滑動外，沿齒形方向也存在滑動，因而齒面形成復雜的網(wǎng)紋，提高了齒面質(zhì)量，其粗糙度可從Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。
（3）珩輪彈性較大，對珩前齒輪的各項誤差修正作用不強。因此，對珩輪本身的精度要求不高，珩輪誤差一般不會反映到被珩齒輪上。
（4）珩輪主要用于去除熱處理后齒面上的氧化皮和毛刺。珩齒余量一般不超過0.025mm，珩輪轉(zhuǎn)速達到1000 r/min以上，縱向進給量為0.05 ～0.065mm/r。
（5）珩輪生產(chǎn)率甚高，一般一分鐘珩一個，通過3～5次往復即可完成。
五、磨齒
磨齒是目前齒形加工中精度最高的一種方法。它既可磨削未淬硬齒輪，也可磨削淬硬的齒輪。磨齒精度4～6級，齒面粗糙度為Ra0.8 ～0.2μm。對齒輪誤差及熱處理變形有較強的修正能力。多用于硬齒面高精度齒輪及插齒刀、剃齒刀等齒輪刀具的精加工。其缺點是生產(chǎn)率低，加工成本高，故適用于單件小批生產(chǎn)。
（一）磨齒原理及方法
根據(jù)齒面漸開線的形成原理，磨齒方法分為仿形法和展成法兩類。仿形法磨齒是用成形砂輪直接磨出漸開線齒形，目前應用甚少；展成法磨齒是將砂輪工作面制成假想齒條的兩側(cè)面，通過與工件的嚙合運動包絡出齒輪的漸開線齒面。
下面介紹幾種常用的磨齒方法：
1.錐面砂輪磨齒
采用這類磨齒方法的有Y7131 和Y7132型磨齒機。它們是利用假想齒條與齒輪的強制嚙合關(guān)系進行展成加工，如圖9－14所示
由于齒輪有一定的寬度，為了磨出全部齒面，砂輪還必須沿齒輪軸向作往復運動。軸向往復運動和展成運動結(jié)合起來使磨粒在齒面上的磨削軌跡，如圖9－15所示。
2.雙片蝶形砂輪磨齒
圖9－16所示雙片蝶形砂輪磨齒。
兩片蝶形砂輪磨齒構(gòu)成假想齒條的兩個側(cè)面。磨齒時砂輪只在原位回轉(zhuǎn)（n0）；工件作相應的正反轉(zhuǎn)動(n)和往復移動（v），形成展成運動。為了磨出工件全齒寬，工件還必須沿其軸線方向作慢速進給運動（f）。當一個齒槽的兩側(cè)面磨完后，工件快速退出砂輪，經(jīng)分度后再進入下一個齒槽位置的齒面加工。
上述展成運動可通過圖9－16b所示的機構(gòu)實現(xiàn)。通過圖中滑座7和框架2、滾圓盤3及鋼帶4所組成的滾圓盤鋼帶機構(gòu)，以實現(xiàn)工件正反轉(zhuǎn)動(n)與往復移動（v）的配合運動。工件慢速進給（f）由工作臺1的移動完成。
這種磨齒方法由于產(chǎn)生展成運動的傳動環(huán)節(jié)少、傳動鏈誤差小（砂輪磨損后有自動補償裝置予以補償）和分齒精度高，故加工精度可達4級。但由于碟形砂輪剛性差，切削深度較小，生產(chǎn)率低，故加工成本較高，適用于單件小批生產(chǎn)中外嚙合直齒和斜齒輪的高精度加工。
（二）提高磨齒精度和磨齒效率的措施
1．提高磨齒精度的措施
（1）合理選擇砂輪
砂輪材料選用白剛玉（WA），硬度以軟、中軟為宜。粒度則根據(jù)所用砂輪外形和表面粗糙度要求而定，一般在46�！�80＃的范圍內(nèi)選取。對蝸桿型砂輪，粒度應選得細一些。因為其展成速度較快，為保證齒面較低的粗糙度，粒度不宜較粗。此外，為保證磨齒精度，砂輪必須經(jīng)過精確平衡。
（2）提高機床精度
主要是提高工件主軸的回轉(zhuǎn)精度，如采用高精度軸承，提高分度盤的齒距精度，并減少其安裝誤差等。
（3）采用合理的工藝措施
主要有：按工藝規(guī)程進行操作；齒輪進行反復的定性處理和回火處理，以消除因殘余應力和機械加工而產(chǎn)生的內(nèi)應力；提高工藝基準的精度，減少孔和軸的配合間隙對工件的偏心影響；隔離振動源，防止外來干擾；磨齒時室溫保持穩(wěn)定，每磨一批齒輪，其溫差不大于1°C；精細修整砂輪，所用的金剛石必須鋒利，等等。
2．提高磨齒效率的措施
磨齒效率的提高主要是減少走刀次數(shù)，縮短行程長度及提高磨削用量等。常用措施如下：
