减速器制造技术

减 速 器 制 造 技 术（讲义稿）i【减速器制造技术】目 录1 概述1.1常用机床1.2齿轮加工机床1.3齿轮齿形的常用切削方法1.4齿轮材料及常用热处理1.5常用齿轮刀具2 减速器主要零部件工艺余量2.1 工艺留量规范2.1.1 齿轮轴调质余量2.1.2 齿圈齿套类调质余量2.1.3机体类人工时效留量2.1.4 行星减速器转架调质留量2.1.5 硬齿面齿轮预备热处理高温正火留量2.1.6 渗碳淬火齿轮单面留量2.1.7 硬齿面齿轮公法线留量（齿厚留量）2.1.8 台阶倒角与余量的关系2.1.9 台阶圆角半径2.1.10 轴类磨削余量2.1.11 平面磨削余量2.1.12 孔类磨削余量2.2 渗碳淬火硬齿面齿轮类加工工艺过程留量原则2.2.1 留量内容2.2.2 留量原则3 齿轮加工方法及工艺过程3.1 齿轮制造工艺概况3.2 圆柱齿轮加工方法3.2.1滚齿3.2.2 插齿3.2.3铣齿3.2.4梳齿3.2.5 磨齿3.2.6 剃齿3.2.7 挤齿3.2.8珩齿3.3 蜗杆副加工方法3.3.1蜗杆齿加工方法3.3.2 蜗轮齿加工方法3.4 锥齿轮加工方法3.4.1 直齿(包括斜齿)锥齿轮加工3.4.2 弧齿锥齿轮加工3.4.3 长幅外摆线锥齿轮加工3.4.4 螺线锥齿轮加工3.5 特种齿轮加工方法3.6 齿轮加工方法选择3.7 齿轮典型工艺3.7.1调质齿轮工艺3.7.2渗碳齿轮工艺3.7.3 行星传动齿轮工艺3.7.4 锥齿轮工艺4 减速器箱体的加工4.1 减速器箱体结构4.2 制订箱体工艺过程的共同性原则4.3 定位基准的选择4.4 箱体典型工艺减速器制造技术1 概述1.1 常用机床减速器产品制造过程中要用到各种金属切削机床。常用机床及其主要用途见表11。表11 常用机床及其主要用途车床主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形面。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。减速器中的回转件都有大量的车削工序。铣床一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮）、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削，因而铣床的生产率较高。减速器中轴承孔端面、轴类零件的键槽等一般在铣床上加工。 刨床插床主要用于加工各种平面（如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等）、直线成型表面。如果配有仿形装置，还可加工空间曲面，如汽轮机叶轮，螺旋槽等。这类机床的刀具结构简单，回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。箱体类零件的结合面多用刨床加工。减速器大齿轮内孔中的键槽一般安排插床加工。镗床适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，主轴箱端部设计有平旋盘径向刀架，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行钻、铰孔及螺纹加工。箱体类零件的内孔大都在镗床上加工，镗铣工序是减速器箱体的关键工序。磨床用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床可加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿轮齿廊面、螺旋面及各种成型面等，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面质量，所以磨床主要应用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。钻床具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。在摇臂钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔；在台钻上配上万能工作台（MDT-180型），还可铣键槽。齿轮加工机床齿轮是最常用的传动件，有直齿、斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿的圆锥齿轮，蜗轮以及非圆形齿轮等。加工齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床。1.2 齿轮加工机床1.2.1齿轮加工机床的类型按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。 圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机等；锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮的铣齿机； 此外，还有加工齿线形状为长幅外摆线或延伸渐开线的锥齿轮铣齿机。 用来精加工齿轮齿面的机床有珩齿机、剃齿机和磨齿机等。 