齿轮技术要求主要包括四个方面：齿轮精度及齿侧间隙；齿轮主要表面的尺寸精度及表面位置精度；表面粗糙度；热处理要求。
圆柱齿轮按精度要求的不同，通常分为四类：超精密、精密、普通精度和低精度齿轮。按照GB/T 10095—2008《渐开线圆柱齿轮精度》，规定圆柱齿轮及其齿轮副有十二个精度等级，按精度高低依次为1、2、…、12级。其中8级以下为低精度级；7～8级为普通级；5～6级为精密级；3～4级为超精密级。而7级是用滚、插、剃、珩等常用切齿工艺方法能达到的基础级。
齿轮和齿轮副主要的误差项目有十五项，可查阅GB/T 10095—2008。按照齿轮公差对其传动性能的影响，将十五项公差分为Ⅲ个公差组：
第Ⅰ组为齿轮传递运动准确性项目，有切向综合公差、齿距公差、齿距累积公差、径向综合公差、齿圈径向跳动和公法线长度变动公差。
第Ⅱ组为齿轮传递运动的平稳性、噪声振动的项目，有齿切向综合公差、齿径向综合公差、齿形公差、齿距极限偏差、基节极限偏差和螺旋线波度公差。
第Ⅲ组为齿轮传动载荷分布均匀性项目，有齿向公差、接触线公差和轴向齿距偏差。
根据齿轮副使用时的精度等级要求和生产规模，在各公差组中选定1～2项，作为齿轮加工时控制与验收齿轮的检验组。因此，制定圆柱齿轮工艺规程的关键在于：如何采用合理的渐开线齿形的加工方法，达到上述所需的公差项目。
齿轮的材料应根据其工作性能要求而选定。齿轮材料的不同对齿轮的加工方法和热处理工序的安排均有很大影响。常用的齿轮材料有铸铁、45钢、40Cr、18CrMnTi和38CrMoAlA等。
45钢经正火或调质后，可改善金相组织及加工性；再经高频淬火便可提高齿面硬度。40Cr钢晶粒细，比45钢淬透性强，淬火变形较小。18CrMnTi钢采用渗透淬火处理，齿面硬度较高，而芯部有较好的韧性和抗弯强度。38CrMoAlA经氮化后，具有更高的耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高速齿轮。
齿轮毛坯以锻件为主，锻造常用模锻法。锻造后的齿轮毛坯需经过正火处理，以消除锻造内应力。大直径齿轮常用铸造齿坯。
（一）渐开线齿形加工方法
齿形切削加工分为成形法和展成法两类。成形法加工是采用了切削刃形状与被加工齿槽形状相仿的成形刀具来进行切齿加工的，常用的有模数铣刀铣齿、成形砂轮磨齿和齿轮拉刀拉齿（齿扇）等。
展成法加工是利用齿轮啮合原理，刀具与工件以展成运动而切出齿槽的方法，常用的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等。展成法加工精度高且生产率也较高，生产中应用十分广泛。
1.滚齿与插齿
滚齿与插齿是两种最基本的常用切齿方法。下面做一些工艺性分析。
滚齿精度一般可达7～8级，精密滚齿可达4～5级，齿面表面粗糙度达Ra1.6～0.8 μm。插齿精度一般达7～8级，最高不超过6级，齿面表面粗糙度达Ra1.6～0.8 μm。在齿轮加工工艺中，其滚齿和插齿选择的原则是：
在加工齿圈附近的多联齿轮、内齿轮、人字齿轮等工件时只能用插齿；而要加工蜗轮时只能用滚齿。加工斜齿轮时，滚齿比插齿方便。同一把滚刀可以加工模数和压力角相同的直齿轮和任意螺旋角的斜齿轮，而插齿不能。因为滚齿时交叉轴螺旋齿轮啮合，安装角在滚齿机上可以在一定范围内调整大小。插齿时平行轴啮合，工件螺旋角改变，只能换插齿刀，使用的插齿刀的螺旋角必须与工件一致。
当遇到既可滚齿也可插齿的场合，应从加工精度与生产率方面进行比较。
一般来说滚齿的运动精度比插齿高，但插齿的齿形精度高，表面粗糙度小，其原因是：①插齿机的内传动链中除了工作台蜗轮副外，还多了一个刀具蜗轮副，增加了部分传动链误差；②插齿刀主轴往复运动和工作台让刀运动也引起了误差；③插齿刀本身的齿距槽在展成过程中被刀刃切削的次数比滚齿多得多，包络而成的齿形更接近于圆滑的渐开线；插齿刀的安装误差对工件齿形误差影响小；插齿刀结构比滚刀简单，制作的精确度高。所以，插齿的齿形精度高，表面粗糙度值也小。
从生产率方面比较，一般模数中等以上的齿轮，滚齿生产率高，其原因为：①滚刀转动的切削速度高，插齿往复运动有冲击；②插齿有空行程损失；③采用多头滚刀可方便地提高滚齿效率。但是，在加工模数小、齿数多或齿宽小的齿轮时，插齿生产率会高于滚齿。
2.剃齿
图3-15所示为剃齿原理图。剃齿刀实质上是一只高精度的螺旋齿轮，在其齿面上，沿渐开线方向开有许多形成切削刃的小槽。它与被加工齿轮以螺旋齿轮双面紧密啮合的自由对滚而完成切削过程，因此，剃齿原理也相当于一对螺旋齿轮的啮合原理。
