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在普通数控铣床上加工螺旋锥齿轮1
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你可能喜欢导读：对于不同类型的齿轮、齿廓形状、齿面硬度、结构形式、精度等级与生产条件，可选择不同的工艺方案，齿轮制造工艺过程包括材料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理和齿面精加工等五个阶段，其相应的齿轮加工机床与切齿工具一般均能立足于国内，圆柱齿轮在机械产品中，按其性能规定相应的热处理工艺，在切齿工艺方面，对于汽车、拖拉机批量生产的中、小模数齿轮，通常采用滚（插）齿―剃（挤）齿―热处理―珩齿工艺，对于冶金、矿山数高精度磨齿机、高效切齿机床以及精密量仪等，与国际通用标准相比尚有一定差距。对于不同类型的齿轮、齿廓形状、齿面硬度、结构形式、精度等级与生产条件，可选择不同的工艺方案。一般来说，齿轮制造工艺过程包括材料制备、齿坯加工、切齿、齿面热处理和齿面精加工等五个阶段。常用的轮齿加工方法有铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿与磨齿等，其相应的齿轮加工机床与切齿工具一般均能立足于国内。圆柱齿轮在机械产品中，应用广泛，规格品种繁多，长期来采用渐开线齿廓。多数选用中碳合金钢与渗碳合金钢两种，少数采用氮化钢。按其性能规定相应的热处理工艺，如调质、感应淬火、渗碳淬火与表面氮化等。在切齿工艺方面，对于汽车、拖拉机批量生产的中、小模数齿轮，通常采用滚（插）齿―剃（挤）齿―热处理―珩齿工艺；对于冶金、矿山、石化、起重运输等机械 配套的大、中模数齿轮，大都采用调质处理一滚（插）齿工艺；对于低速重载与高速齿轮，一般采用滚（插）齿―渗碳淬火―磨齿工艺。
蜗轮副的加工相当于蜗杆与蜗轮的啮合运动关系。蜗杆通常可用铣削与车削两种加工方法，对于要求较精确的或硬齿面蜗杆，应采用磨削方法。蜗轮轮齿在成批生产条件下，使用几何尺寸做成与相啮蜗杆基本相同的蜗轮滚刀，按要求的中心距滚削加工；对于单件制造的蜗轮，可采用单齿或多齿飞刀加工；对于重要的或高精度蜗轮，应使用蜗轮剃齿刀精加工齿面。蜗杆副安装后，一般需要跑合运转。锥齿轮加工方式名目繁多，按其齿线形式差异，有不同的方法。直齿（包括斜齿）锥齿轮用刨齿法加工，其中分展成法与仿形法两种形式。对于大批生产的较小模数锥齿轮可用圆拉刀成形法铣齿，其效率较高，但需专用刀具；也用双刀盘铣齿，适于中、小模数锥齿轮的高效加工，它与展成法刨齿相似，其加工齿宽受刀盘直径限制；如用砂轮替代刀盘，可作磨齿加工；对于齿廓精度要求不高的锥齿轮，用成形铣刀（如盘状铣刀或指形铣刀）以单面法或双面法进行加工。 曲齿锥齿轮加工主要分弧齿锥齿轮与长幅外摆线锥齿轮两类。弧齿锥齿轮用铣刀 盘铣齿，刀盘在铣齿机摇台上做切削旋转运动，而摇台与被加工锥齿轮做相对滚动，刀盘与工件的运动关系，相当于一个平面圆弧齿轮与被加工锥齿轮的啮合，所得齿形为渐开线的近似齿廓，刀盘滚切一次就切出一个齿侧面，工件分度后再加工另一齿面。对于收缩齿与等高齿两种情况，铣刀盘种类与旋转轴线的调整是不同的。如用砂轮代替刀盘，可进行锥齿轮齿面的磨削精加工。长幅外摆线锥齿轮在加工时，机床摇台固定不动，刀盘与工件相对转动，可以连续铣齿，同时完成齿槽切削与分度，铣刀盘转过内外一组刀齿，工件则转过一个齿节距。若刀盘随机床摇台与被加工工件相对滚动切削，则一次滚动可同时完成分度与齿廓和齿向的加工。这种锥齿轮因机床与刀盘结构不同，也有奥利康、克林根贝尔格、格利森等三种齿制的切齿调整方法。以上两类曲齿锥齿轮，只要将被加工锥齿轮的轴线调整到机床摇台轴线相错位置，均可切制准双曲面锥齿轮副。