（1）磨齒余量要均勻，以便有效地減少走刀次數(shù)；
（2）縮短展成長度，以便縮短磨齒時間。粗加工時可用無展成磨削；
（3）采用大氣孔砂輪，以增大磨削用量。
六、齒輪加工方案選擇
齒輪加工方案的選擇，主要取決于齒輪的精度等級、生產(chǎn)批量和熱處理方法等。下面提出齒輪加工方案選擇時的幾條原則，以供參考：
1.對于8級及8級以下精度的不淬硬齒輪，可用銑齒、滾齒或插齒直接達到加工精度要求。
2.對于8級及8級以下精度的淬硬齒輪，需在淬火前將精度提高一級，其加工方案可采用：滾（插）齒－齒端加工－齒面淬硬－修正內(nèi)孔。
3.對于6 ～7級精度的不淬硬齒輪，其齒輪加工方案：滾齒－剃齒。
4.對于6 ～7級精度的淬硬齒輪，其齒形加工一般有兩種方案：
（1）剃－珩磨方案
滾（插）齒－齒端加工－剃齒－
齒面淬硬－修正內(nèi)孔－珩齒。
（2）磨齒方案
滾（插）齒－齒端加工－齒面淬硬－修正內(nèi)孔－磨齒。
剃－珩方案生產(chǎn)率高，廣泛用于7級精度齒輪的成批生產(chǎn)中。磨齒方案生產(chǎn)率低，一般用于6級精度以上的齒輪。
5.對于5級及5級精度以上的齒輪，一般采用磨齒方案。
6.對于大批量生產(chǎn)，用滾（插）齒－冷擠齒的加工方案，可穩(wěn)定地獲得7級精度齒輪。
第三節(jié) 典型齒輪零件加工工藝分析
圓柱齒輪加工工藝過程常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀、精度等級、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件不同而采用不同的工藝方案。下面列出兩個精度要求不同的齒輪典型工藝過程供分析比較。
一、普通精度齒輪加工工藝分析
（一）工藝過程分析
圖9－17所示為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr，精度為7－6－6級，其加工工藝過程見表9－6。
從表中可見，齒輪加工工藝過程大致要經(jīng)過如下幾個階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準修正及齒形精加工等。
齒號
Ⅰ
Ⅱ
齒號
Ⅰ
Ⅱ
模數(shù)
2
2
基節(jié)偏差
±0.016
±0.016
齒數(shù)
28
42
齒形公差
0.017
0.018
精度等級
7GK
7JL
齒向公差
0.017
0.017
公法線長度變動量
0.039
0.024
公法線平均長度
21.36 0－0.05
27.6 0－0.05
齒圈徑向跳動
0.050
0.042
跨齒數(shù)
4
5
表9－6雙聯(lián)齒輪加工工藝過程
序號
工序內(nèi)容
定位基準
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
毛坯鍛造
正火
粗車外圓及端面，留余量1.5～2mm，鉆鏜花鍵底孔至尺寸φ30H12
拉花鍵孔
鉗工去毛刺
上芯軸，精車外圓，端面及槽至要求
檢驗
滾齒（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm
插齒（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06 mm
倒角（Ⅰ、Ⅱ齒12°牙角）
鉗工去毛刺
剃齒（z＝42），公法線長度至尺寸上限
剃齒（z＝28），采用螺旋角度為5°的剃齒刀，剃齒后公法線長度至尺寸上限
齒部高頻淬火：G52
推孔
珩齒
總檢入庫
外圓及端面
φ30H12孔及A面
花鍵孔及A面
花鍵孔及B面
花鍵孔及A面
花鍵孔及端面
花鍵孔及A面
花鍵孔及A面
花鍵孔及A面
花鍵孔及A面
