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1、项目三 齿轮类零件的制造工艺,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述 任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,齿轮是用来传递运动和动力的重要零件, 目前大多数机械都应用它。齿轮的种类很多, 齿形也各有不同。常用的齿轮有圆柱齿轮、圆锥齿轮及蜗轮等, 以圆柱齿轮应用最广。对齿轮加工来说, 齿形加工是主要的工序, 按其加工原理的不同可分为成型法和展成法两类。 1) 成形法。 成形法是用与被切齿轮齿间形状相符的成形铣刀切出齿轮齿形的方法, 成形法加工齿轮的特点是: 用刀具的刀刃形状来保持齿轮齿形的准确性。因此, 齿轮的齿形直接由刀刃形状来保证
2、, 如图3-1 所示。,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,用盘形(一般用于m8 的齿轮, 8 把一套) 或指形(一般用于m8 的齿轮, 15 把一套) 齿轮铣刀加工时, 每次仅加工齿轮的一个齿槽, 然后进行分度依次加工出齿轮的全部齿槽, 如图3-2 所示。此方法的缺点是加工精度和生产率较低, 只能用于低速的齿轮传动, 适用于单件小批生产。 2) 展成法。 展成法是利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动而切出齿轮齿形的方法, 从广义上来说,展成法是按照齿轮的啮合原理进行加工的, 即将啮合副中的一个齿轮制成具有切削能力的刀具, 另一个齿轮转化为工件(齿轮坯), 并强制刀具与工
3、件做严格的啮合运动而逐渐展成切出齿轮的齿形。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,用展成法加工齿轮齿形的优点是: 一把齿轮刀具可以加工和它模数相同、压力角相等的不同齿数的齿轮, 加工精度和生产率较高。因此这种方法被广泛应用于各种齿轮加工机床上, 如滚齿机、插齿机、剃齿机和珩齿机等。此外, 大多数磨齿机及锥齿轮加工机床也是按展成法原理工作的。 3) 齿轮加工机床。 圆柱齿轮: 滚齿机、插齿机等; 直齿锥齿轮: 刨齿机、铣齿机、拉齿机等; 弧齿锥齿轮: 铣齿机等; 轮齿精加工机床: 剃齿机、珩齿机、磨齿机等。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用
4、机床与刀具概述,3. 1. 1 滚齿加工 滚齿加工相当于一对轴线相叉的螺旋齿轮的空间啮合, 滚刀相当于一个蜗杆, 即是一个齿数极少(K =13), 螺旋升角很小的具有切削能力的斜齿圆柱齿轮, 与工件在一定速比关系下做空间啮合, 按包络(展成) 原理来完成渐开线、花键、摆线等各种齿形加工, 齿轮铣刀分号见表3-1。 (1) 滚齿范围: 滚齿机是齿轮机床中应用最广的一种, 主要用于加工直齿和斜齿外啮合渐开线圆柱齿轮及蜗轮等。在滚齿机上加工圆柱齿轮的示意如图3-3 所示。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,(2) 滚齿原理: 可按图3-4 所示的啮合传动过程, 来
5、模拟齿轮的滚齿加工原理, 即在滚齿过程中, 相当于一对螺旋齿轮或齿条与齿轮或蜗杆与蜗轮的啮合传动, 再将图中的左边转化为滚刀, 右边转化为齿坯, 这样, 在滚刀与齿坯的啮合过程中, 滚刀不断地对齿坯进行切削加工, 通过无数刀的切削, 在齿坯上留下了刀具刃形的包络面, 最终生成了齿轮的渐开线齿面。 (3) 滚齿运动: 主运动滚刀的旋转运动;,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,展成(啮合) 运动齿坯与滚刀按一定速比转动, 并满足Nw / No =k / Z (齿坯和滚刀的转速分别为Nw 和No, 滚刀头数为k, 被加工齿轮齿数为Z); 垂直进给运动滚刀沿齿坯轴向
