第3章--典型表面加工方法的分析课件.ppt

1、第3章 典型表面加工方法的分析第第3 3章章 典型表面加工方法的分析典型表面加工方法的分析3.1 外圆面的加工3.2 孔的加工3.3 平面的加工3.4 成型面的加工3.5 螺纹的加工3.6 齿轮齿形的加工复习思考题第3章 典型表面加工方法的分析任何复杂的零件都是由简单的几何表面(如外圆面、孔、平面、成型表面等)组成的,不同的表面可以采用不同的方法加工。而同一种表面由于零件具体加工要求、结构特点及材料性质等因素不同,所采用的加工方法也可能不同。选择加工方法的基本原则是在保证加工质量的前提下,使生产成本最低。第3章 典型表面加工方法的分析选择各表面的加工方法时,一般应遵循下述几个基本原则:(1)首

2、先选定它的最终加工方法,然后再逐一选定各前道工序的加工方法。(2)按各种加工方法的应用特点选择各表面的加工方法,保证所选择的加工方法的加工精度及表面粗糙度与加工表面的精度要求和表面粗糙度要求相适应。(3)所选择的加工方法要保证加工表面的形状精度要求和位置精度要求。第3章 典型表面加工方法的分析(4)所选择的加工方法要与零件材料的切削加工性相适应。(5)所选择的加工方法要与生产类型相适应。(6)所选择的加工方法要结合本企业的实际生产条件。本章将通过对零件表面加工方法的综合分析,介绍生产中如何合理选择表面的加工方法和加工顺序打下基础。第3章 典型表面加工方法的分析3.1 外圆面的加工外圆面的加工

3、外圆面是轴类、套筒类、盘类零件的主要表面,同时也可能是这些零件的辅助表面。外圆面的加工在零件的加工中占有很大的比重。不同零件上的外圆面或同一零件上不同的外圆面往往具有不同的技术要求,在对这些表面进行加工时需要结合具体的生产条件,拟定较合理的加工方案。第3章 典型表面加工方法的分析3.1.1 外圆面的技术要求外圆面的技术要求外圆面的技术要求包括以下几项:(1)尺寸精度:包括外圆面直径和长度的尺寸精度。(2)形状精度:包括外圆面的圆度、圆柱度和轴线的直线度等。(3)位置精度:包括与其他外圆面(或孔)间的同轴度、径向圆跳动和与端面的垂直度等。(4)表面质量:主要是指表面粗糙度,也包括有些零件要求的表

4、面层硬度、残余应力的大小和方向以及金相组织变化等。第3章 典型表面加工方法的分析3.1.2 外圆面加工方案的分析外圆面加工方案的分析外圆面的加工方法主要有车削、磨削和研磨、超级光磨和抛光等。对于有不同加工精度和表面粗糙度要求的零件要采用不同的加工方案。外圆表面加工方案的选择,除应满足技术要求外,还应考虑零件的材料、热处理要求、零件的结构、生产类型及现场的设备条件和技术水平。对于钢铁零件,外圆面的加工方法主要有车削、磨削,在要求精度高和表面粗糙度值小时,往往还要进行研磨、超级光磨等加工。对于某些精度要求不高,仅要求光亮的表面,可以通过抛光来获得。第3章 典型表面加工方法的分析对于塑性大的有色金属

5、(如铜、铝合金等)零件,由于其精加工不宜用磨削,常采用精细车削加工。总体来说,一项合理的加工方案应能经济地达到精度要求,并能满足生产率的要求。表3-1为外圆面常用的几种加工方案。第3章 典型表面加工方法的分析表3-1 外圆面的加工方案及其应用第3章 典型表面加工方法的分析 3.2 孔的加工孔的加工 孔是箱体、支架、套筒、环、盘类零件上的重要表面,如轴承孔、定位孔等,也可能是这些零件的辅助表面,如油孔、气孔和减重孔等,也是机械加工中经常遇到的表面。在加工精度和表面粗糙度要求相同的情况下,加工孔比加工外圆面困难,生产率低且成本高。主要有以下两个方面的原因:一方面,刀具的尺寸受到被加工孔的尺寸的限制

6、,故刀具的刚性差,不能采用大的切削用量;另一方面，刀具处于被加工孔的包围中,散热条件差,切屑排出困难,切削液不易进入切削区,切屑易划伤加工表面等。第3章 典型表面加工方法的分析3.2.1 孔的技术要求孔的技术要求孔的技术要求包括以下几项:(1)尺寸精度:包括孔径和长度的尺寸精度。(2)形状精度:包括孔的圆度、圆柱度及轴线的直线度。(3)位置精度:包括孔与孔或孔与外圆面的同轴度,孔与孔或孔与其他表面之间的尺寸精度、平行度、垂直度等。(4)表面质量:包括表面粗糙度、表层加工硬化和金相组织变化等。第3章 典型表面加工方法的分析3.2.2 孔加工方案的分析孔加工方案的分析常用的孔的加工方法有钻孔、扩孔