加工的第一階段是齒坯最初進入機械加工的階段。由于齒輪的傳動精度主要決定于齒形精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時采用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個階段中除了加工出基準外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應盡量在這一階段的后期加以完成。
第二階段是齒形的加工。對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的最后加工階段，經(jīng)過這個階段就應當加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的齒輪，必須在這個階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。應予以特別注意。
加工的第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對齒面的淬火處理，使齒面達到規(guī)定的硬度要求。
加工的最后階段是齒形的精加工階段。這個階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過淬火后所引起的齒形變形，進一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達到最終的精度要求。在這個階段中首先應對定位基準面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準進行齒形精加工，是很難達到齒輪精度的要求的。以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位準確可靠，余量分布也比較均勻，以便達到精加工的目的。
（二）定位基準的確定
定位基準的精度對齒形加工精度有直接的影響。軸類齒輪的齒形加工一般選擇頂尖孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇齒輪軸頸和一端面定位。盤套類齒輪的齒形加工常采用兩種定位基準。
1）內(nèi)孔和端面定位 選擇既是設(shè)計基準又是測量和裝配基準的內(nèi)孔作為定位基準，既符合“基準重合”原則，又能使齒形加工等工序基準統(tǒng)一，只要嚴格控制內(nèi)孔精度，在專用芯軸上定位時不需要找正。故生產(chǎn)率高，廣泛用于成批生產(chǎn)中。
2）外圓和端面定位 齒坯內(nèi)孔在通用芯軸上安裝，用找正外圓來決定孔中心位置，故要求齒坯外圓對內(nèi)孔的徑向跳動要小。因找正效率低，一般用于單件小批生產(chǎn)。
（三）齒端加工
如圖9－18所示，齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動時容易進入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經(jīng)滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動中易崩裂。
用銑刀進行齒端倒圓，如圖9－19所示。倒圓時，銑刀在高速旋轉(zhuǎn)的同時沿圓弧作往復擺動（每加工一齒往復擺動一次）。加工完一個齒后工件沿徑向退出，分度后再送進加工下一個齒端。
齒端加工必須安排在齒輪淬火之前，通常多在滾（插）齒之后。
（四）精基準修正
齒輪淬火后基準孔產(chǎn)生變形，為保證齒形精加工質(zhì)量，對基準孔必須給予修正。
對外徑定心的花鍵孔齒輪，通常用花鍵推刀修正。推孔時要防止歪斜，有的工廠采用加長推刀前引導來防止歪斜，已取得較好效果。
對圓柱孔齒輪的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生產(chǎn)率高，常用于未淬硬齒輪；磨孔精度高，但生產(chǎn)率低，對于整體淬火后內(nèi)孔變形大硬度高的齒輪，或內(nèi)孔較大、厚度較薄的齒輪，則以磨孔為宜。
