| 切削加工:齒輪加工 |
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各種圓柱齒輪和錐齒輪的齒形部分可用切削加工或精密鑄造﹑精密鍛造﹑擠壓﹑粉末冶金等無切屑加工方法制造。齒輪的切削加工按齒形部分的成形方式﹐有成形法﹑仿形法和展成法等。
簡史
古代的齒輪(見中國古代齒輪)是用木材刻制或用金屬鑄造的。在中國山西省永濟(jì)縣薛家崖出土的文物中已有青銅棘齒輪﹐據(jù)考證是秦﹑漢之間(公元前200年前后)的產(chǎn)品。魏明帝青龍三年(公元235年)馬鈞發(fā)明的指南車中也采用了齒輪傳動(dòng)。16世紀(jì)中葉以后的 200多年中﹐齒輪主要用于時(shí)鐘傳動(dòng)﹐制造方法大多是在裝有旋轉(zhuǎn)的銼刀或銑刀的切齒裝置上粗切齒部﹐再用手工修整齒形。18世紀(jì)后期﹐傳遞動(dòng)力所需的較大尺寸和較高精度的齒輪﹐一般都采用鑄造齒輪。19世紀(jì)20～30年代﹐英國的J.福克斯和J.G.博德默爾等相繼研究了用多齒的成形銑刀銑削鑄鐵齒輪的方法。1835年﹐英國的惠特沃思﹐J.B.創(chuàng)造了用滾刀按展成法原理加工漸開線齒形的方法﹐但當(dāng)時(shí)要制造用機(jī)械切制鑄鐵齒輪所用刀具極為困難。直到1854年美國的布朗﹐J.R.發(fā)明了鏟背的齒輪盤銑刀﹐于是在萬能銑床上用銑刀銑削齒輪的工藝才廣為流行。19世紀(jì)后期﹐由于汽輪機(jī)﹑內(nèi)燃機(jī)和其它高速重載機(jī)械要求齒輪加工的精度和生產(chǎn)率更高﹐人們重視并發(fā)展用展成法加工齒輪﹐滾齒法不斷完善。1897年﹐美國的E.R.費(fèi)洛斯發(fā)明了用盤形插齒刀按展成法加工齒輪﹐同時(shí)創(chuàng)造了用大平面砂輪展成磨削插齒刀的方法。20世紀(jì)初﹐英國的T.漢佩奇研究了蝸桿砂輪磨齒法。20年代出現(xiàn)剃齒法。50年代末珩齒工藝開始應(yīng)用。
1824年﹐英國的J.懷特開始利用指形銑刀加工時(shí)鐘用的錐齒輪。1865年歐洲時(shí)鐘匠波茨創(chuàng)造了用刨刀按靠模仿形刨削錐齒輪的方法。1884年美國的H.比爾格拉姆首先用單刃刨刀按展成法刨削錐齒輪。1898年﹐美國的J.E.格利森發(fā)明了用旋轉(zhuǎn)的端面銑刀盤按展成法銑削弧齒錐齒輪。20世紀(jì)初﹐汽車工業(yè)迅速發(fā)展﹐汽車后橋傳動(dòng)用錐齒輪的大量制造﹐促進(jìn)了錐齒輪加工技術(shù)的發(fā)展。1923年﹐德國的克林根貝格公司首創(chuàng)用圓錐形滾刀滾切準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪的方法(即Palloid法)﹐又稱克林根滾齒法。1944年﹐瑞士的厄利康公司首創(chuàng)用端面銑刀盤銑削延長外擺線齒錐齒輪的方法(即Elloid法)﹐又稱厄利康銑齒法。為了適應(yīng)淬硬錐齒輪的精密加工﹐40年代格利森公司又發(fā)展了錐齒輪磨齒和珩齒工藝。60年代克林根貝格公司發(fā)展了用端面銑刀盤銑削延長外擺線齒錐齒輪的所謂Cyclo Palloid法﹐又稱克林根銑齒法﹐取代了原來的Palloid法。 | | 齒輪的無屑加工技術(shù)始于18世紀(jì)﹐當(dāng)時(shí)歐洲時(shí)鐘匠已用齒輪形工具冷擠校正時(shí)鐘齒輪的齒形。1899年﹐美國的O.J.比爾創(chuàng)造了用冷擠法精整錐齒輪的工藝。20世紀(jì)初﹐英國的H.N.安德森首創(chuàng)熱軋齒輪。1951年﹐美國的H.厄恩斯特和B.格羅布研究成功冷軋齒輪工藝。50年代﹐聯(lián)邦德國研究成功精密模鍛齒輪。60年代后﹐又發(fā)展了粉末冶金﹑粉末鍛造和精密沖裁齒輪的方法。
圓柱齒輪的切削加工
切削加工圓柱齒輪齒部的方法(包括直齒﹑斜齒﹑人字齒的圓柱齒輪以及齒條和非圓齒輪的齒部切削加工)主要有成形法和展成法兩類。
成形法切齒 利用與被切齒輪齒槽輪廓相同的成形刀具或成形砂輪﹐由分度機(jī)構(gòu)將工件分齒逐齒切出﹐常用的有銑齒﹑拉齒﹑磨齒。