摆线齿轮、谐波齿轮与非圆齿轮等加工均属相应的滚齿、铣齿、插齿、与磨齿等方法的特殊应用。如改变砂轮的形状与通常的磨齿运动关系，就可磨削摆线齿轮的齿面；如利用数控技术，在插齿方法中改变刀具与工件相互运动的瞬时速比关系与中心距，就可加工非圆齿轮。 齿轮的技术标准是各类齿轮产品质量的重要保证。齿轮精度标准是影响齿轮质最重要的一项，它规定了不同等级齿轮加工误差的限制范围，多年来，企业努力贯彻此标准，并在标准的基础上，创立了齿轮整体误差测量理论和仪器，为确保齿轮质量，提供了重要手段。目前，我国已颁布各项齿轮国家标准88项，齿轮行业标准283项。其中大多数齿轮技术标准，均已与国际接轨，达到了国际通用技术水平。关于齿轮术语、代号、设计计算、试验与检验方法等基础标准，广泛采用了世界先进国家标准，推动企业不断提高齿轮产品的质量水平。 近十几年来，我国陆续从世界工业先进国家引进了石油化工、大型化肥、燃气轮机、冶金轧钢、建材、露天矿开采等大型成套设备，数量可观。经实际使用分析，其中高速与重载齿轮是这些成套设备的关键部件，绝大部分采用硬齿面齿轮，齿轮的圆周速度最高达150m/s，传动功率最高达40000kw,，齿轮精度等级5-6级，最高为4 级。为实现这些高精度硬齿面齿轮制造的国产化，开展了科研与制造技术攻关，使我国的高速齿轮与重载齿轮设计制造水平提高了一大步。现已能设计制造的高速齿轮，其最大功率为44000kw，最高圆周速度为156m/s，齿轮制造精度为4-5级；重载齿轮最大功率达6000kw，最大传递转矩达2000KN.m，圆周速度达30-50m/s，齿轮精度达5-6级。 （三）齿轮发展趋势
国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、低噪声、高可靠性方向发展。为提高齿轮传动的承载能力，硬齿面齿轮设计制造技术，日益受到普遍的关注，以提高齿轮齿面硬度缩小传动装置的尺寸。软、硬齿面齿轮设计性能参数及经济效益对比（见表1-1），表中列出了各种齿轮材料与工艺条件下的经济效果。其次，采用以圆弧齿轮为代表的特殊齿形，如英法合作研制的舰载直升飞机主传动系统，应用圆弧齿轮设计后，使减速器高度大为降低。还有，随着船舶动力由中速柴油机代替的趋势，在大型船上采用大功率行星齿轮装置确有成效。在冶金、矿山、水泥、轧机等大型传动装置中，行星齿轮以其体积小、同轴性好、效率高等特点而应用愈来愈多。
由于炼油、化肥、冶金等设备向大型化发展，对传动装置的功率、速度与可靠性都提高了。如传动功率kw，齿轮圆周速度20-200m/s，设计工作寿命5*10-10*10h，因而要求齿轮的精度等级达到4-5级以上。并对齿轮运转的平稳性与噪声均有较高的要求。
由于数控技术和计算机技术的发展，应用于传递两轴间非匀速比运动的非圆齿轮传动已在各种机器及仪器仪表，如机床、重型机械、轻工机械、汽车以及流量计等中逐步发展起来，其应用效果是十分显著的，如锥形立铣刀的刀刃是圆锥面上的螺旋线，采用非圆齿轮使等导程螺旋线改变为等螺旋角螺旋线，可改善铣刀的切削性能；在汽车变传动比转向器中，采用的齿条与齿扇传动设计，就是利用非圆齿轮的传动原理；此外，钢带轧制生产线中最后切断工序的滚筒式飞剪机，就是利用非圆齿轮装置，来保证钢带的同步剪切。