磨孔時一般以齒輪分度圓定心，如圖9－20所示，這樣可使磨孔后的齒圈徑向跳動較小，對以后磨齒或珩齒有利。為提高生產(chǎn)率，有的工廠以金剛鏜代替磨孔也取得了較好的效果。
二、高精度齒輪加工工藝特點
（一）高精度齒輪加工工藝路線
圖9－21所示為一高精度齒輪，材料為40Cr，精度為6－5－5級，其工藝路線見表9－7。
模數(shù)
3.5
基節(jié)累積誤差
0.045
齒向公差
0.007
齒數(shù)
63
基節(jié)極限偏差
±0.0065
公法線平均長度
70.130－0.05
精度等級
655KM
齒形公差
0.007
跨齒數(shù)
7
（二）高精度齒輪加工工藝特點
（1）定位基準的精度要求較高 由圖9－21可見，作為定位基準的內(nèi)孔其尺寸精度標注為φ85H5，基準端面的粗糙度較細，為Ra1.6μm，它對基準孔的跳動為0.014mm，這幾項均比一般精度的齒輪要求為高，因此，在齒坯加工中，除了要注意控制端面與內(nèi)孔的垂直度外，尚需留一定的余量進行精加工。精加工孔和端面采用磨削，先以齒輪分度圓和端面作為定位基準磨孔，再以孔為定位基準磨端面，控制端面跳動要求，以確保齒形精加工用的精基準的精確度。
表9－7 高精度齒輪加工工藝過程
序號
工序內(nèi)容
定位基準
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
毛坯鍛造
正火
粗車各部分，留余量1.5～2mm
精車各部分，內(nèi)孔至φ84.8H7,總長留加工余量0.2 mm，其余至尺寸
檢驗
滾齒（齒厚留磨加工余量0.10～0.15 mm）
倒角
鉗工去毛刺
齒部高頻淬火：G52
插鍵槽
磨內(nèi)孔至φ85H5
靠磨大端A面
平面磨B面至總長度尺寸
磨齒
總檢入庫
外圓及端面
外圓及端面
內(nèi)孔及A面
內(nèi)孔及A面
內(nèi)孔（找正用）及A面
分度圓和A面（找正用）
內(nèi)孔
A面
內(nèi)孔及A面
（2）齒形精度要求高 圖上標注6－5－5級。為滿足齒形精度要求，其加工方案應選擇磨齒方案，即滾（插）齒－齒端加工－高頻淬火－修正基準－磨齒。磨齒精度可達4級，但生產(chǎn)率低。本例齒面熱處理采用高頻淬火，變形較小，故留磨余量可縮小到0.1 mm左右，以提高磨齒效率。
第四節(jié) 齒輪刀具簡介
用切削加工方法制造齒輪，可以分為成形法和展成法。展成法使用的是齒輪形和齒條形刀具，如插齒刀、齒輪滾刀、剃齒刀等。成形法使用的是成形齒輪刀具，如模數(shù)盤銑刀和指狀銑刀，如圖9－22所示。
一、盤形齒輪銑刀
用模數(shù)盤形齒輪銑刀銑削直齒圓柱齒輪時，刀具廓形應與工件端剖面內(nèi)的齒槽的漸開線廓形相同，如圖9－22所示。
當被銑削齒輪的模數(shù)、壓力角相等，而齒數(shù)不同時，其基圓直徑也不同，因而漸開線的形狀（彎曲程度）也不同。因此銑削不同的齒數(shù)，應采用不同齒形的銑刀，即不能用一把銑刀銑制同一模數(shù)中所有齒數(shù)的齒輪齒形，如圖9－23所示。但為了避免制造數(shù)量過多的盤形銑刀，生產(chǎn)上采用刀號的辦法，如表9－8所示。即
用某一刀號的銑刀銑制模數(shù)和壓力角相同而齒數(shù)不同的一組齒輪。每號銑刀的齒形均按所銑制齒輪范圍中最小齒數(shù)的齒形設(shè)計的。
用盤形銑刀銑制斜齒輪時，銑刀是在齒輪法剖面中進行成形銑削的。選擇刀號時，銑刀模數(shù)應依照被切齒輪的法向模數(shù)mn和法剖面中的當量齒輪的當量齒數(shù)Zv選擇。
Zv=Z/（cos3β）
式中β－斜齒輪螺旋角（°）；
Zv－當量齒數(shù)；
Z－斜齒輪齒數(shù)。
二、齒輪滾刀
（一）齒輪滾刀的形成
齒輪滾刀是依照螺旋齒輪副嚙合原理，用展成法切削齒輪的刀具，齒輪滾刀相當于小齒輪，被切齒輪相當于一個大齒輪，如圖9－24所示。齒輪滾刀是一個螺旋角β0很大而螺紋頭數(shù)很少（1～3個齒），齒很長，并能繞滾刀分度圓柱很多圈的螺旋齒輪，這樣就象螺旋升角γz很小的蝸桿了。為了形成刀刃，在蝸桿端面沿著軸線銑出幾條容屑槽，以形成前面及前角；經(jīng)鏟齒和鏟磨，形成后刀面及后角，如圖9－25所示。