7、、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔、孔的光整加工等。拟定孔的加工方案时,应考虑孔径的大小和孔的深度、精度和表面粗糙度等的要求,还要考虑工件的材料、形状、尺寸、重量和批量以及车间的具体生产条件。在实体上加工中、小尺寸的孔,必须先钻孔。若是对已经铸出或锻出的中、大型孔的加工,则可直接采用扩孔或镗孔。第3章 典型表面加工方法的分析对于孔的精加工,铰孔和拉孔适于加工未淬硬的中、小直径的孔,中等直径以上的孔,可以采用精镗或精磨。淬硬的孔只能采用磨削。在孔的精整加工中,珩磨多用于直径稍大的孔,研磨则对大孔和小孔都适用。常用的孔加工方案见表3-2。第3章 典型表面加工方法的分析表3-2 在实体材料上加工孔的方案及其应

8、用第3章 典型表面加工方法的分析3.3 平平 面面 的的 加加 工工平面是箱体、滑轨、机架、床身、工作台及回转体等类零件的主要表面。3.3.1 平面的技术要求平面的技术要求 平面的主要技术要求有如下几点:(1)几何形状精度,如平面度、直线度。(2)位置精度,包括平面与其他平面或孔之间的位置尺寸精度、平行度和垂直度等。(3)表面质量,如表面粗糙度、表面加工硬化、残余应力及金相组织变化等。第3章 典型表面加工方法的分析3.3.2 平面加工方案的分析平面加工方案的分析 平面加工的方法有车削、刨削、铣削、拉削、磨削、研磨和刮研。回转体零件的端面多采用车削和磨削加工;其他类型的平面以铣削或刨削加工为主;

9、拉削仅适用于大批量生产中加工技术要求较高而且面积不大的平面;淬硬的平面必须用磨削加工。常用的平面加工方案如表3-3所示。生产中主要根据毛坯种类、精度要求、平面的形状、材料性能和生产规模来选择加工方案。第3章 典型表面加工方法的分析表3-3 平面的加工方案及其应用第3章 典型表面加工方法的分析 3.4 成型面的加工成型面的加工 与其他表面类似,成型面(如凸轮轴上的凸轮、汽轮机上的叶片、机床的手柄等)的技术要求也包括尺寸精度、形状精度及表面质量等方面。但是,成型面往往是为了实现特定功能而专门设计的,所以对其表面形状的要求十分重要。加工时,刀具的切削刃形状和切削运动应首先满足表面形状的要求。第3章

10、典型表面加工方法的分析成型面的加工方法一般有车削、铣削、刨削、拉削和磨削等。这些加工方法可归纳为如下两种基本方式:(1)用成型刀具加工。该种方法是用切削刃形状与工件轮廓相符合的刀具直接加工出成型面。例如用成型车刀车成型面(图3-1)、用成型铣刀铣成型面等。用成型刀具加工成型面时,机床的运动和结构比较简单,操作也简便。但是刀具的制造和刃磨比较复杂(特别是成型铣刀和拉刀),成本较高。而且这种方法的应用受工件成型面尺寸的限制,不宜用于加工刚性差而成型面较宽的工件。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-1 成型车刀车成型面 第3章 典型表面加工方法的分析(2)利用刀具和工件作特定的相对运动加工。图3-

11、2所示的用靠模装置车成型面就是利用刀具和工件作特定的相对运动加工中的一种。此外,还可以利用手动、液压仿形装置或数控装置来控制刀具与工件之间特定的相对运动。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-2 靠模法车成型面第3章 典型表面加工方法的分析利用刀具和工件作特定的相对运动来加工成型面时，所用刀具比较简单,并且加工成型面的尺寸范围较大。但是机床的运动和结构都比较复杂,加工成本也高。成型面的加工方法应根据零件的尺寸、形状及生产批量来选择。小型回转体零件上形状不太复杂的成型面,在大批量生产时常用成型车刀在自动或半自动车床上加工;批量较小时,可用成型车刀在普通车床上加工。第3章 典型表面加工方法的分析

12、成型的直槽和螺旋槽等,一般可用成型铣刀在万能铣床上加工。对于尺寸较大的成型面,大批大量生产时多采用仿形车床或仿形铣床加工;单件小批量生产时,可借助样板在普通车床上加工,或者依据划线在铣床或刨床上加工。为了保证加工质量和提高生产率,在单件小批量生产中,可应用数控机床加工成型面。第3章 典型表面加工方法的分析大批量生产中,为了加工一定的成型面,常常专门设计和制造专用的拉刀或专门化的机床,例如加工工件凸轮部位的凸轮轴车床、凸轮轴磨床等。对于淬硬的成型面或精度高、粗糙度小的成型面,精加工则要采用磨削和光整加工。第3章 典型表面加工方法的分析3.5 螺螺 纹纹 的的 加加 工工 螺纹也是零件上常见的表面

