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1、2012级 机械设计制造及其自动化 312012080301721 尹明摘自：制造工程与技术（机加工）（英文版） Manufacturing Engineering and Technology-Machining 机械工业出版社，2004年3月第一版 P560564页 美 s. 卡尔帕基安（Serope kalpakjian） s.r 施密德（Steven R.Schmid）中文译文齿轮的加工方法加工齿轮轮齿有两种基本的方法：产生过程和形成过程。当一个轮齿产生时，工件和切削或磨削工具，是不断啮合在一起的，轮齿的形式是由刀具决定的。换句话说，工件和刀具是共轭的。滚齿机，成型切割机，剃齿机，磨床
2、都使用这个原理。当一个轮齿形成时，该刀具是呈正被加工出来的空间的形状的。一些磨床使用此原理，与一个指示装置配套在一起使轮齿一个挨一个形成。刀就是同时加工所有轮齿形成刀具的例子。成型 成型本质上是与平面图类似的，但采用了圆形的切削刀具替代了齿条，由此产生的往复惯性的减少，允许更高的行程速度：现代的成型切割汽车齿轮可以以每分钟2000切割行程运行。切削刀具的形状大致是与渐开线齿轮相同的，但轮齿的顶端是圆形的。切削刀具和工件之间的发电驱动器之间不涉及机架或连接螺钉 ，因为只有圆周运动在涉及的范围内。切割机每走一个行程，工具和工件通常在切线方向移动0.5毫米。在返回的行程中，刀具必须被缩进约1毫米留有
3、间隙，否则就会产生摩擦，马上发生故障。这类型机床的速度被限制，保证大约50千克重的切割机和轴承可移动1毫米的距离。加速度所涉及的扭矩可增加5000N的力，但必须保持高的精度。成型机的优点是生产效率相对较高，可能在齿顶上切出直角。不幸的是，对于斜齿轮，螺旋导向器需要在直线运动中施加旋转运动，这种螺旋导向器不容易生产，也不便宜。所以该方法只适合在斜齿轮上的长距离，因为对每个不同的螺旋角就要生产特殊的刀具和导向器。成型机的一个很大的优点，是它可以生产环形齿轮，例如那些需要大型epicyclie周转圆的驱动器。非常高的精确度是十分重要的，而成型切割机的不准确性也是相当要紧的。因为它们可能转移到削减齿轮
4、。很明显侧面的错误将转移，但比起离心机或破碎机给予的特点， “掉落的轮齿” ，是相当不明显的。对于掉齿有几个原因，但它发生最频繁的是，当工件的直径大约是刀具直径的一半，1.5倍或2.5倍时。如果刀具开始在高点，在最后完成渐开线齿轮期间结束在低点，在刀具上峰与峰的偏心误差发生在最后的渐开线切割齿轮的第一个和最后一个齿轮之间。当刀具的累积螺距误差可能刚好超过25微米时，切割轮齿时就会有一个突然的这个数量的螺距误差。在机床上切割的下一个齿轮可能在邻近的节圆上是好的，如果在切割机上最后的切割碰巧发生在一个有利的位置。各种尝试已经作出，防止这种效应，特别是通过连续旋转，没有任何进一步的刀料，但如果成型机
5、是不是很坚固，刀具不是很尖锐，然后没有进一步的切割发生，误差将不会被消除。滚齿滚齿是最常用的金属切削方法，使用机架产生的原理，但避免了由在旋转切削机上增加许多齿条引起的缓慢的往复运动。齿条在轴线方向上替换为切口蜗杆。 齿条不能为整个轮齿的工作长度产生正确的渐开线形状，因为他们在圆弧轨迹上移动，所以滚刀缓慢地沿轮齿走刀，在轴向或法向或倾斜的滚齿机螺旋线方向上。金属去除率高，因为螺旋铣刀或工件没有做往复运动的需要，所以40m/min的切割速度可用于传统的滚刀,切割速度高达150m/min的用于硬质合金滚刀。通常一个直径为100毫米的滚刀转速达到100rpm ，所以20个齿的工件以每分钟5转的速度旋
