圆柱齿轮和蜗杆副的加工工艺

1.2.1 圆柱齿轮的加工

（1）圆柱齿轮的加工工艺及加工精度 圆柱齿轮的加工包括毛坯锻造、齿坯加工、齿轮中心孔加工、齿形粗加工或半精加工、热处理及齿形精加工等，本节的齿轮加工重点介绍齿轮的齿形加工。圆柱齿轮的加工工艺见表2.5-44，圆柱齿轮齿形的加工方法及加工精度见表2.5-45。

圆柱齿轮齿形的加工可分别在万能铣床（用成形齿轮铣刀加工）、滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机上进行。

（2）齿轮加工机床及适用范围

1）滚齿机。滚齿机用来加工渐开线直齿、斜齿、人字齿圆柱齿轮和蜗轮。在齿轮加工设备中，滚齿机用得最多，约占齿轮加工机床总数的1/2。使用与工件齿形共轭的滚刀还可加工其他齿形的工件，如圆弧齿齿轮、摆线齿齿轮、链轮和棘轮等。加工齿轮直径在ϕ200mm以下的属于仪表滚齿机，直径在ϕ200～ϕ2000mm的属于中型滚齿机，直径大于ϕ2000mm的属于大型滚齿机。滚齿机的结构布局及特点见表2.5-46。

各类滚齿机的性能特点及适用范围为：①仪表齿轮滚齿机的最大加工直径10～80mm，最大工件模数0.3～1mm，主要用于仪表、手表、照相机的齿轮加工，加工精度为5～7级；②中、小型滚齿机中的普通型大多为工作台径向移动的立式布局，切削速度和进给量可快速调整，广泛用于单件、小批生产，加工精度为6～7级；③万能型滚齿机比普通型功能多，适于进行工件品种变换频繁的单件、小批生产，加工精度为6～7级；④高效型滚齿机可进行高速、大进给量滚齿，使用硬质合金和涂层滚刀或多头滚刀，机床的刚性好，多为立柱移动的立式布局，适于汽车、拖拉机等生产中大批量的齿轮加工，加工精度为6～7级；⑤精密型滚齿机的加工精度可达4～6级，适于加工精密齿轮和蜗轮；⑥大型滚齿机用于单件或小批量生产，加工时工件重量可达10～80t。

表2.5-44 圆柱齿轮的加工工艺

表2.5-45 圆柱齿轮齿形的加工方法及加工精度

（续）

表2.5-46 滚齿机的结构布局及特点

滚齿机的加工精度：普通精度级滚齿机可加工GB/T 10095.1、10095.2—2001《渐开线圆柱齿轮精度》的7级精度的齿轮，精密级滚齿机可加工6级精度的齿轮，高精度级可加工4～5级精度的齿轮。

2）插齿机。插齿机可加工渐开线直齿齿轮、斜齿齿轮、人字齿轮、内齿轮、双联或多联齿轮，当使用特殊刀具和附件时还可加工链轮、棘轮、特殊齿形离合器和端齿轮，以及锥度齿、鼓形齿、齿条等。数控插齿机可加工非圆齿轮、变速比齿扇和特殊齿形的齿轮。用硬质合金刀具及表面涂层刀具，可加工硬齿面齿轮。插齿机的结构布置及适用范围见表2.5-47。插齿机的加工精度为6～7级，齿表面粗糙度Ra为1.6～3.2μm。

表2.5-47 插齿机的结构布置及适用范围

3）剃齿机。剃齿机属于齿轮精加工机床，可加工经滚齿、插齿之后的内、外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮，及不能磨齿的台肩齿轮，还可加工鼓形齿和锥度齿齿轮。剃齿对齿形、齿距和齿向误差有明显的校正修整能力，可加工精度达6～7级（GB/T10095.1、10095.2—2001）齿轮，齿面的表面粗糙度Ra2.5～1.25μm。采用硬齿面剃齿刀可对硬齿面进行剃齿，以消除热处理后的变形。剃齿机的类型、特点及适用范围见表2.5-48。

表2.5-48 剃齿机的类型、特点及适用范围

4）珩齿机。珩齿机是齿轮的精整加工机床，主要用于齿轮热处理后改善齿面质量，使齿面的表面粗糙度由热处理后的Ra2.5μm减小至Ra0.63μm以下，同时消除齿面毛刺和划痕，但纠正齿轮误差的能力较差。珩齿可作为7级齿轮的滚（插）齿—剃齿—热处理—珩齿工艺的最后一个环节的精整加工。珩齿机按其使用的珩轮，分为外齿珩轮珩齿机、内齿珩轮珩齿机和蜗杆珩轮珩齿机。外齿珩轮珩齿机适用于直径ϕ500mm以下的直齿、斜齿和轴齿轮的珩磨。内齿珩轮珩齿机适用于直径ϕ800mm以下的直齿、斜齿和轴齿轮的珩磨。蜗杆珩轮珩齿机适用于ϕ200mm以下的直齿、斜齿和轴齿轮的珩磨。