13、之一,它有多种形式,按用途的不同可分为紧固螺纹和传动螺纹。(1)紧固螺纹。紧固螺纹用于零件间的固定联接,常用的有普通螺纹和管螺纹等,螺纹牙型多为三角形。对普通螺纹的主要要求是可旋入性和联接的可靠性,对管螺纹的要求是密封和联接的可靠性。第3章 典型表面加工方法的分析(2)传动螺纹。传动螺纹用于传递动力、运动或位移。常用的传动螺纹有丝杠和测微螺杆的螺纹等,其牙型多为梯形或锯齿形。对于传动螺纹的主要要求是传动准确、可靠,螺牙接触良好及耐磨。第3章 典型表面加工方法的分析3.5.1 螺纹的技术要求螺纹的技术要求螺纹和其他类型的表面一样有一定的尺寸精度、形状精度和表面质量的要求。由于它们的用途和使用要求

14、不同,技术要求也有所不同。对于紧固螺纹和无传动精度要求的传动螺纹,一般只要求中径和顶径(外螺纹的大径,内螺纹的小径)的精度。对于有传动精度要求或用于读数的螺纹,除要求中径和顶径的精度外,还要求螺距和牙型角的精度。为了保证传动或读数精度及耐磨性,对螺纹表面的粗糙度和硬度等也有较高的要求。第3章 典型表面加工方法的分析3.5.2 螺纹加工方法的分析螺纹加工方法的分析 常用的加工螺纹的方法有很多,常见的有攻螺纹、套螺纹、车螺纹、铣螺纹、磨螺纹和滚压螺纹等。1.攻螺纹攻螺纹 使用丝锥来加工内螺纹的操作称为攻螺纹(又称攻丝)。攻螺纹的加工精度为7H,Ra为6.33.2 m。攻螺纹可以在钻床上进行,单件小

15、批生产主要用手工操作。第3章 典型表面加工方法的分析1)丝锥 丝锥一般用碳素工具钢或高速钢制造,其结构如图3-3所示。丝锥由工作部分和柄部组成。工作部分又分为切削部分和校准部分。切削部分呈锥形,因此称为丝锥。校准部分呈圆柱形,具有完整的齿形以修光螺纹和引导丝锥旋入。工作部分相当于将一个外螺纹沿轴向开出34条槽后的形状以形成刀齿,容纳切屑。丝锥柄部一般是方形的以便于夹持,上面印有螺纹直径的标记。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-3 丝锥的结构第3章 典型表面加工方法的分析丝锥一般成组使用。M6M24的丝锥每组有两个,分别称为头锥和二锥。加工粗牙螺纹的丝锥中M6以下和M24以上的丝锥每组有三个

16、,分别称为头锥、二锥和三锥。M24以上的丝锥切除量大,需要分几次逐步切除。加工细牙螺纹的丝锥不论大小每组都是两个。丝锥柄部一般用、和作标记，分别代表头锥、二锥和三锥。成组丝锥按照校准部分直径的不同分为等径丝锥和不等径丝锥两种。等径丝锥使用较简便,而不等径丝锥切削负荷均匀,寿命较长。第3章 典型表面加工方法的分析2)铰杠攻螺纹时用于夹持丝锥的工具称为铰杠,如图3-4所示。铰杠的规格应与丝锥大小相适应。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-4 铰杠第3章 典型表面加工方法的分析3)攻螺纹操作 攻螺纹时两手用力要均匀,每攻入12圈后应将丝锥反转14圈进行断屑和排屑。攻不通孔时应做好记号,以防丝锥触及

17、孔底,如图3-5所示。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-5 攻螺纹第3章 典型表面加工方法的分析2.套螺纹套螺纹用板牙加工外螺纹的方法称为套螺纹。套螺纹加工的质量较低,加工精度为7h,Ra为 6.33.2 m。第3章 典型表面加工方法的分析1)板牙板牙一般由合金工具钢制成。常用的圆板牙如图3-6(a)所示,有固定式的和可调式两种。可调式圆板牙在圆柱面上开有0.51.5 mm的窄缝,使板牙螺纹孔直径可以在0.500.25 mm 范围内调节,如图10-35(b)所示。圆板牙的形状就像是开了45个圆柱孔的圆螺母,形成切削刃和容屑槽。圆板牙轴向的中间段是校准部分,也是套螺纹时的导向部分。第3章 典

18、型表面加工方法的分析图 3-6 套螺纹工具第3章 典型表面加工方法的分析2)板牙架板牙架是用来夹持圆板牙的工具,图3-6(c)所示为手工套螺纹所使用的板牙架。3)套螺纹操作 开始套螺纹操作时,板牙端面应与圆杆轴线保持垂直。板牙每转12或1圈应倒转14圈以折断切屑,然后再接着切削,如图3-7所示。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-7 套螺纹第3章 典型表面加工方法的分析攻螺纹和套螺纹是应用较广的螺纹加工方法,主要用来加工精度要求低、直径较小的三角螺纹。常用于加工M16以下的普通螺纹,最大一般不超过M50。单件和小批生产时可用手用丝锥由钳工在虎钳上进行,或在车床或钻床上进行;大批量生产时攻螺纹