1.2.2齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也各不相同，按齿面加工原理来分，有范成法、成形法（仿形法）。 1. 成形法 成形法利用与被加工齿轮齿槽截形相一致的刀具齿形，在齿坯上加工齿面。 在铣床上用盘形或指形齿轮铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮。加工时，刀具作快速的切削运动（旋转运动或直线运动），并沿齿槽作进给运动，就可切出齿槽。加工完一个齿槽后，工件分度转动一个齿距，再加工另一齿槽，直至切出全部齿槽。 采用成形法加工齿轮，所用机床较简单，并可以利用通用机床加工。缺点是加工精度较低，生产率不高，通常多用于修配。 2. 范成法 用范成法加工齿轮时，刀具与工件模拟一对齿轮（或齿轮与齿条）作啮合运动（范成运动），在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。 范成法切齿刀具的齿形可以和工件齿形不同，且可以用一把刀具切出同一模数而齿数不同的齿轮，加工时连续分度，具有较高的加工精度和生产率。 1.3 齿轮齿形的常用切削方法齿轮齿形的加工方法，有无切屑加工和切削加工两大类。无切屑加工方法有：热轧、冷挤、模锻、精密铸造和粉末冶金等。切削加工方法可分为成形法和展成法两种，其加工精度及适用范围见表12。表12 齿轮齿形的常用切削方法1.4 齿轮材料及常用热处理常用的齿轮材料是钢、铸铁和非金属材料。1. 锻钢钢材的韧性好，耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故最适应于用来制造齿轮。除尺寸过大（da400600mm）或者是结构形状复杂只宜铸造者外，一般都用锻钢制造齿轮，常用的是含碳量在(0.150.6)%的碳钢或合金钢。制造齿轮的锻钢可分为：软齿面（硬度350HBS）：经热处理后切齿的齿轮所用的锻钢对于强度、速度及精度都要求不高的齿轮，应采用以便于切齿，并使刀具不致迅速磨损变钝。因此，应将齿轮毛坯经过正火（正火）或调质处理后切齿。切制后即为成品。其精度一般为8级，精切时可达7级。这类齿轮制造简便、经济、生产效率高。硬齿面（硬度350HBS）：需进行精加工的齿轮所用的锻钢高速、重载及精密机器（如精密机床、航空发动机）所用的主要齿轮传动，除要求材料性能优良，轮齿具有高强度及齿面具有高硬度（如5865HRC）外，还应进行磨齿等精加工。需精加工的齿轮目前多是先切齿，再做表面硬化处理，最后进行精加工，精度可达5级或4级。这类齿轮精度高，价格较贵，所以热处理方法有表面淬火、滲碳、氮化、软氮化及氰化等。所以材料视具体要求及热处理方法而定。合金钢根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性、耐冲击、耐磨及抗胶合的性能等获得提高，也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。所以对于既是高速、重载又要求尺寸小、质量小的航空用齿轮，就都用性能优良的合金钢（如20CrMnTi，20Cr2Ni4A等）来制造。2. 铸钢铸钢的耐磨性及强度均较好，但应经退火及正火处理，必要时也可进行调质。铸钢常用于尺寸较大的齿轮。3. 铸铁灰铸铁性质较脆，抗冲击及耐磨性都较差，但抗胶合及抗点蚀的能力较好。灰铸铁齿轮常用于工作平稳、速度较低、功率不大的场合。4. 非金属材料对高速轻载及精度不高的齿轮传动，为了降低噪声，常用非金属材料（如夹布胶木、尼龙等）做小齿轮，大齿轮仍用钢或铸铁制造。为使大齿轮具有足够的抗磨损及抗点蚀的能力，齿面的硬度应为250350HBS。钢制齿轮的常用热处理及化学处理见表13。表13 齿轮的常用热处理及化学处理1.5 常用齿轮刀具齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具，由于齿轮的种类很多，其生产批量和质量的要求以及加工方法又各不相同，所以齿轮刀具的种类也很多，通常按下列方法来分类： 1. 按照加工的齿轮类型来分，有以下三类刀具； （1）圆柱齿轮刀具 它也可以分为两类 渐开线圆柱齿轮刀具 如盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮滚刀、插齿刀和剃齿刀等。非渐开线圆柱齿轮刀具 如圆弧齿轮滚刀、摆线齿轮滚刀和花键滚刀等。（2）蜗轮刀具 如蜗轮滚刀、蜗轮飞刀等。（3）锥齿轮刀具 2. 按刀具的工作原理分，有以下两类刀具 （1）成形齿轮刀具 这类刀具的切削刃廓形与被加工齿轮端剖面内的槽形相同。如盘形齿轮铣刀、指状齿轮铣刀等。 图11 镶齿式盘形齿轮铣刀的结构a) 锥销式b) 螺钉一楔块式图12 粗加工用等螺旋角指形铣刀（2）展成齿轮刀具 这类刀具加工齿轮时，刀具本身就是一个齿轮，它和被加工齿轮各自按啮合关系要求的速比转动，而由刀具齿形包络出齿轮的齿形。如齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀等。