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第6章 圆柱齿轮的加工
6.1 概述
6.2 滚齿
6.3 插齿
6.4 圆柱齿轮齿面的精加工
6.5 圆柱齿轮加工工艺分析
思考题与习题
6.5 圆柱齿轮加工工艺分析
6.5.1 圆柱齿轮加工的主要工艺问题
　　1. 工艺过程分析?
　　图6-18所示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度等级为7级， 中批生产，其加工工艺过程见表6-6。
图6-18 双联齿轮
表6-6 双联齿轮加工工艺过程
　　加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。 由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性， 而这与切齿时采用的定位基准(孔和端面)的精度有着直接的关系， 所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿轮的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。 除了加工出基准外， 对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。
　　第二阶段是齿形的加工。对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。对于需要淬硬的齿轮， 必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度， 所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。 应予以特别注意。
　　加工的第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中主要是对齿面的淬火处理， 使齿面达到规定的硬度要求。 加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度， 使之达到最终的精度要求。 在这个阶段中首先应对定位基准面(孔和端面)进行修整， 因为淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工， 可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。
　　2. 齿轮热处理?
　　齿轮加工中根据不同要求， 常安排两种热处理工序。 ?
　　（1） 齿坯热处理。在齿坯粗加工前、 后常安排预备热处理——正火或调质。正火安排在齿坯加工前，目的是为了消除锻造内应力，改善材料的加工性能， 使拉孔和切齿加工中刀具磨损较慢，表面粗糙度较小，生产中应用较多。 调质一般安排在齿坯粗加工之后，可消除锻造内应力和粗加工引起的残余应力， 提高材料的综合力学性能，但齿坯硬度稍高，不易切削，所以生产中应用较少。
　（2） 齿面热处理。齿形加工后，为提高齿面的硬度及耐磨性，根据材料与技术要求，常选用渗碳淬火、 高频感应加热淬火及液体碳氮共渗等热处理工序。经渗碳淬火的齿轮变形较大，对高精度齿轮尚需进行磨齿加工。经高频感应加热淬火的齿轮变形小，但内孔直径一般会缩小0.01～0.05 mm，淬火后应予以修正。有键槽的齿轮， 淬火后内孔常出现椭圆形现象， 为此键槽加工应安排在齿轮淬火之后。
　　3. 定位基准选择?
　　齿轮定位基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。 但一般情况下，为保证齿轮的加工精度， 应根据 “基准重合” 原则，选择齿轮的设计基准、 装配基准和测量基准为定位基准，且尽可能在整个加工过程中保持 “基准统一”。 ?
　　轴类齿轮的齿形加工一般选择中心孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择轴颈和一端面定位。 ?
　　(1) 内孔和端面定位，符合“基准重合”原则。 采用专用心轴，定位精度较高，生产率高，故广泛用于成批生产中。 为保证内孔的尺寸精度和基准端面的跳动要求， 应尽量在一次安装中同时加工内孔和基准端面。 ?
　　(2) 外圆和端面定位，不符合“基准重合”原则。用端面作轴向定位，以外圆为找正基准，不需专用心轴，生产率较低，故适用于单件小批生产。为保证齿轮的加工质量，必须严格控制齿坯外圆对内孔的径向圆跳动。
　　4. 齿坯加工?
　　据前所述，齿坯加工工艺主要取决于齿轮的轮体结构、 技术要求和生产类型。轴类、套类齿轮的齿坯加工工艺和一般轴类、套类零件基本相同。对于盘类齿轮的齿坯， 若是中小批生产，则尽量在通用机床上进行加工。对于圆柱孔齿坯， 可采用粗车—精车的加工方案：一是在卧式车床上粗车齿坯各部分；二是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； 三是以内孔在心轴上定位，精车外圆、 端面及其他部分。对于花键孔齿坯，采用粗车—拉—精车的加工方案：
　　一是在卧式车床上粗车外圆、端面和花键底孔； 二是以花键底孔定位，端面支承，拉花键底孔；三是以花键孔在心轴上定位，精车外圆， 端面及其他部分。若是大批量生产， 则应采用高生产率的机床和专用高效夹具加工。 无论是圆柱孔还是花键孔齿坯，均采用多刀车—拉—多刀车的加工方案： 一是在多刀半自动车床上粗车外圆、 端面和内孔；二是以端面支承、 内孔定位拉花键孔或圆柱孔； 三是以孔在可胀心轴或精密心轴上定位，在多刀半自动车床上精车外圆、端面及其它部分，为车出全部外形表面， 常分为两个工序，在两台机床上进行。
　　在齿轮的技术要求中，如果规定以分度圆弦齿厚或固定弦齿厚的减薄量来测定齿侧间隙，则应注意齿顶圆的尺寸精度要求，因为齿厚的检测是以齿顶圆为测量基准的，齿顶圆精度太低，必然使所测量出的齿厚值无法正确反映齿侧间隙的大小。 所以，在这一加工过程中应注意下列问题：?
