齒形加工方法

齒形的加工方法齒形加工是整個齒輪加工的關鍵。按照加工原理，齒形加工可分為成形法和展成法兩種。指狀銑刀銑齒、盤形銑刀銑齒、齒輪拉刀拉內齒輪等是成形法加工齒形的例子，而滾齒、剃齒、插齒等是展成法加工齒形的例子。現介紹幾種用展成法加工齒形的加工方法。1滾齒⑴滾齒特點滾齒是齒形加工中生產率較高，應用最廣的一種加工方法。而且滾齒加工通用性好，可加工圓柱齒輪、蝸輪等，亦可加工漸開線齒形、圓弧齒形、擺線齒形等。滾齒既可加工小模數、小直徑齒輪，又可加工大模數、大直徑齒輪，加工斜齒也很方便。滾齒可直接加工9～8級精度齒輪，也可作為7級精度以上齒輪的粗加工和半精加工。滾齒可以獲得較高的運動精度。因滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡而成，參加切削的刀齒數有限，故齒面的表面粗糙度值較大。為提高加工精度和齒面質量，宜將粗、精滾齒分開。⑵滾齒加工質量分析1）影響傳動準確性的加工誤差分析

影響傳動準確性的主要原因是，在加工中滾刀和被加工齒輪的相對位置和相對運動發生了變化。相對位置的變化(幾何偏心)產生齒輪徑向誤差，它以齒圈徑向跳動ΔFr來評定；相對運動的變化(運動偏心)產生齒輪切向誤差，它以公法線長度變動ΔFw來評定。現分別加以討論：①齒輪的徑向誤差。齒輪的徑向誤差是指滾齒時，由于齒坯的回轉軸線與齒輪工作時的回轉軸線不重合(出現幾何偏心)，使所切齒輪的輪齒發生徑向位移而引起的齒距累積誤差(圖1)。從圖1可以看出，O為切齒時的齒坯回轉中心，O′為齒坯基準孔的幾何中心(即齒輪工作時的回轉中心)。滾齒時，齒輪的基圓中心與工作臺的回轉中心重合于O，這樣切出的各齒形相對基圓中心O分布是均勻的（如圖中實線圓上的P1＝P2），但齒輪工作時是繞基準孔中心O′轉動的(假定安裝時無偏心)，這時各齒形相對分度圓心O′分布不均勻了(如圖中雙點劃線圓上的P1′≠P2′)。顯然這種齒距的變化是由于幾何偏心使齒廓徑向位移引起的，故又稱為齒輪的徑向誤差。

r—滾齒時的分度圓半徑

r—以孔軸心O′為旋轉中心時，齒圈的分度圓半徑

圖1幾何偏心引起的徑向誤差②齒輪的切向誤差：齒輪的切向誤差是指：滾齒時因滾齒機分齒傳動鏈誤差，引起瞬時傳動比產生不穩定，使機床工作臺不等速旋轉，工件回轉時快時慢，所切齒輪的輪齒沿切向發生位移所引起的齒距累積誤差。如圖2所示。圖2齒輪的切向誤差由圖2可以看出，當輪齒出現切向位移時，圖中每隔一齒所測公法線的長度是不等的。如2、8齒間的公法線長度明顯大于4、6齒間的公法線長度。據此可以看出，通過公法線長度變

1－刀齒

2－工件

a)前角大于零

b)前角小于零

圖5刀齒前刀面非徑向性誤差對齒形誤差的影響精加工所用滾刀的前角通常為0°(即刀齒前刀面在徑向平面內)，刃磨不好時會出現前角(正或負)。由于刀齒側后面經鏟磨后具有側后角，因此刀齒前角誤差必然引起齒形角變化。前角為正時，齒形角變小，切出的齒形齒頂變肥(圖5a)；前角為負時，齒形角變大，切出的齒形齒頂變瘦(5b)。圖6刀齒前刀面非軸向性誤差對齒形誤差的影響刀齒前刀面的非軸向性誤差，是指直槽滾刀前刀面沿軸向對于孔軸線的平行度誤差(圖6)。這種誤差使各刀齒偏離了正確的齒形位置，而且刀齒左右兩側刃偏離值不等，這樣既產生軸向齒距偏差，又引起齒形歪斜。產生齒形不對稱的主要原因滾齒時，有時出現齒形不對稱誤差，除了刀齒前刀面非軸向性誤差的影響外，主要是滾齒時滾刀對中不好。滾刀對中是指滾齒時滾刀所處的軸向位置應使其一個刀齒(或齒槽)的對稱線通過齒坯中心(圖7)。滾刀對中了，切出的齒形就對稱；反之則引起齒形不對稱。滾刀包絡齒面的刀齒數愈少，工件齒形愈大且齒面曲率愈大時，齒形不對稱愈嚴重。故對于模數較大且齒數較少的齒輪，滾齒前應認真使滾刀對中。a)對中齒形

b)不對中齒形圖

圖7滾刀對中對齒形的影響產生齒形周期誤差的主要原因滾刀安裝后的徑向圓跳動和軸向竄動、機床分度蝸輪副中分度蝸桿的徑向圓跳動和軸向竄動都是周期性的誤差，這些都會使得滾齒時出現齒面凸凹不平的周期誤差。

