一文搞懂齒輪類(lèi)零件的那些加工工藝,！

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齒輪是能互相吻合的有齒的機(jī)械零件,，齒輪傳動(dòng)可完成減速,、增速,、變向等功能,。它在機(jī)械傳動(dòng)及整個(gè)機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用極其廣泛,。本文對(duì)齒輪類(lèi)零件的加工工藝做歸納總結(jié),。

1、齒輪的功用,、結(jié)構(gòu)

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齒輪盡管由于它們?cè)跈C(jī)器中的功用不同而設(shè)計(jì)成不同的形狀和尺寸,，但總可劃分為齒圈和輪體兩個(gè)部分。常見(jiàn)的圓柱齒輪有以下幾類(lèi)(下圖)：盤(pán)類(lèi)齒輪,、套類(lèi)齒輪,、內(nèi)齒輪、軸類(lèi)齒輪,、扇形齒輪,、齒條。其中盤(pán)類(lèi)齒輪應(yīng)用最廣,。

圓柱齒輪的結(jié)構(gòu)形式

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一個(gè)圓柱齒輪可以有一個(gè)或多個(gè)齒圈,。普通的單齒圈齒輪工藝性好；而雙聯(lián)或三聯(lián)齒輪的小齒圈往往會(huì)受到臺(tái)肩的影響,，限制了某些加工方法的使用,，一般只能采用插齒。如果齒輪精度要求高,，需要剃齒或磨齒時(shí),，通常將多齒圈齒輪做成單齒圈齒輪的組合結(jié)構(gòu),。

2、圓柱齒輪的精度要求

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齒輪本身的制造精度,，對(duì)整個(gè)機(jī)器的工作性能,、承載能力及使用壽命都有很大影響。根據(jù)齒輪的使用條件,，對(duì)齒輪傳動(dòng)提出以下幾方面的要求：

1. 運(yùn)動(dòng)精度

要求齒輪能準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動(dòng),，傳動(dòng)比恒定，即要求齒輪在一轉(zhuǎn)中,，轉(zhuǎn)角誤差不超過(guò)一定范圍,。

2, 工作平穩(wěn)性

要求齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沖擊,、振動(dòng)和噪聲要小,。這就要求限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)瞬時(shí)速比的變化要小，也就是要限制短周期內(nèi)的轉(zhuǎn)角誤差,。

3. 接觸精度

齒輪在傳遞動(dòng)力時(shí),，為了不致因載荷分布不均勻使接觸應(yīng)力過(guò)大，引起齒面過(guò)早磨損,，這就要求齒輪工作時(shí)齒面接觸要均勻,，并保證有一定的接觸面積和符合要求的接觸位置。

4. 齒側(cè)間隙

要求齒輪傳動(dòng)時(shí),，非工作齒面間留有一定間隙,，以?xún)?chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償因溫度,、彈性變形所引起的尺寸變化和加工,、裝配時(shí)的一些誤差。

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3,、齒輪的材料

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齒輪應(yīng)按照使用的工作條件選用合適的材料,。齒輪材料的選擇對(duì)齒輪的加工性能和使用壽命都有直接的影響,。

一般齒輪選用中碳鋼(如45鋼)和低,、中碳合金鋼，如20Cr,、40Cr,、20CrMnTi等。2要求較高的重要齒輪可選用38CrMoAlA氮化鋼,，非傳力齒輪也可以用鑄鐵,、夾布膠木或尼龍等材料。

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4,、齒輪的熱處理

齒輪加工中根據(jù)不同的目的,，安排兩種熱處理工序：

1. 毛坯熱處理

在齒坯加工前后安排預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì),，其主要目的是消除鍛造及粗加工引起的殘余應(yīng)力、改善材料的可切削性和提高綜合力學(xué)性能,。

2. 齒面熱處理

齒形加工后,，為提高齒面的硬度和耐磨性，常進(jìn)行滲碳淬火,、高頻感應(yīng)加熱淬火,、碳氮共滲和滲氮等熱處理工序。

5,、齒輪毛坯

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齒輪的毛坯形式主要有棒料,、鍛件和鑄件。棒料用于小尺寸,、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)強(qiáng)度要求低的齒輪,。當(dāng)齒輪要求強(qiáng)度高、耐磨和耐沖擊時(shí),，多用鍛件,，直徑大于400～600mm的齒輪，常用鑄造毛坯,。

為了減少機(jī)械加工量,，對(duì)大尺寸、低精度齒輪,，可以直接鑄出輪齒,；對(duì)于小尺寸、形狀復(fù)雜的齒輪,，可用精密鑄造,、壓力鑄造、精密鍛造,、粉末冶金,、熱軋和冷擠等新工藝制造出具有輪齒的齒坯，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,、節(jié)約原材料,。

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6、齒坯的機(jī)械加工方案的選擇

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對(duì)于軸齒輪和套筒齒輪的齒坯,，其加工過(guò)程和一般軸,、套基本相似，現(xiàn)主要討論盤(pán)類(lèi)齒輪齒坯的加工過(guò)程,。齒坯的加工工藝方案主要取決于齒輪的輪體結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)類(lèi)型,。

