| 切削加工:齿轮加工 |
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各种圆柱齿轮和锥齿轮的齿形部分可用切削加工或精密铸造﹑精密锻造﹑挤压﹑粉末冶金等无切屑加工方法制造。齿轮的切削加工按齿形部分的成形方式﹐有成形法﹑仿形法和展成法等。
简史
古代的齿轮(见中国古代齿轮)是用木材刻制或用金属铸造的。在中国山西省永济县薛家崖出土的文物中已有青铜棘齿轮﹐据考证是秦﹑汉之间(公元前200年前后)的产品。魏明帝青龙三年(公元235年)马钧发明的指南车中也采用了齿轮传动。16世纪中叶以后的 200多年中﹐齿轮主要用于时钟传动﹐制造方法大多是在装有旋转的锉刀或铣刀的切齿装置上粗切齿部﹐再用手工修整齿形。18世纪后期﹐传递动力所需的较大尺寸和较高精度的齿轮﹐一般都采用铸造齿轮。19世纪20～30年代﹐英国的J.福克斯和J.G.博德默尔等相继研究了用多齿的成形铣刀铣削铸铁齿轮的方法。1835年﹐英国的惠特沃思﹐J.B.创造了用滚刀按展成法原理加工渐开线齿形的方法﹐但当时要制造用机械切制铸铁齿轮所用刀具极为困难。直到1854年美国的布朗﹐J.R.发明了铲背的齿轮盘铣刀﹐于是在万能铣床上用铣刀铣削齿轮的工艺才广为流行。19世纪后期﹐由于汽轮机﹑内燃机和其它高速重载机械要求齿轮加工的精度和生产率更高﹐人们重视并发展用展成法加工齿轮﹐滚齿法不断完善。1897年﹐美国的E.R.费洛斯发明了用盘形插齿刀按展成法加工齿轮﹐同时创造了用大平面砂轮展成磨削插齿刀的方法。20世纪初﹐英国的T.汉佩奇研究了蜗杆砂轮磨齿法。20年代出现剃齿法。50年代末珩齿工艺开始应用。
1824年﹐英国的J.怀特开始利用指形铣刀加工时钟用的锥齿轮。1865年欧洲时钟匠波茨创造了用刨刀按靠模仿形刨削锥齿轮的方法。1884年美国的H.比尔格拉姆首先用单刃刨刀按展成法刨削锥齿轮。1898年﹐美国的J.E.格利森发明了用旋转的端面铣刀盘按展成法铣削弧齿锥齿轮。20世纪初﹐汽车工业迅速发展﹐汽车后桥传动用锥齿轮的大量制造﹐促进了锥齿轮加工技术的发展。1923年﹐德国的克林根贝格公司首创用圆锥形滚刀滚切准渐开线齿锥齿轮的方法(即Palloid法)﹐又称克林根滚齿法。1944年﹐瑞士的厄利康公司首创用端面铣刀盘铣削延长外摆线齿锥齿轮的方法(即Elloid法)﹐又称厄利康铣齿法。为了适应淬硬锥齿轮的精密加工﹐40年代格利森公司又发展了锥齿轮磨齿和珩齿工艺。60年代克林根贝格公司发展了用端面铣刀盘铣削延长外摆线齿锥齿轮的所谓Cyclo Palloid法﹐又称克林根铣齿法﹐取代了原来的Palloid法。 | | 齿轮的无屑加工技术始于18世纪﹐当时欧洲时钟匠已用齿轮形工具冷挤校正时钟齿轮的齿形。1899年﹐美国的O.J.比尔创造了用冷挤法精整锥齿轮的工艺。20世纪初﹐英国的H.N.安德森首创热轧齿轮。1951年﹐美国的H.厄恩斯特和B.格罗布研究成功冷轧齿轮工艺。50年代﹐联邦德国研究成功精密模锻齿轮。60年代后﹐又发展了粉末冶金﹑粉末锻造和精密冲裁齿轮的方法。
圆柱齿轮的切削加工
切削加工圆柱齿轮齿部的方法(包括直齿﹑斜齿﹑人字齿的圆柱齿轮以及齿条和非圆齿轮的齿部切削加工)主要有成形法和展成法两类。
成形法切齿 利用与被切齿轮齿槽轮廓相同的成形刀具或成形砂轮﹐由分度机构将工件分齿逐齿切出﹐常用的有铣齿﹑拉齿﹑磨齿。