图13 整体高速钢齿轮滚刀的结构形式图14 镶片高速钢滚刀结构形式图15 高速滚齿用硬质合金滚刀的形式 a) 机械夹固式b) 焊接式图16 硬质合金可转转位式滚刀的结构图17 硬质合金刮削滚刀的形式a) 焊接式；b) 机械夹固式c）焊接一机械夹固式2 减速器主要零部件的工艺余量2.1 工艺留量规范在实际生产中，工艺余量应考虑工件的结构形状、生产数量、车间设备条件及工人技术等级等各项因素，酌情选取。2.1.1 齿轮轴调质余量齿轮轴（轴）调质单面余量见表21。 表21 齿轮轴调质单面余量 mm 轴长直径4004008008001200120020003005005008008001200120016001600200030678101214308067810101480160567810121602504678121225036036810121436050036101214142.1.3机体类人工时效留量机体类人工时效留量见表2-3。 表23机体类人工时效留量 mm长度宽度500500 8008001200120020002000350035005003445675001000445667100020005567782000667810102.1.4 行星减速器转架调质留量转架类调质留量见表24 表24 转架类调质留量 mm外径长度500500 800800120012003004566300600556660010005667100067882.1.5 硬齿面齿轮预备热处理高温正火留量按表25选取，也可以按调质留量的（1/21/3）倍选取。 表26 硬齿面齿轮预备热处理高温正火留量 mm 齿宽直径1001002002004004002002233.52004002.52.534400800333.5480012003.53.5452.1.6 渗碳淬火齿轮单面留量 渗碳前的留量应包括实际渗碳层（图纸渗碳层0.51mm）、淬火变形量和精加工量。淬火留量见表2-7。 表27 渗碳淬火齿轮单面留量 mm 外径长度2002004004008003000.81230060011.5260012001.522.52.1.7 硬齿面齿轮公法线留量（齿厚留量）硬齿面齿轮公法线留量见表28。 表28 齿厚留量 mm 模数工序448812121818渗碳前粗滚齿0.50.550.550.60.60.70.70.80.800.90磨齿前半精滚0.180.230.200.260.230.280.250.320.280.362.1.8 台阶倒角与余量的关系 （见表29） 表29 台阶倒角与余量的关系 mm余量a345 67 89 1012141620倒角4523455678102.1.9 台阶圆角半径r（见表210） 表2-10 台阶圆角半径r mmD-d400r68101520302.1.10 轴类磨削余量（见表211） 表211 轴类磨削余量 mm 直径轴长度303050508080120120180180260直 径 余 量 a1000.50.50.51002500.50.50.60.60.62505000.50.60.60.60.70.85008000.70.70.70.70.880012000.80.80.80.80.92.1.11 平面磨削余量（见表212） 表212 平面磨削余量 mm加工面长度加 工 面 宽 度1001003003001000余量a偏差（+）余量a偏差（+）余量a偏差（+）3000.20.10.250.1230010000.250.120.30.150.40.152.1.12 孔类磨削余量（见表213） 表2-13 孔类磨削余量 mm孔的直径D磨 孔 的 长 度 L5050100100200200300300500直 径 余 量 a200.50.520300.50.60.630500.60.60.60.750800.60.60.70.70.8801200.70.70.80.80.81201800.70.80.80.90.91802600.80.80.90.91.02.2 渗碳淬火硬齿面齿轮类加工工艺过程留量原则2.2.1 留量内容对硬齿面齿轮，加工工艺全过程工艺留量主要包含以下各项：1）齿形最终的磨齿余量与齿轮模数有关，在半精滚刮齿工序时说明。2）硬质合金滚刀的刮齿余量即用刮前（磨前）滚刀粗滚齿时所留的余量，其中包含1）项余量在粗滚齿工序中说明。3）各部精磨留量一般在0.50.8mm之间，在淬火后精车工序中说明。4）整体淬火时变形量，同时综合3）项余量，在渗碳后粗车工序中说明。5）整体在渗碳时发生的变形量，同时综合1）、2）、3）、4） 各项余量，在正火后粗车工序和粗滚齿工序中说明。6）各非渗碳部位应车去的渗碳层余量，其中包含3）、4）、5） 各项余量，在正火后，粗车工序中说明，并在渗碳后粗车工序中车去非渗碳部位多余渗碳层。7）对于齿顶圆仅留高温正火处理的变形余量，其余部位应包含3）、4）、5）、6） 各项余量，在正火前，毛坯第一次粗车时说明。2.2.2 留量原则在毛坯第一次粗车工序时应留出足够的余量，它包含高温正火处理、渗碳处理、淬火处理、去渗碳层、精车、精磨各项余量，对齿顶圆余量，只需留够正火余量即可。在高温正火处理后的粗车工序时，应留够渗碳淬火渗碳层、精车，精磨各项余量，在此工序齿部尺寸应按同图车成，不必留量。在用刮前（磨前）滚刀粗滚齿工序时，应留够齿形、齿向在渗碳、淬火时的变形余量及半精刮齿量，磨齿余量等。