1. 大批大量生產(chǎn)的齒坯加工

大批大量加工中等尺寸齒坯時(shí)，多采用“鉆一拉一多刀車(chē)”的工藝方案。

(1)以毛坯外圓及端面定位進(jìn)行鉆孔或擴(kuò)孔,。

(2)拉孔,。

(3)以孔定位在多刀半自動(dòng)車(chē)床上粗精車(chē)外圓、端面,、切槽及倒角等,。

這種工藝方案由于采用高效機(jī)床可以組成流水線或自動(dòng)線，所以生產(chǎn)效率高,。

2. 成批生產(chǎn)的齒坯加工

成批生產(chǎn)齒坯時(shí),，常采用“車(chē)一拉一車(chē)”的工藝方案

(1)以齒坯外圓或輪毅定位，精車(chē)外圓,、端面和內(nèi)孔,。

(2)以端面支承拉孔(或花鍵孔)。

(3)以孔定位精車(chē)外圓及端面等,。

這種方案可由臥式車(chē)床或轉(zhuǎn)塔車(chē)床及拉床實(shí)現(xiàn),。它的特點(diǎn)是加工質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高,。

當(dāng)齒坯孔有臺(tái)階或端面有槽時(shí),，可以充分利用轉(zhuǎn)塔車(chē)床上的多刀來(lái)進(jìn)行多工位加工，在轉(zhuǎn)塔車(chē)床上一次完成齒坯的加工,。

7,、輪齒加工方法

齒輪齒圈的齒形加工是整個(gè)齒輪加工的核心。齒輪加工有許多工序,，這些都是為齒形加工服務(wù)的,，其目的在于最終獲得符合精度要求的齒輪。

按照加工原理,，齒形可分為成形法和展成法,。成形法是用與被切齒輪齒槽形狀相符的成形刀具切出齒面的方法，如銑齒,、拉齒和成型磨齒等,。

展成法是齒輪刀具與工件按齒輪副的嚙合關(guān)系作展成運(yùn)動(dòng)切出齒面的方法，如滾齒,、插齒,、剃齒、磨齒和珩齒等,。

齒形加工方案的選擇,，主要取決于齒輪的精度等級(jí),、結(jié)構(gòu)形狀,、生產(chǎn)類(lèi)型及生產(chǎn)條件，對(duì)于不同的精度等級(jí)的齒輪，常用的齒形加工方案如下：

（1）8級(jí)精度以下齒輪

調(diào)質(zhì)齒輪用滾齒或插齒就能滿(mǎn)足要求,。對(duì)于淬硬齒輪可采用：滾（插）齒—齒端加工—淬火—校正孔的加工方案,。但淬火前齒形加工精度應(yīng)提高一級(jí)。

（2）6-7級(jí)精度齒輪

對(duì)于淬硬齒輪可采用：粗滾齒—精滾齒—齒端加工—精剃齒—表面淬火—校正基準(zhǔn)—珩齒,。

（3）5級(jí)精度以上齒輪

一般采用：粗滾齒—精滾齒—齒端加工—淬火—校正基準(zhǔn)—粗磨齒—精磨齒,。磨齒是目前齒形加工中精度最高，表面粗糙度值最小的加工方法,，最高精度可達(dá)3-4級(jí),。

1. 銑齒

齒輪精度等級(jí)：9級(jí)以下

齒面粗糙度Ra：6.3~3.2μm

適用范圍：?jiǎn)渭�修配生產(chǎn)中，加工低精度的外圓柱齒輪,、齒條,、錐齒輪、蝸輪

2. 拉齒

齒輪精度等級(jí)：7級(jí)

齒面粗糙度Ra：1.6~0.4μm

適用范圍：大批量生產(chǎn)7級(jí)內(nèi)齒輪,，外齒輪拉刀制造復(fù)雜,，故少用

3. 滾齒

齒輪精度等級(jí)：8~7級(jí)

齒面粗糙度Ra：3.2~1.6μm

適用范圍：各種批量生產(chǎn)中，加工中等質(zhì)量外圓柱齒輪及蝸輪

4. 插齒

齒輪精度等級(jí)：8~7級(jí)

齒面粗糙度Ra：1.6μm

適用范圍：各種批量生產(chǎn)中,，加工中等質(zhì)量的內(nèi),、外圓柱齒輪、多聯(lián)齒輪及小型齒條

5. 滾（或插）齒—淬火—珩齒

齒輪精度等級(jí)：8~7級(jí)

齒面粗糙度Ra：0.8~0.4μm

適用范圍：用于齒面淬火的齒輪

6. 滾齒—剃齒

齒輪精度等級(jí)：7~6級(jí)

齒面粗糙度Ra：0.8~0.4μm

適用范圍：主要用于大批量生產(chǎn)

7. 滾齒—剃齒—淬火—珩齒

齒輪精度等級(jí)：7~6級(jí)

