先进磨齿技术
齿轮加工工艺流程
齿轮加工工艺流程1.锻造制坯热模锻仍然是汽车齿轮件广泛使用的毛坯锻造工艺。
近年来，楔横轧技术在轴类加工上得到了大范围推广。
这项技术特别适合为比较复杂的阶梯轴类制坯，它不仅精度较高、后序加工余量小，而且生产效率高。
2.正火这一工艺的目的是获得适合后序齿轮切削加工的硬度和为最终热处理做组织准备，以有效减少热处理变形。
所用齿轮钢的材料通常为20CrMnTi,一般的正火由于受人员、设备和环境的影响比较大，使得工件冷却速度和冷却的均匀性难以控制，造成硬度散差大，金相组织不均匀，直接影响金属切削加工和最终热处理，使得热变形大而无规律，零件质量无法控制。
为此，采用等温正火工艺。
实践证明，采用等温正火有效改变了一般正火的弊端，产品质量稳定可靠。
3.车削加工为了满足高精度齿轮加工的定位要求，齿坯的加工全部采用数控车床，使用机械夹紧不重磨车刀，实现了在一次装夹下孔径、端面及外径加工同步完成，既保证了内孔与端面的垂直度要求，又保证了大批量齿坯生产的尺寸离散小。
从而提高了齿坯精度，确保了后序齿轮的加工质量。
另外，数控车床加工的高效率还大大减少了设备数量，经济性好。
4.滚、插齿加工齿部所用设备仍大量采用普通滚齿机和插齿机，虽然调整维护方便，但生产效率较低，若完成较大产能需要多机同时生产。
随着涂层技术的发展，滚刀、插刀刃磨后的再次涂镀非常方便地进行，经过涂镀的刀具能够明显地提高使用寿命，一般能提高90%以上，有效地减少了换刀次数和刃磨时间，效益显着。
5.剃齿径向剃齿技术以其效率高，设计齿形、齿向的修形要求易于实现等优势被广泛应用于大批量汽车齿轮生产中。
6.热处理汽车齿轮要求渗碳淬火，以保证其良好的力学性能。
对于热后不再进行磨齿加工的产品，稳定可靠的热处理设备是必不可少的。
7.磨削加工主要是对经过热处理的齿轮内孔、端面、轴的外径等部分进行精加工，以提高尺寸精度和减小形位公差。
齿轮的基本知识PPT课件
两个相啮合的齿轮在啮合时，轮齿侧面之间的间隙。侧隙的 存在可以保证齿轮传动的灵活性和润滑性，但过大的侧隙会 影响传动的准确性和稳定性。
03
齿轮的传动原理与特性
齿轮传动的基本原理
Байду номын сангаас齿轮传动的定义
齿轮传动的啮合原理
通过两个或多个齿轮的啮合，实现动 力和运动传递的机械传动方式。
通过齿轮齿廓间的相互作用，实现动 力和运动从主动齿轮到从动齿轮的传 递。
齿轮磨损
齿轮磨损是常见故障之一，可以通过定期更换润滑油、减 少过载运行等措施来减缓磨损。磨损严重时需更换齿轮。
齿轮断裂
齿轮断裂可能是由于过载、疲劳等原因引起的，应检查设 计、制造、安装等方面的问题，并采取措施防止再次发生 。
齿面点蚀
齿面点蚀可能是由于润滑不良、过载等原因引起的，应改 善润滑条件、降低载荷等措施来减缓点蚀的发展。严重时 需更换齿轮。
05
齿轮的应用与维护保养
齿轮在机械设备中的应用实例
汽车变速箱
齿轮在汽车变速箱中起到改变传 动比、实现倒车和中断动力的作 用，是汽车传动系统中的重要组
成部分。
工业机床
齿轮在工业机床中用于传递动力 和精确控制运动，如滚齿机、插
齿机等。
航空航天设备
齿轮在航空航天设备中用于实现 复杂传动和减轻重量，如飞机发
早在古代，人们就开始使 用木制或石制的齿轮来传 递动力和改变转速。
工业革命时期
随着工业革命的到来，金 属加工技术的进步使得金 属齿轮得以广泛应用。
现代时期
随着计算机技术和先进制 造技术的发展，现代齿轮 设计更加精确、高效，应 用领域也更加广泛。
02
齿轮的基本参数与术语
模数与压力角
精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法
第17卷 第2期2009年2月 光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol.17 No.2 Feb.2009 收稿日期:2008205222;修订日期:2008207210. 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2008AA042506)文章编号 10042924X (2009)022*******精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法王立鼎1,2,凌四营1,马 勇1,王晓东1,2,娄志峰1(1.大连理工大学精密特种加工及微系统教育部重点实验室高精度齿轮研究组,辽宁大连116023;2.大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室,辽宁大连116023)摘要:研究了精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工方法。
分析比较了锥形砂轮磨齿、蝶形砂轮磨齿、大平面砂轮磨齿、蜗杆砂轮磨齿和成形砂轮磨齿的工作原理及当前国内外精密、超精密圆柱渐开线齿轮的加工现状。