5）磨齿机。磨齿机用于精加工圆柱齿轮及盘形齿轮刀具的齿形，磨齿可纠正齿轮在滚齿、插齿等预加工，及热处理硬齿面时产生的各种误差，降低齿面粗糙度（磨齿后齿面的表面粗糙度Ra可达0.2～1.25μm）。磨齿的加工精度比剃齿、珩齿高很多，但生产率较低，加工成本高。磨齿机的类型、加工精度及适用范围见表2.5-49。(www.xing528.com)

表2.5-49 磨齿机的类型、加工精度及适用范围

（续）

1.2.2 蜗轮的加工

（1）在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮 蜗杆传动中，蜗杆有圆柱蜗杆和圆环面蜗杆两类，因此与蜗杆相配的蜗轮分度面也分为两类。圆柱蜗杆的分度面是圆柱面，与之相配的蜗轮分度面可以是圆柱面，也可以是圆环面。圆柱蜗杆本身又可分为普通圆柱蜗杆（加工蜗杆刀具的切削刃为直线）和圆弧圆柱蜗杆（加工蜗杆刀具的切削刃为圆弧）两类。

加工蜗轮时，其刀具形状与蜗杆相同。蜗轮在滚齿机上用蜗轮滚刀加工，与齿轮在滚齿机上加工时相似但也有不同。表2.5-50为在滚齿机上加工蜗轮和加工齿轮的比较。

表2.5-50 在滚齿机上加工蜗轮与加工齿轮的比较

用蜗轮滚刀在滚齿机上加工蜗轮有两种加工方法，一种是径向进给法，另一种是切向进给法。径向进给法，是加工时滚刀沿蜗轮径向进刀，从蜗轮的齿顶切至齿的全深；切向进给法，是加工时滚刀沿蜗轮的切线方向进给，滚刀前进方向的端部为锥形，逐渐切入工件，加工前滚刀轴线位置与蜗轮啮合传动时的蜗杆位置相同。用径向进给法加工时，蜗轮与滚刀的相对运动除展成运动外，同时蜗轮还应根据滚刀的切向进给速度附加一个转动。用切向进给法加工时，滚动刀齿齿高自低至高切入，负荷均匀，加工出蜗轮齿面的表面粗糙度低。表2.5-51为滚刀加工蜗轮时，径向进给法和切向进给法特点的比较。

（2）用飞刀加工蜗轮 在带切向进给刀架的滚齿机上用飞刀加工蜗轮时，飞刀（切刀）装在特制的刀杆上，刀杆中心位置在蜗轮的轴向中心平面内。飞刀一边旋转，一边沿蜗轮的切向移动（切向进给）。蜗轮除有分度运动外，还有与飞刀进给速度相对应的啮合运动（附加转动）。这种加工法的生产率低，但刀具简单，用于单件、小批量生产。

用飞刀也可在铣床上加工蜗轮，此时需用链轮和交换齿轮将铣床主轴的转动与分度头（夹持蜗轮）主轴的运动连接，使蜗轮进行连续分度运动。

为了提高蜗轮的齿距精度，可用蜗轮剃齿刀在滚齿机上进行剃齿，还可用珩磨蜗杆代替剃齿机在滚齿机上对蜗轮进行珩齿加工。

1.2.3 蜗杆的加工

加工蜗杆与加工螺纹的过程相同，只不过加工蜗杆的刀具齿形与加工螺纹的刀具齿形不同。若车削螺纹的刀具齿形角为20°，螺距为πm（m为蜗杆模数），则车削出的便是蜗杆。蜗杆齿形可用车削、铣削（盘状模数铣刀或指状铣刀铣削或旋风铣削）和磨削。

表2.5-51 用滚刀加工蜗轮的加工方法比较

用车削法加工蜗杆时，若车刀的切削刃为直线形，改变切削刃相对于蜗杆齿形面的位置，便可分别切出法向直廓、阿基米德或渐开线蜗杆齿形；若车刀的切削刃为圆弧形，便可切出圆弧齿圆柱蜗杆的齿形。锥面包络圆柱蜗杆的齿形，只能用盘状模数铣刀在铣床上铣出。圆柱蜗杆齿形的车削、铣削成形特性及使用范围见表2.5-52。

用砂轮磨削蜗杆时，砂轮的安装位置应根据蜗杆的齿形进行调整。

表2.5-52 圆柱蜗杆齿形的车削、铣削成形特性及使用范围