19、常用机用丝锥在攻丝机上进行。第3章 典型表面加工方法的分析3.车螺纹车螺纹车螺纹是最常用的螺纹加工方法,其原理是工件每转一转,车刀在进给方向上移动一个导程的距离。车削螺纹(thread turning)可在各类卧式车床或专门的螺纹车床上进行,由于刀具简单,故广泛用于各种精度的未淬硬材料以及各种截面形状和各种尺寸的内、外螺纹加工。但车螺纹的生产率低,加工质量取决于工人的技术水平和机床、刀具本身的精度,所以主要用于单件小批量生产。车螺纹的最高精度可达46级,表面粗糙度Ra值为3.20.8 m。第3章 典型表面加工方法的分析车削螺纹所用的刀具是具有螺纹牙型轮廓的成型车刀。图3-8所示为单齿螺纹车刀,

20、其结构简单、适应性广,可加工各种形状、尺寸及精度的未淬硬工件的内、外螺纹,但生产率低,适用于单件小批生产。当生产批量较大时可采用螺纹梳刀,如图3-9所示。螺纹梳刀有平体、棱体和圆体三种。螺纹梳刀实际上是多齿成型车刀,只需一次走刀就能加工出全部螺纹,生产效率高,适用于大批生产细牙螺纹。一般螺纹梳刀加工精度不高,不能加工精密螺纹。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-8 单齿螺纹车刀第3章 典型表面加工方法的分析图 3-9 螺纹梳刀第3章 典型表面加工方法的分析4.铣螺纹铣螺纹 铣螺纹(thread milling)比车螺纹生产率高,但加工的螺纹精度低,在成批大量生产中广泛采用。铣螺纹一般在专门的

21、螺纹铣床上进行。根据所用铣刀结构不同,其加工方法可分为以下两种:第3章 典型表面加工方法的分析1)盘形铣刀铣螺纹 加工时,铣刀轴线对工件轴线的倾斜角等于螺纹升角,工件转一转,铣刀走一个工件导程,如图3-10所示。这种方法适合加工大螺距的长螺纹,如丝杠、螺杆等梯形外螺纹和蜗杆等,但加工精度较低,通常作为粗加工,铣后用车削进行精加工。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-10 盘形铣刀铣螺纹第3章 典型表面加工方法的分析2)梳形铣刀铣螺纹 加工时,工件每转一转,铣刀除旋转外,还沿轴向移动一个导程,工件转转,便能切出全部螺纹(最后的1/4转主要是修光螺纹),如图3-11所示。这种方法生产率高,螺距精

22、度可达98级,表面粗糙度Ra值为3.20.63 m。适合成批加工一般精度并且长度短而螺距不大的三角形内、外螺纹和圆锥螺纹。411第3章 典型表面加工方法的分析图 3-11 梳形铣刀铣螺纹第3章 典型表面加工方法的分析5.磨螺纹磨螺纹磨螺纹用于淬硬螺纹的精加工,如精密螺杆、丝锥、滚丝轮、螺纹量规的加工。磨螺纹(thread grinding)是在专门的螺纹磨床上完成的,磨前需用车、铣等方法进行粗加工;对小尺寸的精密螺纹,也可不经粗加工直接磨出。根据所用砂轮形状不同,外螺纹的磨削可以分为单片砂轮磨削和多线砂轮磨削两种。第3章 典型表面加工方法的分析用单片砂轮磨削时,砂轮的轴线必须相对于工件轴线倾斜

23、一个螺纹升角,工件安装在螺纹磨床的前后顶尖之间,工件每转一转,同时沿轴向移动一个导程;砂轮高速旋转的同时,周期性地进行横向进给,经一次或多次行程完成加工,如图3-12所示。这种方法适用于不同齿形、不同长径比的螺纹工件,机床调整和砂轮修整比较方便,并且背向力小,工件散热条件好,加工精度高。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-12 单片砂轮磨削第3章 典型表面加工方法的分析用多线砂轮磨削时,选用缓慢的工件转速和较大的横向进给,经过一次或数次行程即可完成加工,如图3-13所示。这种方法生产效率高,但加工精度低,砂轮修整复杂,适用于成批生产牙型简单、精度较低、刚性好的短螺纹。第3章 典型表面加工方法