銑齒 利用盤形齒輪銑刀在銑床上加工或利用指形齒輪銑刀(見齒輪加工刀具)在有單齒分度機(jī)構(gòu)的滾齒機(jī)上加工(圖1 成形法銑齒和磨齒 )。前者利用分度頭分齒﹐適于加工中﹑小模數(shù)齒輪﹔后者適于加工模數(shù)大于10毫米的齒輪。由于不同模數(shù)或齒數(shù)的齒輪齒形不同﹐在理論上﹐一把成形齒輪銑刀只適用于加工一種模數(shù)和齒數(shù)的齒輪。但在實(shí)際生產(chǎn)中﹐為了減少銑刀數(shù)量﹐通常用一把齒輪銑刀加工同一模數(shù)而齒數(shù)在一段范圍 (例如齒數(shù)為12～13﹑14～16﹑17～20﹑……﹑55～134等)內(nèi)的齒輪﹐因此銑齒所得齒形常有較大誤差。利用銑齒方法可以加工直齒﹑斜齒﹑人字齒圓柱齒輪﹐也可加工齒條和扇形齒輪等。銑齒的生產(chǎn)率低﹐加工精度也較低﹐通常為9級(jí)(按JB179-83﹐下同)﹐但能在萬能銑床上進(jìn)行﹐刀具制造也較容易﹐故銑齒仍有應(yīng)用。
拉齒 利用齒輪拉刀拉削內(nèi)﹑外圓柱齒輪。拉齒的生產(chǎn)率高﹐齒面粗糙度小﹐但刀具制造成本高﹐故拉齒只適用于大量生產(chǎn)。
磨齒 一般用于已淬火齒面的精加工。成形法磨齒(圖1 成形法銑齒和磨齒 ) 所用砂輪的截形須根據(jù)齒輪齒槽的輪廓形狀用靠模修整。成形磨齒生產(chǎn)率較高﹐精度可達(dá)5～6級(jí)﹐但對(duì)不同齒數(shù)或模數(shù)的工件要專門修整砂輪﹐故只適用于大量生產(chǎn)。
展成法切齒 利用輪廓與被切齒輪輪廓相共軛的刀具(或磨具)﹐并通過輪坯與刀具間的展成運(yùn)動(dòng)將齒切出。展成法切齒能用一把刀具(或磨具)加工同一模數(shù)中不同齒數(shù)的齒輪﹐在齒輪加工中應(yīng)用最廣﹐常用的有插齒﹑滾齒﹑剃齒﹑珩齒﹑磨齒。
插齒 利用齒輪形插齒刀或齒條形梳齒刀切齒。用插齒刀切齒時(shí)﹐刀具隨插齒機(jī)主軸作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)﹐同時(shí)由機(jī)床傳動(dòng)鏈?zhǔn)共妪X刀與工件按一定速比相互旋轉(zhuǎn)保證插齒刀轉(zhuǎn)一齒時(shí)工件也轉(zhuǎn)一齒﹐形成展成運(yùn)動(dòng)﹐齒輪的齒形即被準(zhǔn)確地包絡(luò)出來 (圖2 插齒工作原理 )。如果在插齒機(jī)主軸上加設(shè)螺旋導(dǎo)軌﹐利用斜齒插齒刀也能加工斜齒輪。如果在插齒機(jī)工作臺(tái)上安裝一個(gè)插齒條的附件﹐使工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)﹐則能插削齒條。插齒能適應(yīng)較小的空刀距離﹐適于加工帶凸肩的齒輪或空刀槽窄的多聯(lián)齒輪﹐同時(shí)也便于加工扇形齒輪﹑內(nèi)齒輪和非圓齒輪。插齒的加工精度可達(dá)6～8級(jí)。
用梳齒刀切齒的工作原理與用插齒刀切齒基本相同。但梳齒刀不能切內(nèi)齒﹐而且由于刀具受長度限制﹐切完一齒后需要相對(duì)于工件作精確的回程運(yùn)動(dòng)﹐影響生產(chǎn)率﹐機(jī)床結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜﹐故已很少用梳齒刀切齒。
滾齒 利用蝸桿形的齒輪滾刀在滾齒機(jī)上加工外嚙合的直齒﹑斜齒圓柱齒輪(圖3 滾齒 )。滾齒時(shí)﹐滾刀相當(dāng)于一個(gè)螺旋角很大的斜齒輪與被切齒輪作空間交軸嚙合﹐滾刀的旋轉(zhuǎn)形成連續(xù)的切削運(yùn)動(dòng)。加工直齒輪時(shí)﹐滾刀每轉(zhuǎn)一周﹐工件齒輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)等于滾刀的頭數(shù)﹐形成展成運(yùn)動(dòng)并包絡(luò)切出齒形。為了切出全部齒寬﹐滾刀還沿工件軸向進(jìn)給。加工斜齒輪時(shí)﹐隨著滾刀沿工件的軸向進(jìn)給﹐工件還應(yīng)附加一個(gè)與斜齒輪的螺旋角相適應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。滾齒的加工精度一般為6～8級(jí)﹐特精滾齒可達(dá)4級(jí)。滾齒是連續(xù)切削﹐無退刀和空程﹐故生產(chǎn)率高。當(dāng)采用高速鋼滾刀時(shí)﹐切削速度一般為40米/分左右﹔采用硬質(zhì)合金滾刀的高速滾齒﹐切削速度可達(dá)200米/分左右。滾齒不能加工內(nèi)齒輪和空刀槽較窄的多聯(lián)齒輪。
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