　　（1） 当以齿顶圆直径作为测量基准时， 应严格控制齿顶圆的尺寸精度； ?
　　（2） 保证定位端面和定位孔或外圆相互的垂直度； ?
　　（3） 提高齿轮内孔的制造精度， 减小与夹具心轴的配合间隙。
　　5. 齿形加工方案选择?
　　齿形加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和齿轮的热处理方法等。? ?
　（1） 8级或8级以下精度的齿轮加工方案。对于不淬硬的齿轮，用滚齿或插齿即可满足加工要求； 对于淬硬齿轮，可采用滚（或插）齿—齿端加工—齿面热处理—修正内孔的加工方案。 但热处理前的齿形加工精度应比图样要求提高一级。
　（2） 6～7级精度的齿轮加工方案。?
　　① 剃-珩齿方案： 滚（或插）齿—齿端加工—剃齿—齿面热处理—修正基准—珩齿。 ?
　　② 磨齿方案：滚（或插）齿—齿端加工—齿面热处理（渗碳淬火）—修正基准—磨齿。 ?
　　剃-珩齿方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。 磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上或虽低于6级但淬火后变形较大的齿轮。 ?
　　随着刀具材料的不断发展，用硬滚、硬插、硬剃代替磨齿， 用珩齿代替剃齿， 可取得很好的经济效益。 ?
　　5级精度以上的齿轮一般应取磨齿方案。
　　6. 齿端加工?
　　齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱（见图6-19）和去毛刺等，一般在齿轮倒角机上进行。倒圆、 倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合，所以滑移齿轮常进行齿端倒圆。 倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。
图6-19 齿端加工方式
（a） 倒圆； （b） 倒尖； （c）倒棱
　　7. 基准修正?
　　齿轮淬火后基准孔常产生变形，为保证齿形精加工质量， 对基准孔必须进行修正。对大径定心的花键孔齿轮， 通常用花键推刀修正。推孔时要防止推刀歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止推刀歪斜，取得了较好效果。 ?
　　对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高， 常用于内孔未淬硬的齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对整体淬火齿轮和内孔较大、 齿厚较薄的齿轮，均以磨孔为宜。
6.5.2 高精度齿轮加工工艺分析?
　　1. 工艺过程分析?
　　图6-20所示为一高精度齿轮，材料为40Cr，精度为6-5-5级，其加工要求见表6-7，加工工艺过程见表6-8。 　
图6-20 高精度齿轮
表6-7 高精度齿轮加工要求
　　2. 加工工艺特点?
　　(1) 定位基准的精度要求较高。由图6-20可知，作为定位基准的内孔，其尺寸精度标注为￠85H5，基准端面的粗糙度较低（Ra为1.6 μm)，它对基准孔的跳动为0.014 mm，这几项均比一般精度的齿轮要求高。因此， 在齿坯加工中，除了要注意控制端面与内孔的垂直度外， 尚需留一定的余量进行精加工。 精加工孔和端面采用磨削，先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔，再以孔为定位基准磨端面，控制端面跳动要求， 以确保齿形精加工用的精基准的精度。
表6-8 高精度齿轮加工工艺过程
　　（2） 齿形精度要求高。为满足齿形精度要求，其加工方案应选择磨齿方案，即滚齿—齿端加工—高频感应加热淬火—修正基准—磨齿。磨齿精度可达4级，但生产率较低。本例齿面热处理采用高频感应加热淬火，变形较小，故留磨余量可尽量缩小到0.1 mm左右， 以提高磨齿效率。
思考题与习题
6-1 齿轮传动的基本要求有哪些？?
6-2 试述滚齿加工的基本原理。 ?
6-3 齿轮滚刀安装角对切削条件、 刀具寿命等有何影响？?
6-4 齿轮滚刀的前、 后角是怎样形成的？?
6-5 滚齿加工和插齿加工各有什么特点？?
6-6 齿形加工中常用哪些热处理工艺？热处理后如何精修基准？?
6-7 齿形加工方案怎样确定？

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