6、运动, 以切出整个齿宽上的齿形; 附加(差动) 运动用于加工斜齿轮时, 为形成螺旋(斜) 齿而附加的运动。 Y3150E 型滚齿机外形如图3-5 所示。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,3. 1. 2 插齿加工 (1) 插齿范围: 用于加工内外齿轮、多联齿轮、扇形齿轮和齿条等。 (2) 插齿原理: 如图3-6 所示。 (3) 插齿运动: 主运动: 插齿刀上下往复运动, 插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动; 展成运动: 插齿刀与齿坯按一定速比转动, 满足B11 / B12 =z / K (成反比); 插齿刀(或工件) 的圆周和径向进给运动;,上一页,下一页,
7、返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,让刀运动(一般由工作台带动齿坯, 在插齿刀工作回程时完成)。 图3-7 是在插齿机上加工圆柱齿轮的示意; 图3-8 是插齿机的外形。 3. 1. 3 磨齿加工 齿轮轮齿的精加工主要有剃齿、珩齿和磨齿, 其中磨齿多用于淬硬齿轮的齿面精加工,精度达64 级。磨齿机分两大类: 成形法磨齿和展成法磨齿。展成法磨齿分为: 连续磨齿(砂轮为蜗杆形) 和分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型和锥形, 利用齿条和齿轮啮合原理)。 展成法磨齿机的工作原理如图3-9 所示; 磨齿机的外形如图3-10 所示。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与
8、刀具概述,3. 1. 4 齿轮齿形加工刀具 按齿形的形成原理可分为成形法齿轮刀具和展成法齿轮刀具两类。其中展成法齿轮刀具主要有齿轮滚刀和插齿刀。 1) 齿轮滚刀。 (1) 滚刀基本蜗杆: 根据滚切原理知, 滚刀基本蜗杆的端面齿形应是渐开线, 法向模数和压力角应分别等于被切齿轮的模数和压力角。 A. 渐开线基本蜗杆: 齿面是渐开螺旋面, 造型误差为零, 端面齿形为渐开线, 轴向齿形为曲线。但由于制造困难, 故很少应用。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,B. 阿基米德基本蜗杆: 齿面是阿基米德螺旋面, 会产生一定的造型误差, 端面齿形为阿基米德螺线, 轴向齿形
9、为直线。由于制造较容易, 故应用广泛。 C. 法向直廓基本蜗杆: 主要用于制造大模数滚刀。 (2) 齿轮滚刀的结构和类型: A. 整体齿轮滚刀(图3-11): 采用高速钢材料, 套装式结构, 轴肩与内孔同心, 装刀检测径向跳动为1 m, 多为零前角。主要用于中小模数齿轮的加工。 B. 镶齿齿轮滚刀(图3-12): 齿轮模数较大时, 做成镶齿结构, 既节约高速钢, 又使刀片易锻造, 提高性能和使用寿命。,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,C. 硬质合金滚刀: 用于小模数齿轮或精加工硬齿面齿轮, 代替磨齿。常采用大的负前角, 可达-30-45。 齿轮滚刀大多为单
10、头, 螺旋升角较小, 加工精度较高; 粗加工用的滚刀有时做成双头,有利于提高生产率。 2) 插齿刀。 (1) 标准直齿插齿刀(图3-13): 盘形插齿刀用于加工外齿轮和大径内齿轮, 有75、100、125、160 和200等几种; 碗形插齿刀用于加工多联齿轮和内齿轮, 有50、75、100 和125 等几种;,上一页,下一页,返回,任务3. 1 齿轮类零件加工常用机床与刀具概述,锥柄直齿插齿刀主要加工内齿轮, 有25(m =12. 75) 和38(m =13. 75) 等几种。 ( 2) 斜齿插齿刀: 有盘形插齿刀100 和锥柄插齿刀38, 螺旋角 均有15和23两种。 ( 3) 人字齿轮插齿
11、刀: 用于加工无空刀槽的人字齿轮, 有100、150 和180 等几种,螺旋角 为30。,上一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,3. 2. 1 下达工艺任务单 零件名称: 缝纫机圆锥齿轮; 零件功用: 缝纫机圆锥齿轮的主要功用是按照规定的速比(增速传动比为1. 5) 传递运动和动力, 并按垂直方位改变传动方向和承受冲击载荷等, 最终实现缝纫机的缝纫执行功能; 材 料: 20CrMnTi 钢模锻件; 生产类型: 大批量生产; 热处理: 表面渗碳深度0. 50. 8 mm, 并使齿面高频淬火, 硬度为5662HRC;,下一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,工艺任务: a