在渗碳后的粗车多余非渗碳层部位时应留出淬火变形量，精车余量等。在淬火后的精车工序时应留出磨外圆的余量。在用硬质合金滚刀精刮齿时，只需留出磨齿余量即可。3 齿轮加工方法及工艺过程3.1 齿轮制造工艺概况齿轮制造技术是获得优质齿轮的关键。齿轮加工的工艺，因齿轮结构形状、精度等级、生产条件可采用不同的方案，概括起来有齿坯加工、齿形加工、热处理和热处理后精加工四个阶段。齿坯加工必须保证加工基准面精度。热处理直接决定轮齿的内在质量，齿形加工和热处理后的精加工是制造的关键。也反映了齿轮制造的水平。在齿轮加工工艺上，对软齿面和中硬齿面齿轮，一般工艺方法为调质后滚齿或插齿。对大模数齿轮则采用粗滚齿一调质一精滚齿。对汽车、拖拉机、机床等齿轮，批量大，要求精度高，采用滚齿或插齿后，再进行剃齿或珩齿。齿面感应淬火的齿轮(4252HRC)，其工艺为滚齿或插齿、剃齿、感应淬火，再剃齿或珩齿。对于硬齿面齿轮，一般先滚齿或插齿，有时还剃齿，热处理后精整基准面，轮齿变形大时，进行磨齿。轮齿变形较小，且精度要求在7级和7级以下的齿轮，热处理后可采用珩齿或研齿。要求精度高且载荷不太大，且要求硬齿面的齿轮，可采用精滚齿后离子渗氮工艺。齿轮的加工方法很多，但主要方法有滚齿、插齿、剃齿和磨齿。其他尚有铣齿、刨齿、梳齿、挤齿、珩齿和研齿等。近年来，在加工技术，如硬齿面技术、计算机数控技术等方面的发展，已使各种加工方法出现了崭新面貌。3.1.1 滚齿滚齿于1897年即被应用，是目前应用最广的切齿方法，可加工渐开线齿轮、圆弧齿轮、摆线齿轮、链轮、棘轮、蜗轮和包络蜗杆。滚齿精度最高可达DIN47级。表面粗糙度Ra3.21.6m。国产滚齿机(武重产Y311250)加工最大直径达12.5m，最大模数达36(40)mm。目前高速钢滚刀的切削速度可达100200m/min，加工齿面硬度最高达300400 HB。硬质合金滚刀切削速度可达300m/min，滚切齿面硬度最高达HRC6264。目前滚齿的先进技术有：1. 多头滚刀滚齿和新刀具的应用一般双头滚刀可提高效率约40 %，三头滚刀可提高效率约50%。为提高生产率，应用可转位硬质合金镶片滚刀切削速度比高速钢滚刀高58倍，不需重磨，可在机床上更换镶片。2. 滚齿机数控化 可减少调整时间、提高加工精度、大幅度提高生产效率，可进行鼓形齿、锥齿等切削加工。3. 硬齿面滚齿技术 硬齿面滚齿扩展了滚齿领域。该方法也称刮削齿加工。刮削可作为大型齿轮磨前预加工工序，去掉淬火变形量，直到留有合理的磨削余量，以减少磨齿时间，降低成本。刮削作为精加工工序，可达到DIN3962的6级精度。4. 大型复合齿轮机床的应用大型齿轮滚齿，由于工件体积大，重量重，装卡不便。所以大型齿轮滚齿设备的发展趋势是综合性加工。如德国HURTH公司的WF3500滚齿机，将滚齿、插齿、磨齿和齿轮检测集于一体，避免多次装卸。3.1.2 插齿和梳齿插齿是一种广为采用的切齿方法，特别适合于加工内齿轮和多联齿轮。采用特殊刀具和附件后，还可加工无声（齿型）链轮、棘轮、内外花键、齿形皮带轮、扇形齿轮、非完整齿齿轮、特殊齿形结合子、齿条、端面齿轮和锥度齿轮等。数控插齿机能加工椭圆齿轮、非圆齿轮和特殊形状的齿轮。最高加工精度达56级。梳齿是用齿条刀插削圆柱齿轮。特点是加工精度高，可达DIN5级。由于刀具结构简单、制造刃磨方便，精度高、刃磨次数多，便于采用硬质合金刀片和立方氮化硼(CBN)刀片加工淬硬齿轮。3.1.3 剃齿剃齿是一种高效齿轮精加工方法，最早于1926年在美国应用。和磨齿相比，剃齿具有效率高、成本低、齿面无烧伤和裂纹等优点。所以在成批生产的汽车、拖拉机和机床等齿轮加工中，得到广泛应用。国外剃齿机最大加工直径已超过6m，剃齿精度已达DIN5级。国产Y41125A剃齿机可加工直径为1250mm，模数为12mm的齿轮。在硬齿面剃齿方面国外采用单刃型硬质合金剃齿刀，减轻剃削时的接触压力，使剃削成为可能。日本已用单刃硬质合金剃齿刀加工5260HRC的硬齿面齿轮，精度达67级以上，表面粗糙度值Ra6.31.25m。3.1.4 珩齿珩齿是一种轮齿表面光整加工技术，可有效地改善齿面质量，粗糙度由Ra2.5m减小到Ra0.63m以下。某些珩齿方法还能在一定程度上提高齿轮精度，由于效率高，成本低，齿面无烧伤，所以广泛用于7级以下精度的软、硬齿面齿轮加工。珩齿方法有齿轮形珩轮外啮合珩齿、蜗杆式珩轮珩齿和内啮合珩齿。齿轮形珩轮外啮合珩齿已广泛应用，能有效地降低齿面粗糙度，但提高齿轮精度的能力甚微。蜗杆式珩轮珩齿工艺，珩轮齿形可以精确成形，珩轮精度高，珩齿切削速度高，修正轮齿误差能力强。内啮合珩齿沿齿高相对滑动速度差小、重合度大、齿面压力波动小，可达到7级精度，部分可达6级。国内外珩齿方面的研究多着眼于进一步提高珩齿精度下提高珩磨轮的寿命。3.1.5 磨齿磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，磨齿是高精度齿轮的主要加工方法。磨齿的主要问题是效率低、成本高，尤其是大尺寸齿轮。所以提高磨齿效率，降低费用成为当前主要研究方向，在这方面，近年来出现的新技术有：1. 改进磨削方法 如减少磨削次数，压缩展成长度，缩短磨削冲程。2. 应用立方氮化硼(CBN)砂轮高效磨齿 CBN砂轮具有硬度高(比A12O3高一倍多)、耐磨性好、寿命长、精度保持性好、切削性能好、热扩散系数大等优点。