（二）齒輪滾刀的基本蝸桿
齒輪滾刀的兩側(cè)刀刃是前面與側(cè)鏟表面的交線，它應當分布在蝸桿螺旋表面上，這個蝸桿稱為滾刀的基本蝸桿�；疚仐U有以下三種:
1．漸開線蝸桿 漸開線蝸桿的螺紋齒側(cè)面是漸開螺旋面，在與基圓柱相切的任意平面和漸開螺旋面的交線是一條直線，其端剖面是漸開線。漸開線蝸桿軸向剖面與漸開螺旋面的交線是曲線。用這種基本螺桿制造的滾刀，沒有齒形設(shè)計誤差，切削的齒輪精度高。然而制造滾刀困難。
2．阿基米德蝸桿 阿基米德蝸桿的螺旋齒側(cè)面是阿基米德螺旋面。通過蝸桿軸線剖面與阿基米德蝸螺旋面的交線是直線，其它剖面都是曲線，其端剖面是阿基米德螺旋線。用這種基本蝸桿制成的滾刀，制造與檢驗滾刀齒形均比漸開線蝸桿簡單和方便。但有微量的齒形誤差。不過這種誤差是在允許的范圍之內(nèi)，為此，生產(chǎn)中大多數(shù)精加工滾刀的基本蝸桿均用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿。
3．法向直廓蝸桿 法向直廓蝸桿法剖面內(nèi)的齒形是直線，端剖面為延長漸開線。用這種基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿作滾刀，其齒形設(shè)計誤差大，故一般作為大模數(shù)、多頭和粗加工滾刀用。
（三）滾刀的齒形誤差
用阿基米德蝸桿代替漸開線基本蝸桿作滾刀，切制的齒輪齒形存在著一定誤差，這種誤差稱為齒形誤差。由基本蝸桿的性質(zhì)可知，漸開線基本蝸桿軸向剖面是曲線齒形，而阿基米德基本蝸桿軸向剖面是直線齒形。為了減少造型誤差，應使基本蝸桿的軸向剖面直線齒形與漸開線基本蝸桿軸向剖面的理論齒形在分度圓處相切。阿基米德滾刀基本蝸桿軸向剖面齒形角αx0，應等于漸開線蝸桿軸向剖面齒形的分度圓壓力角，如圖9－26所示。由斜齒輪法向剖面與軸向剖面齒形角換算關(guān)系可得
αx0＝αn/cosγz
式中 αx0－軸向剖面齒形角
αn－漸開線蝸桿法向剖面分度圓壓力角；
γz－滾刀基本蝸桿分度圓上螺旋升角。
由圖9－27可知，造型誤差隨著螺旋升角γz的減小而減小。此外造型誤差還隨著滾刀分度圓直徑的增加以及滾刀頭數(shù)的減少而減小。一般造型誤差的誤差值很小
，不會影響滾齒的加工精度。例如m=15mm的零前角齒輪滾刀，當γz＝3°時，造型誤差約為7μm，而且誤差方向是正，會使被切齒輪的齒頂和齒根多切去一些，相當于對齒輪起了修緣的作用，如圖9－26所示。
四、齒輪滾刀的合理使用
1.合理使用
按國家標準《高精度齒輪滾刀通用技術(shù)條件》的規(guī)定，Ⅰ型適用于JB3327－83規(guī)定的AAA級滾刀、GB6084－85規(guī)定的AA級滾刀；Ⅱ型適用于GB6084－85所規(guī)定的AA、A、B、C級四種精度的滾刀。一般情況下，AA級滾刀可加工6～7級齒輪，A 級可加工7～8級齒輪，B級可加工8～9級齒輪，C 級可加工9～10齒輪。
2.正確安裝
滾刀安裝在滾齒機的心軸上，需要用千分表檢驗滾刀兩端凸臺的徑向圓跳動不大于0.005 mm。如圖9－28所示。
3.適時竄位
滾刀在滾切齒輪時，通常情況下只有中間幾個刀齒切削工件，因此這幾個刀齒容易磨損。為使各刀齒磨損均勻，延長滾刀耐用度，可采取當滾刀切削一定數(shù)量的齒輪后，用手動或機動方法沿滾刀軸線移動一個或幾個齒距，以提高滾刀壽命。
4.及時重磨
滾齒時，當發(fā)現(xiàn)齒面粗糙度大于Ra3.2μm以上，或有光斑、聲音不正常，或在精切齒時滾刀刀齒后刀面磨損超過0.2～0.5mm，粗切齒超過0.8～1.0 mm時，就應重磨滾刀。對滾刀的重磨必須予以重視，使切削刃仍處于基本蝸桿螺旋面上，如果滾刀重磨不正確，會使?jié)L刀失去原有的精度。