齿轮用钢材及其热处理工艺对齿轮的承载能力影响较大，如合金钢调质到300HBS的许用接触应力为850N/mm，许用弯曲应力为300N/mm；而渗碳淬火至60HRC的钢，其许用接触和弯曲应力分别达到1600N/mm和500N/mm
。因而，目前普遍提高了对各类齿轮的齿面硬度要求。在钢材的冶金质量方面，对重要的齿轮，要求采用真空脱气处理，提高了钢的韧度，改善了加工性能。为保证齿轮不同尺寸的心部硬度与减少热处理变形，开始生产并应用保证淬透性钢。为缩短齿轮渗碳周期，正逐步推行齿轮的稀土渗碳工艺。此外，为确保齿轮的加工质量、效率及减少变形，对齿坯预备热处理的质量越来越重视。
表1-1 软、硬齿面齿轮性能参数及经济效益对比 钢材 热处理 加工 中心距/mm 重量/kg 重量比（%） 价格比（%） 安全系 数
在切齿加工方面，目前正向高速、高效、高精度方向发展。如用高速钢滚刀滚齿，切削速度可达100-200m/min，被加工齿面的硬度达300-400HBS；硬质合金滚刀切齿，切削速度达)300m/min。在汽车齿轮加工中，多采用多头滚刀，一般双头滚刀可提高效率40%，且头数越多、前刃面磨损越小。滚齿时，在机床上采用数控、数显装置，可缩短调整时间80%，使加工精度提高1 级。硬齿面齿轮的精加工，当前采用硬质合金负前角滚刀超硬滚齿，如与蜗杆珩齿结合可部分代替传统的磨齿工艺，费用仅为磨齿的1/3，效率比普通磨齿提高1-5倍，模数越大，齿数越多，效果越明显，且没有烧伤或裂纹，还可适当提高齿面的疲劳强度。用超硬滚切代替齿轮的粗磨或半精磨的趋势日益明显。滚切精度可以达到6 级，对大模数硬齿面齿轮可达到7级。此外，在加工汽车硬齿面齿轮时，发展一种不使用切削液的超硬滚刀干式滚切工艺，不仅可以提高生产率，减少加工费用，而且可减轻环境污染。在插齿工艺方面，有些插床的插削速度已提高到冲程/min，加工精度可达5-6级，如使用TIN涂层插齿刀加工摩托车齿轮，刃磨一次可加工1000件，它比无涂层插齿刀寿命延长6倍。用aa级硬质合金插齿刀加工45-62HRC的硬齿面齿轮，其精度可达6-7级。使用CBN梳齿刀加工淬硬齿轮，其精度可达5 级在珩齿方面，除采用蜗杆式珩轮进行珩齿外，瑞士生产了一种内啮合式珩轮的珩齿机，加工一个m=3.5mm、z=41、b=37的斜齿轮，时间仅为1min，加工精度达5-6级，现已在一些轿车齿轮上应用推广。
磨齿是获得高精度齿轮最可靠的方法，在齿轮加工中的比重日益增大。一方面普遍采用数控技术提高自动化程度，另一方面广泛使用CBN 砂轮提高磨齿精度。改善冷却润滑条件。新近开发了高效数控CBN 蜗杆砂轮磨齿机与数控CBN 成形砂轮磨齿机，磨削效率与质量显著提高，还可减少磨削次数、提高磨削用量，省去昂贵的修正机构与补偿装置。有的在蜗杆砂轮上镀一层CBN 磨料，无需经机床修整，磨削淬硬的汽车齿轮，仅需1min，加工精度达4-5级。瑞士莱斯豪尔公司采用环面蜗杆砂轮磨削原理开发的RIP200型磨齿机，其生产率为普通磨齿法的5倍；磨削轿车齿轮时，单件磨削时间可缩短到1min，平均每个齿的磨削时间仅为2s，并抗点蚀 抗弯曲 45 正火 滚齿 830
1.3 6.1 42CrMo4 调质 滚齿 650
1.3 5.7 30MnCr5 31CrMoV9 42CrMo4 渗碳调质 气体淡化 磨齿滚齿 精滚 585 490
54 85 78 1.3 3.9 1.3 2.3 34CrMo4 感应或火焰淬火 滚齿、研齿 470