24、的分析图 3-13 多线砂轮磨削第3章 典型表面加工方法的分析6.滚压螺纹滚压螺纹 滚压螺纹是在室温下,用压力使工件表面产生塑性变形而形成螺纹的一种无切屑加工方法。滚压螺纹通常有搓板滚压和滚轮滚压两种方法。1)搓板滚压 如图3-14所示,上、下两块搓板都带有螺纹齿形,其截面形状与待搓螺纹牙型相符,螺纹方向相反。工作时,上搓板由机床带动作直线往复运动,为动板;下搓板固定于机床上不动,为静板。动板作平行于静板的往复直线运动,工件在两板之间被挤压和滚动。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-14 搓板滚压第3章 典型表面加工方法的分析2)滚轮滚压如图3-15所示,工件放在两个带有螺纹齿形的滚轮之间的

25、支承板上,两滚轮等速转动,其中一轮轴心固定,一轮作径向进给运动,工件在滚轮摩擦力带动下旋转,表面受径向挤压而形成螺纹。滚螺纹与搓螺纹相比,滚螺纹的生产率低,但精度高,表面粗糙度低。这是因为滚丝轮工作表面经热处理后可在螺纹磨床上精磨,而搓丝板热处理后精加工困难。滚压螺纹与切削螺纹相比,其生产率高,螺纹强度高,节省材料,加工费用低,机床结构简单。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-15 滚轮滚压第3章 典型表面加工方法的分析3.6 齿轮齿形的加工齿轮齿形的加工齿轮(gears)是机械传动中传递运动和动力的重要零件,目前在各种机械和仪器中应用非常普遍。产品的工作性能、承载能力、使用寿命及工作精度等

26、都与齿轮本身的质量有着密切的关系。国家标准GB 10095-88“渐开线齿轮精度”规定,齿轮及齿轮副分为12个精度等级,精度由高至低依次为1、2、12级。其中1、2级为远景级,目前尚难以制出;6、7、8级为中等精度级,7级精度为实际生产中普遍应用的基本级;9、10、11、12级为低级精度。第3章 典型表面加工方法的分析用切削加工的方法加工齿轮齿形,按加工原理可分为两类:(1)成型法加工。成型法加工是用与被切齿轮的齿槽形状相符的成型刀具切出齿形的方法。如铣齿、成型法磨齿等。(2)展成法(范成法)加工。展成法加工是利用齿轮的啮合原理加工齿轮。如滚齿、插齿、剃齿、展成法磨齿等。第3章 典型表面加工方

27、法的分析3.6.1 铣齿铣齿铣齿(gear milling)属于成型法加工,是用成型齿轮铣刀在万能卧式铣床上进行齿轮加工,如图3-16所示。铣齿时,当模数m10时,用盘状铣刀;模数m10时,用指状铣刀,如图3-17 所示。铣齿时,装在刀杆上的铣刀旋转作主运动,工件紧固在心轴上,心轴安装在分度头和尾座顶尖之间随工作台作直线进给运动。每铣完一个齿槽,铣刀沿齿槽方向退回,用分度头对工件进行分度,然后再铣下一个齿槽,直至加工出整个齿轮。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-16 铣齿第3章 典型表面加工方法的分析图 3-17 铣刀第3章 典型表面加工方法的分析铣齿的工艺特点:(1)成本较低。同其他齿轮

28、刀具相比较,成型齿轮铣刀结构简单,制造方便,而且在铣床上即可完成铣齿工作,因此铣齿的设备和刀具的费用较低。(2)生产率低。铣齿过程不是连续的,每铣一个齿,都要重复消耗切入、切出、退刀和分度的辅助时间。第3章 典型表面加工方法的分析(3)加工精度低。齿轮的精度主要取决于铣刀的齿形精度。模数相同而齿数不同的齿轮的渐开线的形状是不一样的。因此,从理论上讲,为了获得准确的渐开线齿形,应该对同一模数的每种齿数的齿轮都准备一把专用的成型铣刀,这就需要很多规格的铣刀,使生产成本大为增加,而且使用这么多的铣刀既不方便也不经济。实际生产中,把同一模数的齿轮按齿数划分成若干组,通常分为8组或15组,同一组只用一个

29、刀号的铣刀加工。第3章 典型表面加工方法的分析表3-4 为分成8组时各号铣刀加工的齿数范围。为了保证铣出的齿轮在啮合时不致卡住,各号铣刀的齿形是按该号范围内最小齿数齿轮的齿槽轮廓设计和制作的,而加工其他齿数的齿轮时,只能获得近似的齿形,产生齿形误差。另外,铣床所用分度头是通用附件,分度精度不高,所以,铣齿的加工精度较低。铣齿的加工精度为9级或9级以下,齿面粗糙度Ra值为6.33.2 m。铣齿不但可以加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮,还可以加工齿条、锥齿轮及涡轮等。但仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度要求不高的低速齿轮。第3章 典型表面加工方法的分析表3-4 齿轮铣刀的分号第3章 典型表面加