用CBN砂轮磨齿轮比用单晶钢玉砂轮磨削效率提高到510倍，被磨削表面不易发生烧伤和裂纹，表面呈压应力状态，疲劳强度高。3. 磨齿机采用数控(CNC)技术 数控技术使磨齿机操作简便，减少了调整和停机时间，提高了效率和自动化程度，获得了稳定和可靠的精度，使齿轮磨齿工艺发生了深刻的变革。4. 开拓新的磨削原理和磨齿工艺环面蜗杆砂轮磨削的连续成形磨齿工艺、深切缓进磨齿等工艺，其效率均可达到普通磨齿法的35倍。3.1.6 螺旋锥齿轮加工螺旋锥齿轮是航天、航海和汽车工业的核心零部件，螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的应用十分广泛。这类齿轮的设计制造质量主要取决于两方面因素。一是加工设备及其工夹具的精度。二是由复杂的共扼计算所确定的机床及刀具的调整参数保证的齿形精度，这是提高这类齿轮质量的关键所在。格里森公司在加工设备方面，推出了高效准双曲面齿轮磨齿机和数控多功能铣齿机。在质量检验分析和控制技术方面，研制了具有三坐标测量功能的计算机辅助检测系统，可快速准确测出齿形误差，并得出最佳的切齿修正调整参数。在设计制造技术方面，研制了一套包括几何、强度设计、切齿(或磨齿)调整参数计算，考虑轮齿边缘和轮齿接触分析和有限元应力接触分析的计算机软件系统。德国克林贝格(KLINGELNBERG)公司用装有硬质合金刀齿的刀盘刮削特大型螺旋锥齿轮(HPG法)，加工直径大于600 m m，模数大于8mm，精度达到DIN5级，表面质量相当于精磨齿面。对于较小型的齿轮，即齿轮直径小于600 mm和模数在8mm以下时，单纯硬质合金刀片的刀盘，刀具寿命尚有所不足，因此，刀盘装有由硬质合金材料制成的硬焊刀齿，该材料上渗入0.7mm厚的立方氮化硼，组成切削刃和切削刀面，该种方法称HPGS法。以上刀盘均可加工齿面硬度达到62HRC，最高精度到DIN3级。刀盘寿命达48h。3.1.7 研齿为了改善齿面粗糙度，可采用研齿。有时由于装配误差及受载变形等因素影响，使原本精度较高的齿轮在满载下，齿面接触情况变坏，也可用研齿方法进行改善。研齿时，必需用齿轮专用研磨剂，以避免损伤齿面或出现其它隐患出现。我国北京科技大学研制的齿轮满载快速抗胶合研合剂(HGE1， HGL2，SGE1，SGL2. WGE1. WGL2)，适用于各种软、硬齿面齿轮及蜗轮蜗杆的齿面研合和抛光。该研合剂是一种三维网络结构的膏状体，具有良好的研合性能，能快速增加接触面积。研合后，齿轮精度指标都有所提高，表面粗糙度达到Ra0.320.63m，接触面积可达100 % 。当载荷加到额定载荷的60%以上时，一般齿轮，研合次数不大于10000次。同时具有良好的抗胶合性能，满载研合不产生胶合。研合时，不用润滑油，不产生滴溅，轴承口用纸片挡住后，不进入轴承。清洗容易，无毒，无污染。3.1.8 齿轮检测齿轮检测技术在齿轮制造中占有重要地位，没有先进的检测技术和仪器，不可能制造出性能优良的齿轮。现代齿轮检测技术向非接触化、精密化、多功能化、高速化、自动化、智能化、集成化(计算机控制)、经济化方向发展。在检测领域方面，解决大模数和小模数齿轮的检测问题。目前齿轮检测方法有单项误差的测量和综合误差的测量两大类。在检测仪器方面，各国均开发了由计算机控制的齿轮量仪。如美国Fellows公司的Micrologs50万能测齿仪(CNC)、日本大阪精机的GC18HP， GC12HP齿轮测量仪（CNC）、德国Carl Mahr公司的8901 EM齿轮测量仪(CNC)、德国Holler公司的HFR1000渐开线导程检查仪、瑞士Maag公司的ES400型自动周节仪、德国Ziess公司的TA450D自动周节仪、瑞士Maag公司的ES - 430/55型齿形测量仪、我国成都工具研究所的CDQ320型单啮仪、哈尔滨量具刃具厂的3001型万能齿轮量仪等。齿轮量仪的发展，使齿轮测量精度不断提高，如GC12HP及8901 EM齿轮测量仪，测量精度达0.00lmm以上。在仪器构造上，大量应用新技术和元件，我国重庆大学首次将激光扫描及双摄象机定位用于齿轮外形曲面非接触测量，长春光学机械研究所用电感测微仪和计算机控制，研制了高精度齿距测量系统，可测出1级精度齿轮齿距误差。在大模数、大直径齿轮测量方面，哈尔滨量具刃具厂研制了3280上置式齿轮测量仪，采用光栅技术、计算机控制，从而为大齿轮的加工现场提供了临床齿形测量手段。3.2 圆柱齿轮加工方法3.2.1滚齿 在滚齿机上用滚刀滚齿，滚刀和被加工齿轮按一定的速比转动，在齿轮的端截面上连续加工出整圈的齿，滚刀沿着齿轮的轴心线方向进给，加工出全齿轮宽度的齿。滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿轮与被切齿轮作空间啮合，滚刀头数z相当于斜齿轮齿数；滚齿的啮合关系，也可比作蜗杆副的啮合，滚刀刃位于蜗杆的螺纹表面上，滚刀转一圈，被加工齿轮转zz圈。滚齿机滚齿的滚刀主切削运动、齿形展成、分度、进给及差动等，是连续并同时进行的。加工斜齿轮，滚刀的进给与螺旋导程相关，运动关系是：进给距离等于齿轮的螺旋导程时，差动使齿轮转一圈。一种滚刀可以加工模数相同，齿数、螺旋角和变位量不同的多种齿轮。