1.4 2.3 20MnCr5 渗碳 磨齿 390
1.6 2.3 按需可磨削各种修形齿轮。由于应用立方氮化硼砂轮的结果，使成形磨削获得了快速发展。与蜗杆砂轮磨齿相比，成形磨齿能十分方便解决齿廓修缘和齿根圆角问题，并在理论上对工件的模数没有限制，而蜗杆砂轮磨齿的最大模数仅7-8mm。数控成形砂轮磨齿机具有其他各种磨齿机无法比拟的万能性，配备相应软件后，可加工各种特殊齿形，而且调整方便，操作简单，最高磨齿精度可达2 级。
齿轮传动CAD技术的开发与应用已日趋完善，从优化设计到计算机辅助绘图，从二维图形发展到三维实体造型，从齿轮零部件CAD到齿轮传动装置CAD，逐步建立了齿轮传动一体化的CAD集成系统。它包含了各类齿轮传动装置相关零部件CAD。一般齿轮设计计算软件开发已较完整，在工程应用中已较普遍。目前，少数单位开发了典型齿轮零部件的参数化CAD绘图，效率很高。要把通用的机械CAD软件和齿轮专用的CAD软件结合起来，推动软件的商品化与集成化，建成齿轮设计与制造工程数据库，逐步过渡到齿轮传动的动态设计技术与仿真技术，以适应高参数与高性能齿轮装置的设计要求，进一步解决齿轮产品虚拟设计与制造技术中，三维可视图形、建模与仿真、动态设计与分析计算等现代设计技术问题。
二、齿轮的毛胚选择与计算
（一）毛胚的的选择 为了制造出质量高，成本低竞争力强的产品，要科学合理的对众多选材料进行全面分析和筛选。
1材料的使用性能 使用性能主要是指在工作条件下，材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能，这是选材时首先应予保证的。对于机械零件和工程构件，最重要的是力学性能。齿轮在机器中的主要作用是传递功率与调节速度。在工作时，齿轮通过齿面得接触传递动力，周期的受弯曲应力盒接触应力。在啮合的齿面上，还承受强烈的摩擦力和冲击力等。 因此要求齿轮材料具有：较高的弯曲疲劳和接触疲劳强度；齿面有较高硬度和耐磨性；齿轮心部要有足够的强度和韧性。所以材料采用45钢。 2、材料的工艺性能 制造每一个零件都要经过一系列的加工过程，因此，将材料加工成零件的难易程度，将直接影响零件的质量、生产效率和加工成本。 工艺性能中最突出的问题是切削加工性和热处理工艺性。因此绝大部分材料需经过切削加工和热处理。 3、材料的经济性 在满足使用性能的前提下，选用材料时应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格、加工费和其他费用，有时甚至还要包括运费与安装费用。 在金属材料哦中，非金刚和铸铁的价格都比较低廉，而且加工方便。因此在能够满足零件力学性能与工艺性能的前提下，选用非合金刚和铸铁可降低成本。对于一些只要求表面性能高的零件，可选用廉价钢种进行表面强化处理来达到。另外，在考虑材料的经济性时不宜单纯的以价格来比较材料的优劣，而应以综合经济效益来评价材料的经济性。
（二）齿轮的计算
表1-2齿轮的计算 名称 模数 齿数 分度圆直径 齿顶高 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 孔径 齿宽
符号 m z 公式 M=p/π z d?mz *ha?ham 齿1 5 18 90
5 6.25 100 77.5 55 18 齿2 5 28 140 5 6.25 150 127.5 d ha hf da *hf?(ha?c*)m da?d?2ha df?d?2hf