齒面粗糙度Ra：0.4~0.2μm

適用范圍：主要用于大批量生產(chǎn)

8. 滾（插）齒—淬火—磨齒

齒輪精度等級(jí)：6~3級(jí)

齒面粗糙度Ra：0.4~0.2μm

適用范圍：用于高精度齒輪的齒面加工,，生產(chǎn)率低,，成本高

9. 滾（插）齒—磨齒

齒輪精度等級(jí)：6~3級(jí)

齒面粗糙度Ra：0.4~0.2μm

適用范圍：用于高精度齒輪的齒面加工，生產(chǎn)率低,，成本高

8,、齒端的加工

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齒輪的齒端加工有倒圓、倒尖,、倒棱和去毛刺等方式,，下圖所示。倒圓,、倒尖后的齒輪在換檔時(shí)容易進(jìn)人嚙合狀態(tài),，減少撞擊現(xiàn)象。倒棱可除去齒端尖邊和毛刺,。

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齒端加工

a)倒圓 b)倒尖 c)倒棱

下圖是用指狀銑刀對(duì)齒端進(jìn)行倒圓的加工示意圖,。倒圓時(shí)，銑刀高速旋轉(zhuǎn),，并沿圓弧作擺動(dòng),，加工完一個(gè)齒后，工件退離銑刀,，經(jīng)分度再快速向銑刀靠近加工下一個(gè)齒的齒端,。齒端加工必須在齒輪淬火之前進(jìn)行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工,。

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齒端倒圓

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9,、直齒圓柱齒輪加工工藝過(guò)程

高精度齒輪

1. 毛坯鍛造

2. 正火熱處理

3. 粗車(chē)外形、各處留加工余量2mm

定位基準(zhǔn)：外圓和端面

4. 精車(chē)各處,，內(nèi)孔至Φ84.8H7,，總長(zhǎng)留磨削余量0.2mm，其余至尺寸

定位基準(zhǔn)：外圓和端面

5. 檢驗(yàn)

6. 滾切齒面,，留磨齒余量0.25～0.3mm

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔和端面A

7. 倒角

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔和端面A

8. 鉗工去毛刺

9. 齒面高頻淬火HRC52

10. 插鍵槽

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔和端面A

11. 靠磨大端面A

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔

12. 磨削B面至總長(zhǎng)

定位基準(zhǔn)：端面A

13. 磨內(nèi)孔至φ85H5

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔和端面A

14. 齒面磨削

定位基準(zhǔn)：內(nèi)孔和端面A

15. 檢驗(yàn)

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10,、齒輪加工工藝過(guò)程分析

1. 定位基準(zhǔn)的選擇

對(duì)于齒輪定位基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同，而有所差異,。帶軸齒輪主要采用頂尖定位,，孔徑大時(shí)則采用錐堵。頂尖定位的精度高,，且能做到基準(zhǔn)統(tǒng)一,。帶孔齒輪在加工齒面時(shí)常采用以下兩種定位、夾緊方式,。

(1)以?xún)?nèi)孔和端面定位 即以工件內(nèi)孔和端面聯(lián)合定位,，確定齒輪中心和軸向位置，并采用面向定位端面的夾緊方式,。這種方式可使定位基準(zhǔn),、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)重合,，定位精度高,，適于批量生產(chǎn)。但對(duì)夾具的制造精度要求較高,。

(2)以外圓和端面定位 工件和夾具心軸的配合間隙較大,，用千分表校正外圓以決定中心的位置，并以端面定位,；從另一端面施以?shī)A緊,。這種方式因每個(gè)工件都要校正，故生產(chǎn)效率低,；它對(duì)齒坯的內(nèi),、外圓同軸度要求高，而對(duì)夾具精度要求不高,，故適于單件,、小批量生產(chǎn)。

2. 齒輪毛坯的加工

齒面加工前的齒輪毛坯加工,，在整個(gè)齒輪加工工藝過(guò)程中占有很重要的地位,，因?yàn)辇X面加工和檢測(cè)所用的基準(zhǔn)必須在此階段加工出來(lái),；無(wú)論從提高生產(chǎn)率，還是從保證齒輪的加工質(zhì)量,，都必須重視齒輪毛坯的加工。

在齒輪的技術(shù)要求中,，應(yīng)注意齒頂圓的尺寸精度要求,，因?yàn)辇X厚的檢測(cè)是以齒頂圓為測(cè)量基準(zhǔn)的，齒頂圓精度太低,，必然使所測(cè)量出的齒厚值無(wú)法正確反映齒側(cè)間隙的大小,。

所以，在這一加工過(guò)程中應(yīng)注意下列三個(gè)問(wèn)題：

(1)當(dāng)以齒頂圓直徑作為測(cè)量基準(zhǔn)時(shí),，應(yīng)嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度

(2)保證定位端面和定位孔或外圓相互的垂直度

(3)提高齒輪內(nèi)孔的制造精度,，減小與夾具心軸的配合間隙

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