极小的仪表齿轮和很大的重型矿山齿轮都可以滚齿，生产效率较高，加工齿节距误差较小，质量比较稳定。 图31滚齿机的主要都件及工作示意图1支臂；2一滚刀；3斜齿工件；4一小立柱；5一夹具；6一工作台；7一分度蜗轮副；8一床身；9一滑板；10一主轴；11一刀架；12一立柱图 3-2 万能滚齿机工作循环a）径向进给循环；b) 轴向进给循环；c) 径向一轴向进给循环；d) 切向进给循环；e) 两次径向一轴向进给循环f) 仿形加工鼓形齿循环；g) 加工小锥度齿循环图33 渐开线齿形的包络形成图图34滚刀切削时形成的齿形误差 a) 两相邻切削刃之间出现的误差f b) 滚刀顶刃在齿根圆柱和侧刃在齿面纵向剖面上产生的波痕高度3.2.2 插齿 在插齿机上用插齿刀插齿，插齿刀和被加工齿轮按一定的速比转动，切出整圈齿轮的齿形、插齿刀的切削往复运动，切出全齿轮宽度的齿。在插齿机上插齿，插齿刀与被加工齿轮的转动关系，犹如两个齿轮做无间隙的啮合。插齿分度和齿形展成加工是连续进行的。若插齿刀齿数是z1，插齿刀转一转，被加工齿轮转z1z：转。加工斜齿轮，插齿螺旋运动由螺旋套控制，被加工齿轮的螺旋角，由螺旋套导程长度L与插齿刀分圆直径d1决定：tan= d1L即被加工齿轮螺旋角等于插齿刀的螺旋角。用插齿刀插齿，插齿啮合线长度与加工件齿数和插齿刀齿数z1有关，一把插齿刀不能满足加工模数相同，齿数和修正系数不同的各种齿轮需要，插齿刀只能在一定的加工齿数范围内通用。插齿是内齿轮、多联齿轮的有效加工方法，广泛用于加工直齿轮，也可加工斜齿轮及人字齿轮，采取措施还可以加工齿条。图35 立式插齿机图36 插齿刀外形图37 插齿示意图3.2.3铣齿 铣齿属成形法加工齿轮，刀具的截形与被加工齿轮的齿槽形状相同，刀具沿齿轮的齿槽方向进给，一个齿槽铣完，被加工齿轮分度后，再铣第二个齿槽，齿轮的齿节距由分度控制。铣斜齿轮，铣刀的进给运动配合被加工齿轮转动，运动关系是，进给距离等于被加工齿轮的导程时，被加工齿轮转一转。由于齿轮的齿槽形状与齿轮的齿数、修正量、甚至齿厚公差有关，成形法铣齿难于实现刀具齿形与被加工齿轮齿槽都相同，实际上铣齿大都是近似齿形。大模数的齿轮，铣齿生产效率较高，铣齿广泛用于粗切齿。(1) 片(盘状)铣刀铣齿 片铣刀铣齿，齿轮的模数大小不受限制。用于大模数、大螺旋角、多齿数的齿轮粗铣齿，比普通滚刀粗切齿，生产效率可显著提高。(2) 指形刀铣齿 指形刀铣齿，刀具制造比较简便，适用于较大模数的齿轮粗精铣齿。可加工齿面中间无退刀槽的人字齿轮。图38人字齿轮铣齿机3.2.4梳齿 在梳齿机上用梳齿刀梳齿，被加工齿轮相对梳齿刀按一定的速比转动和移动，切出齿轮的齿形，梳齿刀的切削往复运动加工出全齿宽的齿，刀齿节距和被加工齿轮的分度保证齿轮的齿节距。梳齿机加工齿轮，梳齿刀与被加工齿轮的运动关系，犹如齿条与齿轮的啮合，也可以比做插齿的特例，即插齿刀的齿数无限大，刀具分圆变成直线。梳齿刀加工齿轮，梳齿刀可以是一个或多个刀齿，展成运动是直线。由于梳刀的一个刀齿只能在工件上切出一个齿槽，而且梳刀齿数有限，不可能连续切出齿轮的所有齿槽，为此，在一次展成运动之后，必须返回展成运动的起始位置，分度之后，再做下一次的齿形展成运动。梳齿机加工斜齿轮，螺旋角靠梳刀溜板搬度，被加工齿轮的螺旋角就是梳刀溜板搬转的角度。梳齿机加工圆柱外齿轮，加工特点和插齿机大致相同。梳齿刀的切削条件和刀具制造精度优于插齿刀，所以梳齿精度较高。图39 梳齿机外形图310 斜齿梳齿刀图例3.2.5 磨齿 磨齿是齿轮的精加工方法，用砂轮对齿面进行磨削，磨齿可以磨削齿面淬硬的齿轮，消除热处理变形，提高齿轮精度。1. 锥形砂轮磨齿 被加工齿轮相对砂轮按一定速比相互转动和移动，磨出齿轮的齿形，砂轮的往复运动，加工出全齿宽的齿。齿轮的齿节距由分度保证。砂轮与被加工齿轮的运动关系，犹如齿条和齿轮的啮合，磨齿循环运动与梳齿机梳齿基本相同。锥形砂轮的中间截面，形状与齿条的齿截面相同，磨齿时，砂轮锥面与齿面相切，接触只有一点，磨削直齿轮，可以做齿根和齿顶修形，以及磨鼓形齿等。图311 锥面砂轮磨齿机图312锥形砂轮磨齿示意图2. 碟形砂轮磨齿 砂轮形如碟子，用突起的砂轮边缘圆角或圆环磨齿，有00和0两种磨齿方法。图312 MAAG磨齿机图313 双碟形砂轮磨齿00磨齿法，被加工齿轮的基圆相对砂轮做纯滚动，砂轮磨削点在齿轮的基圆切线上，磨齿的循环次序是：往返滚动磨削一次，磨出一个齿槽的一段齿面；被加工齿轮沿齿槽方向不断的进给，再滚动磨削第二段齿面，直到一个齿槽磨削完成，被加工齿轮分度后再磨第二个齿槽。磨齿时，齿面与砂轮的棱边圆角相切，形成凹圆弧线的包络齿面。这种磨齿方法，砂轮与齿面只有很短一段圆弧接触，便于对齿根和齿顶修形，以及磨鼓形齿。0磨齿法，用两片砂轮，砂轮的磨削面调整到相当于一片锥形砂轮的位置上。因此，磨齿运动与锥形砂轮磨齿运动几乎完全相同。碟形砂轮的磨削圆环面与齿面相切，接触是上下两段直线，即砂轮磨削圆环与齿面的相割线。上下两处的磨纹相互交叉，成网状磨纹。3. 大平面砂轮磨齿 被加工齿轮相对砂轮按一定速比移动和相互转动，磨出齿轮的一侧齿面齿节距由被加工齿轮分度保证。大平面砂轮磨齿，砂轮轴线与被加工齿轮的轴向位置固定不变，砂轮与被加工齿轮的运动关系，相当于齿条与齿轮一个侧齿面的啮合。砂轮与齿面相切，接触是直线，即砂轮与齿面长的相割线。