铣齿 利用盘形齿轮铣刀在铣床上加工或利用指形齿轮铣刀(见齿轮加工刀具)在有单齿分度机构的滚齿机上加工(图1 成形法铣齿和磨齿 )。前者利用分度头分齿﹐适于加工中﹑小模数齿轮﹔后者适于加工模数大于10毫米的齿轮。由于不同模数或齿数的齿轮齿形不同﹐在理论上﹐一把成形齿轮铣刀只适用于加工一种模数和齿数的齿轮。但在实际生产中﹐为了减少铣刀数量﹐通常用一把齿轮铣刀加工同一模数而齿数在一段范围 (例如齿数为12～13﹑14～16﹑17～20﹑……﹑55～134等)内的齿轮﹐因此铣齿所得齿形常有较大误差。利用铣齿方法可以加工直齿﹑斜齿﹑人字齿圆柱齿轮﹐也可加工齿条和扇形齿轮等。铣齿的生产率低﹐加工精度也较低﹐通常为9级(按JB179-83﹐下同)﹐但能在万能铣床上进行﹐刀具制造也较容易﹐故铣齿仍有应用。
拉齿 利用齿轮拉刀拉削内﹑外圆柱齿轮。拉齿的生产率高﹐齿面粗糙度小﹐但刀具制造成本高﹐故拉齿只适用于大量生产。
磨齿 一般用于已淬火齿面的精加工。成形法磨齿(图1 成形法铣齿和磨齿 ) 所用砂轮的截形须根据齿轮齿槽的轮廓形状用靠模修整。成形磨齿生产率较高﹐精度可达5～6级﹐但对不同齿数或模数的工件要专门修整砂轮﹐故只适用于大量生产。
展成法切齿 利用轮廓与被切齿轮轮廓相共轭的刀具(或磨具)﹐并通过轮坯与刀具间的展成运动将齿切出。展成法切齿能用一把刀具(或磨具)加工同一模数中不同齿数的齿轮﹐在齿轮加工中应用最广﹐常用的有插齿﹑滚齿﹑剃齿﹑珩齿﹑磨齿。
插齿 利用齿轮形插齿刀或齿条形梳齿刀切齿。用插齿刀切齿时﹐刀具随插齿机主轴作轴向往复运动﹐同时由机床传动链使插齿刀与工件按一定速比相互旋转保证插齿刀转一齿时工件也转一齿﹐形成展成运动﹐齿轮的齿形即被准确地包络出来 (图2 插齿工作原理 )。如果在插齿机主轴上加设螺旋导轨﹐利用斜齿插齿刀也能加工斜齿轮。如果在插齿机工作台上安装一个插齿条的附件﹐使工作台的旋转运动变成直线运动﹐则能插削齿条。插齿能适应较小的空刀距离﹐适于加工带凸肩的齿轮或空刀槽窄的多联齿轮﹐同时也便于加工扇形齿轮﹑内齿轮和非圆齿轮。插齿的加工精度可达6～8级。
用梳齿刀切齿的工作原理与用插齿刀切齿基本相同。但梳齿刀不能切内齿﹐而且由于刀具受长度限制﹐切完一齿后需要相对于工件作精确的回程运动﹐影响生产率﹐机床结构也较复杂﹐故已很少用梳齿刀切齿。
滚齿 利用蜗杆形的齿轮滚刀在滚齿机上加工外啮合的直齿﹑斜齿圆柱齿轮(图3 滚齿 )。滚齿时﹐滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿轮与被切齿轮作空间交轴啮合﹐滚刀的旋转形成连续的切削运动。加工直齿轮时﹐滚刀每转一周﹐工件齿轮转过的齿数等于滚刀的头数﹐形成展成运动并包络切出齿形。为了切出全部齿宽﹐滚刀还沿工件轴向进给。加工斜齿轮时﹐随着滚刀沿工件的轴向进给﹐工件还应附加一个与斜齿轮的螺旋角相适应的旋转运动。滚齿的加工精度一般为6～8级﹐特精滚齿可达4级。滚齿是连续切削﹐无退刀和空程﹐故生产率高。当采用高速钢滚刀时﹐切削速度一般为40米/分左右﹔采用硬质合金滚刀的高速滚齿﹐切削速度可达200米/分左右。滚齿不能加工内齿轮和空刀槽较窄的多联齿轮。
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