12、. 根据图3-14 所示的零件图, 分析其结构、技术要求、主要表面的加工方法, 拟订加工工艺路线; b. 确定详细的工艺参数, 编制工艺规程。 缝纫机圆锥齿轮零件图如图3-14 所示。 3. 2. 2 分析零件图 根据缝纫机圆锥齿轮的结构特征, 除齿形外, 可归属于局部圆锥兼套筒类零件。圆锥齿轮的内孔与缝纫机的某传动轴配合, 并用两个M6 紧定螺钉与传动轴固定, 轴带动圆锥齿轮做旋转运动, 以传递运动和动力, 并通过锥齿轮传动副, 按垂直方位改变传动方向和承受冲击载荷, 最终实现缝纫机的缝纫执行功能。,上一页,下一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,从工艺任务单和零件图可以得知:
13、圆锥齿轮的内孔(14. 6H7) 与传动轴以过渡配合(H7/ k6) 形式固定, 属于静配合, 25 左端面可以起定位作用, 而两个M6 紧定螺钉主要起紧固和传递扭矩的作用。 该零件除了齿形和内孔外, 总体结构较简单, 主要表面为内外圆柱面、圆锥面和齿面; 次要表面为端面、肩面、螺孔和倒角等。该零件属于高精度硬齿面锥齿轮, 齿形加工的精度等级为IT6 级, 结构以中心对称分布, 位置要求较为严格, 内孔尺寸精度达到IT7 级。 零件的关键工艺有: (1) 左端面对内孔轴线的垂直度公差为0. 04 mm, 齿面顶圆和分度圆的轴心线对内孔轴线的同轴度允差均为0. 03 mm;,上一页,下一页,返回
14、,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,(2) 粗糙度较小的表面为内孔Ra1. 6 m, 齿面为Ra 0. 8 m, 最终分别要用精铰和磨齿才能达到要求; (3) 要求对齿面进行渗碳后再高频淬火, 淬火后的齿面硬度较高, 心部仍保持着较高的强度和韧性。这样, 齿面既耐磨, 轮齿又能承受较大的冲击载荷。但齿面淬火后轮齿变形较大, 故齿形还需磨齿精加工, 并且在淬硬齿面时预留磨削余量。 3. 2. 3 确定毛坯的制造方法及毛坯尺寸 该零件对材料的力学性能要求较高, 为了使齿轮的轮齿能承受较大的冲击载荷, 这里选用了常用作齿轮材料的合金渗碳钢20CrMnTi 钢, 该钢属于低碳合金结构钢, 其平均含
15、碳量为0. 2%, 其中Cr、Mn、Ti 每种元素的平均含量均1. 5%。,上一页,下一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,20CrMnTi 适合于渗碳后淬火加低温回火的热处理, 以保证齿面高硬度和耐磨性, 而心部仍具有足够的强度和韧性。 渗碳属于化学热处理, 常用的化学热处理有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。将低碳钢或低碳合金钢等渗碳零件在渗碳介质(如煤油) 中加热并保温, 使碳原子渗入其表层的化学热处理工艺, 称为渗碳。渗碳后零件表层的含碳量可提高到0. 85%1. 05%, 再进行淬火和低温回火, 使钢表面层具有高的硬度和耐磨性。 渗碳目前常采用“气体渗碳法”。20CrMnTi 钢齿
16、轮渗碳时, 先将一批齿轮装在密封的井式渗碳炉中, 加热到900 950 , 并向炉内滴入煤油等渗碳剂。,上一页,下一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,渗碳剂在高温下分解,形成气体, 析出活性碳原子而进行渗碳。渗碳完毕后, 再将尚处于高温状态的所有零件立刻浸入油池或盐浴池内, 进行充分淬火。为了消除零件的局部变形和降低内应力, 淬火后还需低温回火(回火温度250 )。 从外部结构及尺寸看, 该零件毛坯选择锻件和棒料均可, 并可根据各种毛坯供给的具体情况来加以确定。由于圆锥段最大外径与圆柱段外径相差较大, 且是大批量生产, 为了使加工余量均匀, 并能节省材料和改善材料的力学性能, 毛坯采用了20CrMnTi 钢的模锻件。下面重点概述锻造与模锻的相关知识。,上一页,下一页,返回,任务3. 2 圆锥齿轮零件的制造工艺,锻造是指在加压设备及工(模) 具的作用下, 使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形, 以获得一定几何尺寸、形状和质