因此，它只能磨齿面长度小于相割线的齿轮；一次磨削往复运动，磨出一个齿的一侧齿面，被加工齿轮分度后，再次磨削往复运动，磨出另一个齿的一侧齿面齿轮的同侧齿面磨完之后，再磨另一侧齿面。图314 YK7432A大平面砂轮磨齿机a) 单面磨削，基圆切向进给b) 单面磨削，水平方向进给图315 大平面砂轮磨齿4. 蜗杆砂轮磨齿 砂轮和被加工齿轮按一定的速比转动，在齿轮的端截面上磨出整圈的齿，砂轮沿齿槽方向进给，磨出全齿宽的齿。蜗杆砂轮磨齿，机床的运动关系与滚齿相同。是以砂轮代替滚刀对淬硬齿轮精加工的方法，砂轮与被加工齿轮的磨削接触为点接触。图316蜗杆砂轮磨齿5. 渐开线包络环面蜗杆砂轮磨齿 砂轮和被加工齿轮按一定的速比转动，在齿轮的端截面上磨出整圈的齿形。渐开线包络环面蜗杆砂轮磨齿，机床的运动关系与滚齿相同，砂轮的截面形状与被磨齿轮截面形状基本相同，砂轮与齿轮的磨削接触为线接触。图317 渐开线包络环面蜗杆砂轮磨齿6. 成形砂轮磨齿 与片铣刀铣齿方法基本相同，即以砂轮代替成形铣刀。图318 ZP25成形砂轮磨齿机图319成形砂轮磨齿机工作原理7. 摆线齿轮磨齿模拟啮合关系，利用展成原理进行磨削。图320 数控摆线齿轮磨齿机图321 摆线齿轮磨齿机工作原埋3.2.6剃齿 在剃齿机上用剃齿刀剃齿，是齿轮精加工的一种方法，剃齿刀相当于齿面上开了很多刃的斜齿轮。它带动被加工齿轮相对转动，如同交错轴齿轮啮合，靠齿面上的相对滑动，剃齿刀切去齿面上很薄的一层金属，完成齿轮的精加工，剃齿机溜板的调整保证齿轮的齿向加工正确。剃齿精度受剃前齿加工的精度限制。剃齿生产效率较高，适用于滚齿、插齿后的软齿面精加工。图322 剃齿机图323 盘状剃齿刀与工件啮合位置3.2.7 挤齿 挤齿是齿轮精加工的一种方法，它用挤压轮对被加工齿轮的齿面进行挤压，提高齿轮的表面质量，挤齿适用于滚齿、插齿后的软齿面齿轮精加工。图324小型挤齿机3.2.8珩齿 珩齿是齿轮精加工的一种方法，珩齿与剃齿的方法基本相同，即将剃齿刀换成形状相同的珩磨轮，靠齿面上的相对滑动，进行齿面抛光，被加工齿轮的齿面软硬均可。图325 珩齿机3.3 蜗杆副加工方法3.3.1蜗杆齿加工方法 蜗杆有圆柱蜗杆和环面蜗杆。蜗杆的齿形有直纹齿与曲线齿等。加工圆柱蜗杆用普通车床，刀具相对被加工蜗杆做圆柱螺旋运动。加工环面蜗杆需改装普通车床或用普通滚齿机加专用工具，刀具相对被加工蜗杆作圆弧面螺旋运动，蜗杆齿加工方法有车齿、铣齿、磨齿等。1. 蜗杆车齿 各种蜗杆都可以用(成形)车刀车齿，车刀材料有高速钢与硬质合金等，分别适用于软齿面和硬齿面蜗杆加工。2. 蜗杆铣齿 即用铣刀代替车刀车齿，铣刀种类有片(盘状)铣刀、内齿盘铣刀、指形刀等，铣齿加工的齿表面比较粗糙。用于粗加工，比车床车齿生产率高。 片(盘状)铣刀铣蜗杆齿，适用于中小模数的蜗杆铣齿，但不是所有齿形的蜗杆都能用铣齿。 内齿盘铣刀铣蜗杆齿，适用于中小模数的圆柱蜗杆铣齿。 指形刀铣蜗杆齿，适用于较大模数的蜗杆粗铣齿。从理论上讲各种蜗杆都可以用指形刀精铣齿。 蜗杆磨齿 即以砂轮代替车刀粗加工蜗杆齿面，尤其适用于齿面淬硬的蜗杆。蜗杆磨齿砂轮有圆盘形和指形两种，磨齿原理分别与片铣刀和指形铣刀加工蜗杆相同。但指形砂轮的磨削效率低，且齿形精度较难控制，实际应用很少。3.3.2 蜗轮齿加工方法 蜗轮的齿形种类与蜗杆的齿形种类相对应，加工刀具有滚刀、切向进给滚刀、剃齿刀、多齿飞刀、单齿飞刀等，进给方式有径向进给和切向进给两种。滚齿原理相当于蜗杆副的啮合，即蜗轮切齿刀具与被加工蜗轮的运动关系，就相当于蜗杆带动蜗轮转动的运动关系，刀刃位于蜗杆表面上，刀具和被加工蜗轮有规律的相对转动，切出蜗轮齿形。切齿成形方法属于展成法。3.4 锥齿轮加工方法锥齿轮的齿形有直齿(包括斜齿)、弧齿、摆线齿、螺线齿等种类，加工方法有刨齿、刀盘滚切铣齿、片(盘状)铣刀铣齿、指形铣刀铣齿等。3.4.1 直齿(包括斜齿)锥齿轮加工1. 刨齿 直齿锥齿轮刨齿有展成法和仿形法两种。展成法刨直齿锥齿轮，用上下两个刨刀。刨刀有两个运动：一是刨刀的直线切削往复运动；二是刨刀随摇台的平面回转运动，刀具与被加工锥齿轮的运动关系，相当于一个平顶或平面齿轮的齿与被加工锥齿轮的啮合。刀具展成切齿循环一次，加工出一个齿，被加工锥齿轮分度后，加工第二个齿。 斜齿锥齿轮刨齿，与上述直齿锥齿轮展成法刨齿相似。不同之处是：刨刀的切削运动往复直线不和摇台回转轴线相交，而是和斜齿锥齿轮的工艺圆相切。仿形法刨齿，用上下两个刨刀，刨刀有三个运动，一是切削往复直线运动，二是切削进给运动，三是随进给运动而产生上下刨刀夹角变化的圆平面回转运动。被加工齿轮则固定不动。切削进给运动把刨刀的溜板与仿形模板相联，使仿形曲线与进给回转圆心构成一个直线族齿曲面刨刀尖在直线族齿曲面上往复切削，刨出齿面。一次仿形循环，刨出一个齿，被加工锥齿轮分度，再刨另一个齿。2. 圆拉刀铣齿 属成形法，适用于较小模数锥齿轮的大批量生产。一种齿轮需要一种专用圆拉刀，圆拉刀连续转动，同时沿齿槽方向移动，一个刀齿铣出一个齿槽截面齿形。圆拉刀转动到缺口处，被加工锥齿轮分度，同时圆拉刀退刀，进行下一个齿槽加工。3. 双刀盘铣齿 用铣刀刃旋转切削，代替刨刀往复切削。生产效率高，适用于中小模数锥齿轮加工，加工原理与展成法刨齿基本相同，并且类似于大平面砂轮磨齿，加工齿面宽度与刀盘直径有关。