df b b b??dd1 18 三、齿轮加工工艺分析
圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮的结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不同而采用不同的工艺方案。
（一）工艺过程分析
图1-1所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺过程见表1-4。
从表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。
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联系人： - 曾先生
地址：深圳市宝安区燕罗街道燕川社区朝阳路78号富比伦工业园B栋8楼
&当前位置：
锥齿轮和准双面齿轮的3种齿制
锥齿轮和准双面齿轮的3种齿制1、弧齿锥齿轮与格利森制美国格利森制采用圆弧收缩齿，以端铣刀的直线刀刃由切削运动形成的刃锥面为产形面，用间歇分齿法展成锥齿轮和准双曲面齿轮。切削运动与展成运动无关，可用拉齿法加工半展成齿轮副的大轮，提高生产率便于用砂轮磨齿提高加工精度。由于只能用间歇分者法加工，增加了辅助时间。大批量生产时，大齿轮用双面法铣齿，一次加工出齿槽的两面；按大轮齿而用单面法配切小轮的凸面和凹面。(2)摆线齿锥齿轮的两种齿制生产摆线齿锥齿轮铣齿机的厂家有瑞士原奥利康公司和德国克林根贝尔格(Klingelnberg) 公司，分别形成奥利康制(简称“奥”制)和克林根贝尔格制(简称“克”制)几何设计、强度计算和切齿调整计算法。其共同特点是：轮齿为长幅外摆线等高齿；采用连续分度双面法铣齿，又称端面滚齿法铣齿，节约了分齿的辅助时间。但刀盘转速和轮坯转速有关，受到约束。“奥”制与“克”制之间有以下主要差别。铣齿机的主要差别a.铣齿机的结构不同。“奥”制铣齿机有刀倾机构，通过改变刀倾角控制齿面接触区的大小和形状S17和S27等型铣齿机有较大刀倾角，可用对偶法展成半展成齿轮副的小齿轮。“克”制铣齿机无刀倾机构。b.铣齿机的规格不同。“克”制有小型铣齿机FK41C，加工的最小法像模数mn=0.mm,也有大型的铣齿机AMK1602,加工的最大模数mn=35mm,齿轮最大外径2000mm.“奥”制铣刀盘模数范围1.5m-13mn，齿轮最大外径=680mm。2、铣刀盘的主要差别a.铣刀盘结构不同。"克"制采用双层刀盘，通过调整外刀与内刀回转中心偏距和增加外到半径，来控制配对两轮接触齿面的相对法曲率，在保证齿厚的条件下得到的接触区。为克林根贝尔格双层铣刀盘。装有内刀齿的内刀盘2固定在铣齿机主轴1上，装有外刀齿的外刀盘3通过十字滑块4、5和6与铣齿机与主轴1链接，外刀盘回转轴心之间的偏距EXZ，以便控制齿面的接触区。“奥”制内外刀齿装在整体刀盘上，其回转中心重合，不可调。3、使用场合不同“奥”制铣齿刀盘刀齿组数多、传动比较大时也用半展成法加工，生产效率较高，但刀具齿形角与刀倾角有关，难于标准化，比较适用于大批量生产的汽车行业，不适用于小模数齿轮和重型齿轮。“克”制FK41C铣齿机适用于加工小模数齿轮，AMK1602等铣齿轮特别适合于重型齿轮的硬齿面刮削。由于刀轴不倾斜，刀具齿形便于标准化，对于单件小批生产十分有利。
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