剃齿刀齿向与工件齿轮的齿向要吻合，因此，剃齿刀与工件轴线间夹角φ，要根据剃齿刀螺旋角β刀、工件齿轮螺旋角β工，以及它们间的螺旋方向来决定。φ=β工+β刀，螺旋方向相同时取+，相反时取-。图3-15（b）所示为左旋的剃齿刀加工右旋工件齿轮的情况。
在啮合点P处，剃齿刀与工件各自的圆周速度为υ刀、υ工，它们都可以分解为齿的法向分速度υ刀法、υ工法和切向分速度υ刀切、υ工切。在啮合点上：υ刀法=υ工法；而υ刀切与υ工切不相等，两者间产生了相对滑动，此相对滑动速度即为剃齿的切削速度。
图3-15 剃齿原理
遇有剃齿刀与被加工齿轮时点接触，当工件转过一齿后，齿面上仅切去一条线，因而，工件还需进行纵向往复运动s纵，才能剃除全齿宽。(www.xing528.com)
剃齿后的齿轮精度可达6～7级，齿面粗糙度为Ra0.8～0.4 μm。剃齿工序大多安装在齿面淬硬之前，生产率高。剃齿刀的齿数与被剃齿轮齿数通常应互为质数，以避免刀具误差直接复映到工件上。剃齿能修正前面工序留下的齿形误差、基节偏差、齿距偏差以及齿圈径向跳动，还可改善齿面粗糙度。但是，由于剃齿是自由啮合，剃齿刀至工件齿轮间无强制的内传动链。因此，对工件齿轮运动精度的提高几乎不起作用，被剃齿轮的运动精度应在剃前的工序保证。由于滚齿的运动精度比插齿高，所以剃前加工都要采用滚齿。
3.珩齿
珩齿的原理和运动与剃齿相同，但珩齿所用的刀具为珩磨齿轮，它是由磨料与塑性黏结剂等制成的螺旋齿轮。当珩磨齿轮与工件齿轮自由对滚啮合时，借助于齿面间一定的压力和相对滑动速度进行加工。珩磨速度远远低于一般的磨削速度，且黏结剂的弹性较大，因此，珩齿是低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
珩齿的余量很小，一般不超过0.025mm，能有效地降低齿面表面粗糙度值至Ra0.4 μm，但对齿轮的其他精度项目修正能力甚微。一般将珩齿作为齿面淬硬以后的光整加工工序，其生产率高、成本低，且设备简单。
（二）磨齿
磨齿是齿轮精加工最常用最重要的方法，尤其适用于淬硬精密齿轮的加工。其加工精度一般高达5～6级，甚至3～4级，齿面表面粗糙度达Ra0.8～0.2 μm，但生产率不如剃齿及珩齿加工。磨齿可分成仿形磨齿和展成磨齿两类。仿形磨齿用得不多，是磨削内齿轮的唯一方法。展成磨齿又有许多种，主要有：锥面砂轮磨齿、碟形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿和蜗杆砂轮磨齿。下面仅以双片碟形砂轮磨齿法作进一步介绍。
我国的Y70100、Y7032及瑞士的马格Maag公司的HSS-30-BC型磨齿机都属于双片碟形砂轮磨齿，图3-16所示为其磨齿示意图，两片砂轮倾斜一定角度，构成齿条一个齿的两外侧面，同时磨削工件一个齿槽的两内侧面；或者采用两个砂轮的内侧面，以零度磨削角加工两个齿廓的外侧面。
这种磨齿法的工作运动为：砂轮高速转动；工件齿轮轴向往复进给运动；磨齿槽后利用精密分度板的分度运动；利用滚圆盘与钢带机构实现渐开线的展成运动。机床的工作原理如图3-17所示。滚圆盘5上分别有左右两条拉紧的钢带6，钢带的一端固定在滚圆盘5上，另一端固定在支架3上；工作台1上的溜板2由偏心轮7带动后，就可沿导轨4移动，则工件主轴也要做水平移动。由于两台钢带拉着滚圆盘，因而在工件主轴做水平移动的同时，迫使工件主轴产生转动，使主轴头端的工件齿轮8实现了渐开线展成运动。钢制的滚圆盘直径即为渐开线的基圆直径。
这种方法一般能磨出4～5级精度的齿轮。精度高的原因如下：
（1）展成运动直接利用了渐开线行程的基本原理，滚圆盘制造精确，展成运动精度高，保证了被磨齿轮的齿形精度。
（2）机床主轴上装有精密的分度板装置，分度定位精确，提高了齿距精度。
（3）砂轮与工件齿面接触面很小，磨削热非常小。
（4）机床上装有砂轮磨损的自动补偿机构。
总之，齿形加工方法很多，现将常用方法的加工精度与使用范围列于表3-8之中。
图3-16 双片蝶形砂轮磨齿
（a）磨削两内侧面；（b）磨削两外侧面
图3-17 双蝶形砂轮磨齿工作原理
1—工作台；2—溜板；3—支架；4—导轨；5—滚圆盘；6—钢带；7—偏心轮；8—工作齿轮；9—砂轮；10—主轴
表3-8 常用齿形加工方法
续表
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