双刀盘有两种结构形式，第一种刀盘结构形式类似片(盘状)铣刀，第二种刀盘结构类似端铣刀，第一种刀盘切齿，刀刃旋转面与被加工锥齿轮的齿面相切，第二种刀盘切齿，刀刃旋转面与被加工锥齿轮的成形齿面只有一点相切，齿向是鼓形齿。4. 成形刀具铣齿 铣刀有片(盘状)铣刀和指形铣刀两类，前者适用于中小模数的锥齿轮加工，后者适用于大中模数的锥齿轮加工。铣齿方法有单面法和双面法两种，前者一个齿槽的左右两侧齿面要分别两次铣成，后者一个齿槽的左右两侧齿面可一次铣成，铣齿时，铣刀切削沿齿槽方向进给，一个齿槽铣完后，被加工锥齿轮分度，再铣另一个齿槽。锥齿轮的齿槽形状沿其齿宽按比例变化，成形法铣齿无法做到这一点，只能加工出近似齿形。5. 磨齿 与双刀盘铣齿中第二种刀盘铣齿方法相同，是用砂轮代替刀盘精加工齿面的一种方法，加工齿向是鼓形齿。3.4.2 弧齿锥齿轮加工弧齿锥齿轮铣齿：弧齿锥齿轮用铣刀盘铣齿，铣刀盘在铣齿机摇台上做旋转切削运动，摇台与被加工锥齿轮做相对滚动。刀盘与被加工锥齿轮的运动关系，相当于一个平顶或平面圆弧齿轮与被加工锥齿轮的啮合，加工所得齿形是近似的渐开线齿形。刀盘滚切展成循环一次，加工出一个齿或一个齿侧面。被加工齿轮分度后，再加工另一个齿或另一个齿侧面。加工齿形有收缩齿和等高齿两种。收缩齿锥齿轮的轮齿大小两端与对应的直径大小成比例，即齿的面锥、节锥、根锥三者角度大小不相等。加工这种锥齿轮，铣刀盘的旋转轴线要垂直齿根锥面，理想的齿和槽是大小成比例的。等高齿锥齿轮的轮齿大小两端等高，小齿轮的轮齿大小两端等厚，大齿轮的槽，大小两端等宽，齿轮的面锥、节锥和根锥互相平行。加工一对相啮合的这种锥齿轮需要三种铣刀盘，即加工大齿轮用一种刀盘，加工小齿轮需要用与加工大齿轮的刀盘相当的内齿和外齿刀盘各一种。这种齿形的锥齿轮优点是：接触区易于调整和控制。若把被加工锥齿轮的轴心线调整到与机床摇台轴心线相错的位置，可加工准双曲面锥齿轮副。弧齿锥齿轮磨齿： 弧齿锥齿轮磨齿就是用砂轮代替刀盘进行齿面精加工。磨齿方法和原理与用刀盘铣齿的方法和原理相同。3.4.3 长幅外摆线锥齿轮加工长幅外摆线锥齿轮，指锥齿轮齿线的平面展开图是长幅外摆线。这种锥齿轮的铣齿特点是：若机床摇台固定不动，刀盘与被加工锥齿轮相对转动，可以连续切齿，即同时完成齿槽切削和分度。铣刀盘与被加工锥齿轮的转动速比，等于被加工锥齿轮的定圆半径与铣刀盘的滚圆半径之比，也等于被加工锥齿轮齿数与铣刀盘的内外刀齿组数之比，或者说铣刀盘转过内外一组刀齿，被加工锥齿轮转过一个齿节距。若铣刀盘随机床摇台与被加工锥齿轮相对滚动切齿，则一次滚动可同时完成分度和齿形与齿向的加工。长辐外摆线锥齿轮，因为加工机床和切齿刀盘的结构不同，有奥利康、克林根、格里森等齿制，克林根制铣齿刀盘，内外刀齿为分式结构，两组刀齿不同圆心，便于调整机床达到最佳啮合接触区。若把被加工锥齿轮的轴心线调整到与机床摇台轴心线相错的位置，可加工双曲面锥齿轮副。3.4.4 螺线锥齿轮加工螺线锥齿轮用指形刀铣齿，在指形刀做切削进给的同时，被加工锥齿轮匀速转动，铣出螺线齿槽，一个齿槽铣完，被加工锥齿轮分度，再铣另一个齿槽。圆弧齿形的指形刀或近似渐开线齿形的指形刀，可以分别加工出圆弧齿形或近似渐开线齿形的螺线锥齿轮。3.5 特种齿轮加工方法特种齿轮包括非圆齿轮，谐波齿轮和摆线齿轮等。其加工方法都是相应的滚齿、铣齿、插齿、磨齿等方法的特殊应用。如插齿方法与数控技术配合，改变插齿运动的瞬时速比和插齿中心距等，可以加工非圆齿轮。改变砂轮形状和磨齿的运动关系，可以磨削摆线齿轮等。3.6 齿轮加工方法选择齿轮的各种加工方法都有相对应的一种或多种齿轮加工机床和刀具，不同的行业(生产批量)生产条件各不相同，可根据齿轮的种类、材料及热处理和精度要求等，参考表31表34合理选择加工方法。表中精度等级的选用分别适用于下列三种情况：1. 较低精度等级对加工机床、刀具和切齿操作等没有特殊要求，一般情况下都能达到的精度等级。2. 中间精度等级要求加工机床、刀具和切齿操作等均是最佳状态，才能达到的精度等级。3. 较高精度等级必须采取特殊措施，在特定条件下才能达到的精度等级。表31 圆柱齿轮工艺方法与加工精度表表32 蜗轮蜗杆工艺方法与加工精度表表34 锥齿轮工艺方法与加工精度表3.7 齿轮典型工艺3.7.1 调质齿轮工艺随着高性能高速钢齿轮刀具的出现，中硬齿面齿轮已用得很普遍。这里所讲的调质齿轮即指齿面硬度为280400HBS的中硬齿面齿轮。1. 调质齿轮轴的典型工艺（见表35）表35 调质齿轮轴工艺工序号工序名称工序内容及说明0 锻造 检查毛坯余量 划一端中心孔加工线 1 正火 预备热处理 2 划线 平一端面并打中心孔 3 粗车 各外圆及端面留量 倒角，表面粗糙度Ra6.3m 根据需要留出力学性能试棒或切下力学性能试棒 4 探伤 超声波探伤检查齿坯是否有内部缺陷，若齿坯内部质量不合格就报废 5 粗滚齿 此工序视齿轮模数大小而安排。调质前是否粗滚齿一般应根据轮缘材料的淬透性、轮缘厚度、热处理水平等条件规定各自企业的内部标准 粗滚齿齿厚留量应慎重选取。若采用齿厚进行测量，应根据齿顶圆实际留量对测量齿高进行修正 6 调质 力学性能合格后进行后续工序 7 车 若已粗滚齿，则按齿圈找正，否则，按齿顶圆找正，半精车 8 探伤 9 精车 找正，车成各部。保证内圆与