30、工方法的分析3.6.2 滚齿滚齿滚齿(gear hobbing)是利用齿轮滚刀(见图3-18)在滚齿机(见图3-19)上加工齿轮的轮齿,其滚切原理是齿轮刀具和工件按齿轮副的啮合关系作对滚运动进行切削(见图3-20)。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-18 齿轮滚刀第3章 典型表面加工方法的分析图 3-19 滚齿机第3章 典型表面加工方法的分析图 3-20 滚齿第3章 典型表面加工方法的分析滚切齿轮的切削运动如下:(1)主运动:滚刀的旋转运动,用转速n0(r/min)表示。(2)分齿运动:滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动,即式中,n0、nw为滚刀和被切齿坯的转速,单位为r

31、/min;z0、zw为滚刀与被切齿轮的齿数。分齿运动由滚齿机的传动系统来实现,齿坯的分度是连续的。w00wzznn第3章 典型表面加工方法的分析(3)垂直进给运动:为切出整个齿宽,滚刀需要沿工件的轴向作进给移动,即为垂直进给运动。每分钟滚刀沿齿坯轴向移动的距离(mm/min)称为垂直进给量。滚齿与铣齿比较有如下特点:(1)滚刀的通用性好。一把滚刀可以加工与其模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。(2)齿形精度及分度精度高。滚齿的精度一般可达87级,用精密滚齿可以达到6级精度,表面粗糙度Ra值为3.21.6 m。第3章 典型表面加工方法的分析(3)生产率高。滚齿的整个切削过程是连续的,效率高。(4)

32、设备和刀具费用高。滚齿机为专用齿轮加工机床,其调整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。滚齿应用范围较广,可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等,但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。第3章 典型表面加工方法的分析3.6.3 插齿插齿插齿(gear shaping)是在插齿机(见图3-21)上用插齿刀加工齿形的过程。其原理是刀具和工件根据圆柱齿轮啮合原理进行加工。插齿刀实际上是一个用高速钢材料制造并磨出切削刃的齿轮。强制插齿刀与齿坯间啮合运动的同时,使插齿刀作上下往复运动,即可在工件上加工出轮齿来。其刀齿侧面运动轨迹所形成的包络线,即为被切齿轮的渐开线齿形。完成插齿所需要的切削运动如图3-22 所

33、示。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-21 插齿机第3章 典型表面加工方法的分析图 3-22 插齿运动第3章 典型表面加工方法的分析插直齿圆柱齿轮时,用直齿插齿刀,其运动如下:(1)主运动。插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程,向上的返回行程是空行程。主运动以单位时间(每分钟或每秒)内往复行程次数nr表示,单位为str/min(或str/s)。(2)分齿运动。插齿刀和齿坯之间被强制的啮合运动,也称为展成运动。保持一对传动齿轮的速比关系,即式中:n0、nw为插齿刀和齿坯的转速;z0、zw为插齿刀和被切齿轮的齿数。w00wzznn第3章 典型表面加工方法的分析(3)径向进给运动。插齿时,插

34、齿刀不能一开始就切到轮齿的全齿深,因此,在分齿的同时插齿刀要逐渐向工件中心移动,以切出全齿高,这个运动即为径向进给运动。插齿刀每往复一次径向移动的距离,称为径向进给量(mm/str)。当进给到要求的深度时,径向运动停止,分齿运动继续进行,直到加工完成。(4)让刀运动。为了避免插齿刀在返回行程中刀齿的后刀面与工件的齿面发生摩擦,插齿刀返回时,齿坯沿径向让开一段距离;当切削行程开始前,齿坯恢复原位,这种运动称为让刀运动。第3章 典型表面加工方法的分析插齿与滚齿比较有如下特点:(1)齿面粗糙度小。插齿时,插齿刀沿齿宽连续地切下切屑,而在滚齿和铣齿时,轮齿齿宽是由刀具多次断续切削而成。在插齿的过程中,

35、包络齿形的切线数量比较多,所以插齿的齿面粗糙度小,一般可达1.6 m。第3章 典型表面加工方法的分析(2)插齿和滚齿的精度相当,且都比铣齿高。一般条件下,插齿和滚齿能保证78级精度,若采用精密插齿或滚齿,可以达到6级精度。而铣齿只能达到9级精度。插齿刀的制造、刃磨及检验均比滚刀方便,容易制造得较精确。但插齿机的分齿传动链较滚齿机复杂,增加了传动误差。综合结果,插齿和滚齿的精度相当。由于插齿机和滚齿机都是加工齿轮的专门化机床,其结构和传动机构都是按加工齿轮的特殊要求而设计和制造的,其分齿精度高于万能分度头的分齿精度。滚刀和插齿刀的精度也比齿轮铣刀的精度高,不存在像齿轮铣刀那样的齿形误差,因此插齿