2）基節偏差在滾齒加工時，齒輪的基節應等于滾刀的基節。滾刀的基節：pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0式中pb0—滾刀的基節；pn0—滾刀的法向齒距；pt0—滾刀的軸向齒距；α0—滾刀的法向齒形角；λ0—滾刀的分度圓螺旋升角，一般很小，故cosλ0≈1。由此可以看出，要減少基節偏差，滾刀制造時應嚴格控制軸向齒距及齒形角的誤差；對影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差和非軸向性誤差，也應加以控制。3）影響齒輪接觸精度的加工誤差分析

齒輪接觸精度受到齒寬方向接觸不良和齒高方向接觸不良的影響。影響齒高方向接觸不良的主要因素是齒形誤差Δff和基節偏差Δfpb，影響齒寬方向接觸不良的主要因素是齒輪的齒向誤差ΔFβ，此處只分析影響齒向誤差ΔFβ的主要因素。齒向誤差ΔFβ是指在分度圓柱面上，齒寬工作部分范圍內，包容實際齒線且距離為最小的兩條設計齒線之間的端面距離。滾齒加工中引起齒向誤差的主要因素如下：①滾齒機刀架導軌相對工作臺回轉軸線存在平行度誤差時，齒輪會產生齒向誤差(圖8)。1—刀架導軌

2—齒坯

3—夾具底座

4—機床工作臺

a)導軌不平行

b)導軌歪斜

圖8滾齒機刀架導軌誤差對齒向誤差的影響②由于夾具支承端面與回轉軸線的垂直度誤差，或齒坯孔與定位端面的垂直度誤差(圖9)等工件的裝夾誤差均會造成被切齒輪的齒向誤差。

l—工作臺回轉軸線

2—心軸軸線

3—齒坯內孔軸線

4—進給方向

5—刀架導軌

6—墊圈

圖9齒坯安裝歪斜對齒向誤差的影響③滾切斜齒輪時，除上述影響因素外，機床差動掛輪的誤差，也會影響齒輪的齒向誤差。2插齒及與滾齒工藝特點比較⑴插齒原理與運動插齒也是生產中普遍應用的一種切齒方法。1）插齒原理：從插齒過程原理上分析，插齒刀和工件相當于一對軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合，插齒刀就縣一個磨有前、后角具有切削刃的高精度齒輪。2）插齒的主要運動（圖10）：①切削運動。插齒刀的上下往復運動。②分齒展成運動。插齒刀與工件間應保持正確的嚙合關系。插齒刀每往復一次，工件相對刀具在分度圓上轉過的弧長為加工時的圓周進給運動，故刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進給過程。

圖10插齒時的運動3）徑向進給運動。插齒時，為逐步切至全齒深，插齒刀應有徑向進給運動fr。4）讓刀運動。插齒刀作上下往復運動時，向下是工作過程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒磨損,在插齒刀向上運動時,工作臺帶動工件沿徑向退出切削區一段距離，插齒刀工作行程時，工件恢復原位。在較大規格的插齒機上，讓刀運動由插齒刀刀架部件來完成。⑵插齒與滾齒工藝特點比較插齒與滾齒同為常用的齒形加工方法，它們的加工精度和生產率也大體相當。但在精度指標、生產率和應用范圍等方面又各自有其特點。現分析比較如下：1）插齒的加工質量：①插齒的齒形精度比滾齒高。這是因為插齒刀在制造時，可通過高精度磨齒機獲得精確的漸開線齒形。②插齒后的齒面粗糙度值比滾齒小。其原因是插齒的圓周進給量通常較小，插齒過程中包絡齒面的切削刃數較滾齒多，因而插齒后的齒面粗糙度值小。③插齒的運動精度比滾齒差。因為在滾齒時，一船只是滾刀某幾圈的刀齒參加切削，工件上所有齒槽都是這些刀齒切出的；而插齒時，插齒刀上的各刀齒順次切削工件各齒槽，因而，插齒刀上的齒距累積誤差將直接傳給被切齒輪；另外，機床傳動鏈的誤差使插齒刀旋轉產生的轉角誤差，也使得插齒后齒輪有較大的運動誤差。④插齒的齒向誤差比滾齒大。插齒的齒向誤差主要決定于插齒機主軸往復運動軌跡與工作臺回轉軸線的平行度誤差。插齒刀往復運動頻率高。主軸與套筒的磨損大，因此插齒的齒向誤差常比滾齒大。2）插齒的生產率：切制模數較大的齒輪時，插齒速度要受插齒刀主軸往復運動慣性和機