滾刀的刃磨應在專用滾刀刃磨機床上進行。若沒有專用刃磨機床時，可在萬能工具磨床上裝一專用夾具來重磨滾刀。專用夾具使?jié)L刀作螺旋運動，并精密分度。注意不能徒手刃磨。
三、插齒刀
（一）插齒刀的產(chǎn)生齒輪
插齒刀的形狀很像齒輪，它的模數(shù)和名義齒形角等于被加工齒輪的模數(shù)和齒形角，不同的是插齒刀有切削刃和前后角。圖9－10所示為直齒插齒刀加工直齒圓柱齒輪的情形。用螺母緊固在機床主軸上的插齒刀隨主軸一起往復運動，它的切削刃便在空間形成一個假想齒輪，稱為產(chǎn)生齒輪，如圖9－29a所示。加工斜齒圓柱齒輪時用的是斜齒插齒刀，如圖9－29b所示，除了它的模數(shù)和齒形角應和被加工齒輪的相等外，其螺旋角還應和被加工齒輪的螺旋角大小相等，旋向相反。插齒時，插齒刀作主運動和展成運動的同時，還有一個附加的轉(zhuǎn)動，使切削刃在空間形成一個假想的斜齒圓柱齒輪，此時好像一對軸線平行的斜齒圓柱齒輪嚙合。
（二）直齒插齒刀的結(jié)構(gòu)特點
1.插齒刀不同的端剖面是一個連續(xù)的變位齒輪。
插齒刀的每一個刀齒都有三個刀刃，一個頂刃和兩個側(cè)刃。由圖9－29可知，由于插齒刀要有后角，所以僅切削刃處在產(chǎn)生齒輪表面上，頂刃后刀面和側(cè)刃后刀面均縮在鏟形齒輪以內(nèi)。隨著插齒刀沿前刀面重磨，直徑逐漸縮小，齒厚也逐漸變薄。但要求齒形仍為同一基圓上的漸開線，這樣才可以保證通過調(diào)節(jié)插齒刀與齒輪中心距后，仍能切出正確的漸開線齒形。為了滿足這一要求，插齒刀各端剖面中的齒輪，應為同一基圓具有不同變位系數(shù)的齒輪齒形。由圖9－30所示，若0－0剖面中具有標準齒形，該剖面稱為原始剖面，其變位系數(shù)χ＝0。在原始剖面前端各剖面中，變位系數(shù)為正值。新插齒刀端剖面內(nèi)（即Ⅰ－Ⅰ剖面），χ值最大。在原始剖面的后端剖面中，變位系數(shù)為負值。使用到最后的插齒刀端剖面內(nèi)（Ⅱ－Ⅱ），χ值最小。
２.插齒刀的齒側(cè)面是漸開螺旋面
為了使插齒刀的每個端剖面齒形成為變位系數(shù)不同的齒輪，將齒頂齒根按后角αpa做成圓錐體，并按分度圓柱上螺旋角β0值，將齒左側(cè)磨成右旋漸開螺旋面，將齒右側(cè)磨成左旋漸開螺旋面。這樣一來，由漸開螺旋面的性質(zhì)可知，齒側(cè)表面在端剖面的截形仍是漸開線，并獲得相等的兩側(cè)刃后角。
３.插齒刀的前角和齒形誤差
為了減少齒輪誤差，標準插齒刀規(guī)定γpa＝5°，αpa＝6°。在制造插齒刀時，將分度圓壓力角做得比標準齒形角略大些，以保證插齒刀加工出的齒輪在分度處的壓力角為標準值。經(jīng)過修正后的插齒刀在端面投影的曲線分度圓處的壓力角為標準值，齒頂和齒根處略微增大，這樣會使被切齒輪在齒頂和齒根處產(chǎn)生微量根切，有利于減少嚙合時的噪聲。如圖9－31所示。
（三）插齒刀的分類及選用
插齒刀的類型及應用范圍如表9－9所示。
選用插齒刀時，除了根據(jù)被切齒輪的種類選定插齒刀的類型，使插齒刀的模數(shù)、齒形角和被切齒輪的模數(shù)、齒形角相等外，還需根據(jù)被切齒輪參數(shù)進行必要的校驗，以防切齒時發(fā)生根切、頂切和過渡曲線干涉等。
插齒刀制成AA、A、B三級精度，分別加工6、7、8級精度的齒輪。
表9—9插齒刀主要類型與規(guī)格、用途
序號
類型
簡圖
應用范圍
規(guī)格
D或莫氏錐
精度等級
d0
m
1
盤形直齒插齒刀
加工普通直齒外齒輪和大直徑內(nèi)齒輪
φ63
0.3～1
31.743
AA、A、B
φ75
1～4
φ100
1～6
φ125
4～8
φ160
6～10
88.90
φ200
8～12
101.60
2
碗形直齒插齒刀
加工塔形、雙聯(lián)直齒輪
φ50
1～3.5
20
AA、A、B
φ75
1～4
31.743
φ100
1～6
φ125
4～8
3
錐柄直齒插齒刀
加工直內(nèi)齒輪
φ25
0.3～1
莫氏2 號
A、B
φ25
1～2.75
φ38
1～3.75
莫氏3 號