36、和滚齿的精度都比铣齿高。第3章 典型表面加工方法的分析(3)插齿和滚齿同属于展成法加工,所以选择刀具时只要求刀具的模数和压力角与被切齿轮一致,与齿数无关(最少齿数z17)。不像铣齿那样,每个刀号的铣刀只能加工一定齿数范围的齿轮。第3章 典型表面加工方法的分析(4)插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。因为滚齿为连续切削,插齿不仅有返回的空行程,而且插齿刀的往复运动使切削速度的提高受到冲击和惯性力的限制,插齿机和插齿刀的刚性比较差。所以,滚齿的切削速度高于插齿,插齿的生产率低于滚齿。由于插齿和滚齿的分齿运动是在切削过程中连续进行的,省去了铣齿那样的单独分度时间,所以插齿和滚齿的生产率都高于铣齿。第3章

37、 典型表面加工方法的分析插齿多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等,但不能加工蜗轮。尽管插齿和滚齿所使用的刀具和机床比铣齿复杂,成本高,但由于加工质量高,生产率高,在成批和大量生产中仍可收到很好的经济效益,即使在单件小批生产中,为了保证加工质量也常采用插齿或滚齿加工。第3章 典型表面加工方法的分析3.6.4 齿形的精加工齿形的精加工 滚齿和插齿一般加工中等精度(87级)的齿轮。对于精度高于7级以上、表面粗糙度Ra值小于0.8 m或齿面需要淬火的齿轮,在滚、插齿以后还需进行精加工。常用的齿形精加工的方法有剃齿、珩齿和磨齿。第3章 典型表面加工方

38、法的分析1.剃齿剃齿剃齿是齿轮精加工的方法,用来加工已经经过滚齿或插齿但未经淬火的直齿和斜齿圆柱齿轮。剃齿(gear shaving)是利用一对交错轴斜齿轮啮合原理,在剃齿机上“自由啮合”的展成加工方法。第3章 典型表面加工方法的分析剃齿所用的刀具称为剃齿刀,如图3-23所示。剃齿刀的形状类似于一个斜齿圆柱齿轮,每一个齿的两侧沿渐开线方向开有许多小槽,以形成切削刃,材料一般为高速钢。在与已经滚齿或插齿的齿轮啮合过程中,剃齿刀齿面上的许多切削刃从工件齿面上剃下细丝状的切屑,以提高齿形精度和减小表面粗糙度值。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-23 剃齿刀第3章 典型表面加工方法的分析图3-24

39、是剃削直齿圆柱齿轮的加工简图。工作时,工件用心轴装在机床工作台的两顶尖之间,可以自由转动;剃齿刀装在机床主轴上并与工件相啮合,带动工件时而正转,时而反转,正转时剃削轮齿的一个侧面,反转时剃削轮齿的另一个侧面。剃齿刀轴线与工件轴线间的夹角为0。第3章 典型表面加工方法的分析剃齿刀在啮合点A的圆周速度v0可分解为沿工件圆周切线方向的分速度vw(使工件旋转)和沿工件轴线方向的分速度v(使齿面间产生相对滑动),使剃齿刀从工件上切下发丝状的极细切屑,从而提高齿形精度和降低表面粗糙度值。为了能沿齿的全长进行剃削,工件还应由工作台带动作直线往复运动。在工作台一次往复行程结束时,工件相对剃齿刀还要作径向进给,

40、以便继续进行剃削。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-24 剃齿的运动第3章 典型表面加工方法的分析剃齿主要用来对调质和淬火前的直、斜齿圆柱齿轮进行精加工,剃齿的精度取决于剃齿刀的精度。剃齿精度可达76级,齿面粗糙度Ra值为0.80.2 m。剃齿的生产率高,一般2到4分钟便可加工好一个齿轮。剃齿机的结构简单,操作方便,也可把铣床等设备改装成剃齿机使用。剃齿刀制造较困难,剃齿不便于加工双联或多联齿轮的小齿轮,使剃齿的应用受到一定限制。剃齿通常用于大批量生产中齿轮齿形的精加工,在汽车、拖拉机及机床制造等行业中应用很广泛。第3章 典型表面加工方法的分析2.珩齿珩齿 珩齿(gear honing)是

41、齿轮光整加工的方法。珩齿是用珩磨轮在珩齿机上进行齿形精加工的方法,其原理和方法与剃齿相同。若没有珩齿机,可用剃齿机或改装的车床、铣床代替。珩磨轮是将金刚砂或白刚玉磨料与环氧树脂等材料合成后浇铸或热压在钢制轮坯上的斜齿轮，如图3-25所示。珩齿时,珩磨轮在高速旋转(10002000 r/min)的同时沿齿向和渐开线方向产生滑动进行切削。珩齿过程具有剃削、磨削和抛光的精加工的综合作用,刀痕复杂、细密。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-25 珩磨轮第3章 典型表面加工方法的分析珩齿适用于消除淬火后的氧化皮和轻微磕碰而产生的齿面毛刺与压痕,可有效地降低表面粗糙度,对齿形精度改善不大。珩齿后的表面粗