6、转。工件的每个旋转运动将对应于0.75毫米的进给量，所以滚刀会提前通过工件约每分钟4毫米。对于汽车生产，近似多头开始的滚刀，可用于每转3毫米的粗糙进给量，以便在切割机上达到100rpm的速度，一个两头开始的滚刀和20个齿的齿轮可提供每分钟30毫米的进给速率。粗糙进给速率的缺点是在工件上会留下明显的标志，尤其是在齿根，每转在进给速率的空间显示一种图案。齿侧标记的表面波纹比齿跟要少，当有一个随后的整理操作时，如剃齿或磨削，这一点就不重要了。当没有进一步的操作时，每转的进给量必须加以限制，保证粗糙度在一个界限以下，通常这决定于润滑条件。齿根上波纹的高度指定乘以每转的进给量，然后除以滚刀直径的4倍。1
7、毫米的进给量和100毫米的直径可产生2.5微米高的波纹。对齿侧波纹大约跟cos70一样大，即约0.85微米。滚齿机的精度对齿距和螺旋线来说，通常很高，假设机床维持不变，渐开线单单决定于滚刀齿廓的精度。渐开线的形式随着滚刀的切入产生，在滚刀上留有裂痕时，渐开线是不真实的。但是，如果说有14条切线产生在曲率半径约20毫米的齿侧，从真实的渐开线分离，仅仅大约0.5微米。滚刀的制造和安装误差可以超过10微米。使用两头开始的滚刀或斜滚齿机可增加误差水平，因为滚刀的齿距误差的转移到切割齿轮上。拉削 拉削不被用于斜齿轮，但对内齿直齿轮时十分有用的。联系全局来看，拉削的最重要的用途是用任何其他的方法都不容易加
8、工的内花键。跟所有的拉削方法一样，这种方法对批量生产是经济的，因为安装成本较高。 拉削技术对内齿斜齿轮主要的应用是由Gleasons在其G-TRAC机床上。这台机器的运作，增加滚齿切割机的有效半径至无限远，使刀具的每一个齿都能在一条直线上转动，而不是对在一个半径上。这使得切割行为延长超过齿轮的整个端面宽度，替代了传统的滚刀每转0.75毫米的进给量。由此产生的过程中提供了非常高的生产率，更适合于美国，美国的产量在整个欧洲来说，相对较低，尽管初始成本高，但非常具有竞争力。拉削提供了较高的精确度和良好的表面光洁度，但象所有切削过程一样，仅限于 “软”材料，必须随后进行表面淬火或热处理，使其变形。剃齿
9、剃齿切割机看起来像一个在齿根有着额外间隙的齿轮，齿侧有槽，提供切削边缘。它是运行在网格与粗糙齿轮轴交叉处，以便与做剩余运动的轮齿的相对速度有理论联系点。该剃齿刀的轮齿相对灵活的弯曲，所以当它们在两个齿轮的轮齿间两两接触时，只有有效地运作。齿轮和刀具横向在工作面以高转速运转时，大约100毫米的材料被去除。周期时间可以少于半分钟，机床并不昂贵，但刀具是精密的，很难制造。在剃齿机边缘容易对齿廓作出调整，然后凸缘能被利用。剃齿可以使用刀具在凸肩处完成，向下到某一深度，无轴向运动。这种方法速度快，但需要更复杂的刀具设计。磨削磨削是非常重要的，因为它是硬化正在加工的齿轮的主要途径。当要求高精度时，热处理不
10、足以使其变形，那么，磨削是很必要的。磨削的最简单的方法往往被称为orcutt方法。车轮的轮廓使用单点钻石精确的装饰使其变形，被模板切割控制到所需要的真实形状。一个缩放仪6:1的比例是常用的。车轮的轮廓然后沿齿轮作轴向往复运动，齿轮旋转允许受螺旋角的影响。当一个齿形已经完成，通常包括100微米的金属去除，齿轮被指引到下一个齿的空间。这种方法可清楚查看，但一贯有着高的精度要求。安装尺寸过长，因为如果模数，齿数，螺旋角或齿廓校正线改变时，需要不同的装饰模板。最快的磨削方法跟滚齿机使用相同的原理，但取代了凭借磨削轮增加切口和减轻的蜗杆，磨削轮是机架上的一节。由于高的表面速度的需求，砂轮的直径被增大，使
11、直径为0.5米的砂轮可以超过2000 rpm的速度运转，给予必要的1000米/分钟的速度。只有单头蜗杆可在砂轮上切削，但齿轮转速很高，通常情况下 为100rpm。因此很难设计驱动系统提供精度和刚度。该过程的精度是在合理的高水平，虽然在磨削期间有砂轮和工件的转向变化的一种倾向。所以砂轮的形式可能需要补偿机床挠度的影响。磨削轮上一代蜗杆的形状是一个缓慢的进程，因为装饰的钻石或滚子，不仅要形成机架上的轮廓，而且当砂轮旋转时必须做轴向运动。一旦砂轮已经形成，齿轮必须被快速的磨削，直到要求再做调整。这就是用小齿轮创造高生产率的最流行的方法，通常被称为reishauer方法。大型齿轮通常由Maag方法产生