42、糙度Ra值为0.40.2 m。因珩齿余量很小,约为0.010.02 mm,可以一次切除,加工时生产率很高。一般珩磨一个齿轮只需1 min左右。第3章 典型表面加工方法的分析3.磨齿磨齿 磨齿(gear grinding)是用砂轮在磨齿机上对齿轮进行精加工的方法,既可以加工未淬硬的轮齿,又可以加工淬硬的轮齿。按加工原理,磨齿可分为成型法磨齿和展成法磨齿。1)成型法磨齿 成型法磨齿与铣齿相似,将砂轮靠外圆处的两侧,修整成与工件齿间相吻合的形状,对已切削过的齿间进行磨削,如图3-26所示。每磨完一齿后,进行分度,再磨下一个齿。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-26 成型法磨齿第3章 典型表面加工

43、方法的分析成型法磨齿可在花键磨床或工具磨床上进行,设备费用较低。此法生产率较高,比展成法磨齿高近10倍。但砂轮修整较复杂,且存在一定的误差。由于在磨齿过程中砂轮磨损不均以及机床的分度误差的影响,它的加工精度只能达到6级,在实际生产中应用较少。第3章 典型表面加工方法的分析2)展成法磨齿 生产中常用的展成法磨齿有锥形砂轮(双斜边砂轮)磨齿和双碟形砂轮磨齿两种。展成法磨齿的生产率低,但加工精度高,一般可达4级,表面粗糙度Ra值在0.40.2 m。所以实际生产中它是齿面要求淬火的高精度齿轮常采用的一种加工方法。锥形砂轮磨齿时,把砂轮修整成锥形,以构成假想齿条的齿形,将齿槽的1、2两个侧面分别磨除(见

44、图3-27)。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-27 锥形砂轮磨齿第3章 典型表面加工方法的分析锥形砂轮磨齿的原理是使砂轮与被磨齿轮强制保持齿条和齿轮的啮合关系,使被磨齿轮沿假想的固定齿条作往复、纯滚动的运动,这样边转动边移动,砂轮的磨削部分即可包络出渐开线齿形。磨削时,砂轮作高速旋转,同时沿工件轴向作往复直线运动,以便磨出全齿宽。每磨完一个齿槽,砂轮自动退离工件,工件自动进行分度。第3章 典型表面加工方法的分析双碟形砂轮磨齿时,两个碟形砂轮倾斜一定角度,其端面构成假想齿条两个(或一个)齿的两个齿面,同时对齿槽的侧面1和侧面2进行磨削(见图3-28)。工作时,两个砂轮同时磨一个齿间或两个不

45、同齿间的左右齿面。此外,为了磨出全齿宽,被磨齿轮需沿齿向作往复直线运动。第3章 典型表面加工方法的分析图 3-28 双碟形砂轮磨齿第3章 典型表面加工方法的分析复复 习习 思思 考考 题题1.试确定下列零件外圆面的加工方案:(1)紫铜小轴,f20h7,Ra0.8 m;(2)45钢轴,f50h6,Ra0.2 m。第3章 典型表面加工方法的分析2.下列零件上的孔,用何种加工方案比较合理:(1)单件小批生产中,铸铁齿轮上的孔,f20H7,Ra1.6 m。(2)大批量生产中,铸铁齿轮上的孔,f50H7,Ra0.8 m。(3)变速箱体(铸铁)上传动轴的轴承孔,f62J7,Ra0.8 m。(4)高速钢三面

46、刃铣刀上的孔,f27H6,Ra0.2 m。第3章 典型表面加工方法的分析3.试述下列零件上平面的加工方案:(1)单件小批生产中,机座(铸铁)的底面:500 mm300 mm,Ra3.2 m。(2)成批生产中,铣床工作台(铸铁)台面:1250 mm300 mm,Ra1.6 m。(3)大批量生产中,发动机连杆(45调质钢,217255 HBS)侧面:25 mm10 mm,Ra3.2 m。4.为什么车螺纹时必须用丝杠走刀？5.为什么标准件厂生产螺纹一般都用滚压法？第3章 典型表面加工方法的分析6.旋风铣螺纹适合于何种零件？7.下列零件上的螺纹应采用哪种方法加工？为什么？(1)10 000件标准六角螺母,M10-7H。(2)100 000件十字头沉头螺钉,M830-8h,材料为Q235-A。(3)30件传动轴轴端的紧固螺纹,M201-6h。(4)500根车床丝杠螺纹的粗加工,螺纹为T326。第3章 典型表面加工方法的分析8.成型面的加工一般有哪几种方式？各有何特点？9.试述成型法和展成法的齿形加工原理有何不同。10.为什么插齿和滚齿的加工精度和生产率比铣齿高？滚齿和插齿的加工质量有什么差别？11.哪种磨齿方法生产率高？哪一种的加工质量好？为什么？