12、，与其方法中的规划相似，但使用大直径的磨削轮，形成侧面的理论啮合齿条。非常大的直径的齿轮不能被轻易移动，所以齿轮基本上是平稳的，而磨削轮的活动部分在螺旋线方向上作往复运动。磨削轮只在斜齿轮的端面上有一小部分是接触的，所以，当在一年内制造这个齿数的几个齿轮时，这并不重要。与形成磨削相同，磨削后，一对侧面的齿轮被指引到下一对。类似的方法用于中等大小的齿轮，这种齿轮有固定的轮子，而粗糙的齿轮是走过了车轮下。齿轮相应的旋转运动由轮上的皮带控制，这条皮带从一圆柱体的节圆直径上散开，使齿轮相对齿条的运动是正确的。 另一种方法，尼罗河的做法，采用了车轮，它被形成提供了理论上的啮合机架，而不是象Maag方法一
13、样用两个杯轮子。这种做法最适合在小齿轮上中等精度的工作，速度介于reishauer方法和Maag方法之间。所有磨削加工与切削加工相比，是缓慢和昂贵的，因此只用于精度要求至关重要的条件下。一个粗略的经验法则是，磨削会增加齿轮的切削成本，这是10个因素之一，但轮齿的成本，往往只占变速箱总费用的一小部分。令人惊讶地是，可获得的精度不是非常取决于齿轮的大小，齿轮的直径是5米或50米，可获得的节圆渐开线和螺旋线的精度是预想的5微米或更好，比起任何其他因素，更取决于操作工和检查员的技术和耐心。它往往是假定磨削将去除在粗的阶段产生的所有误差。不幸的是，磨床是较灵活的，所以砂轮有一个按照以往误差的趋势。误差将
14、因此减少，但并没有完全消除，除非很多切削方法被使用。任何时候磨削过程给出的都一致的结果，这是可在粗切的阶段检测精度是可取的。唯一的例外是磨削的形成过程，将不跟随渐开线误差，但仍允许螺旋线和节圆误差。英文原文Gear manufacturing methodsThere are two basic methods of manufacturing gear teeth: the generating process and the forming process. when a gear tooth is generated, the workpiece and the cutting or g
15、rinding tool are in continuous mesh and the tooth form is generated by the tool. In other words, the work and the tool are conjugated to each other. hobbing :machines, shaper cutters, shaving machines, and grinders use this principle.When a gear tooth is formed, the tool is in the shape of the space
16、 that is being machined out. Some grinding machines use this principle with an indexing mechianism which allows the gear teeth to be formed tooth by tooth. Broaches are examples of form tools that machine all the gear teeth simultaneously.shaping Shaping is inherently similar to planning but uses a circular cu