探讨了ISO1328:1997标准中2级以上精度超精密齿轮的加工。
最后,指出大平面砂轮磨齿机Y7125有着结构简单、传动链刚度高、磨齿精度高等优点,具有较大的改装空间。
通过一系列的研究工作,有可能将其改装精化成磨削超精密圆柱渐开线齿轮的加工母机,实现2级到1级精度超精密齿轮的加工。
1级精度超精密齿轮的研制成功,可提高齿轮的传递基准,从而可提高齿轮制造的技术水平。
关 键 词:圆柱渐开线齿轮;超精密齿轮;磨齿原理;精密加工中图分类号:T H132.413 文献标识码:AP rocessing m ethods of precision and u ltra 2precision cylindrical involute gearWAN G Li 2ding 1,2,L IN G Si 2ying 1,MA Y ong 1,WAN G Xiao 2dong 1,2,LOU Zhi 2feng 1(1.Hi g h 2p recision Gear Research Grou p ,Key L aboratory f or Precision &N on 2t ra ditional and M ico S ystem M achining of the Ministry of Education ,Dalian University of Technology ,Dalian 116023,China;2.Key L aboratory f or M ico/N ano Technolog y an d S ystem of L i aoni n g Provi nce ,D ali an U ni versit y of Technolog y ,D ali an 116023,Chi na )Abstract :In order to enhance technological level of gear manufact uring comp rehensively ,t he p rocess 2ing met hods of precision and ult ra 2precision cylindrical involute gears were researched.The work prin 2ciples of several gear 2grindings and machining stat uses of ult ra 2p recision cylindrical involute gears were analyzed and compared.Then ,machining of ult ra 2p recision gear above quality 2(ISO1328:1997)was p robed.Finally ,t he gear grinder Y7125wit h big plan wheel provided wit h t he advantages of st reamline st ruct ure ,high rigidity of t ransmission chain ,high accuracy of gear 2grinding and much room to modify was pointed.Research result s show t hat t he grinder Y7125is probably to be a master grinder of ult ra 2p recision cylindrical involute gear to produce ult ra 2precision gear from quality 2to quality 1.The develop ment of ult ra 2precision wit h quality 1can enhance t he gear normal and techno 2logical level of gear manufact uring.K ey w ords :cylindrical involute gear ;ultra 2precision gear ;principle of gear 2grinding ;precision machining1 引 言 齿轮是机械零件中重要的基础件,尤其是圆柱渐开线齿轮在常规机械、地面交通、船舶、航空航天机械、兵器及精密机床与仪器等领域应用广泛,每年需求量达数亿件之多。
第8章 齿轮加工技术
8.1 8.2 8.3 8.4
齿轮加工原理 齿轮加工工艺及方法 齿轮的测量 圆柱齿轮的机械加工工艺过程及工 艺分析
结束
8.1 齿轮加工原理
8.1.1 常见齿轮的种类
齿轮在切削加工时，工件和刀具按一定规律运动，利用
刀具切削刃对工件毛坯的切削作用，切除毛坯上多余的金属， 而得到所要求的表面形状。常用的齿轮有圆柱齿轮，圆锥齿 轮及蜗杆蜗轮等，而以圆柱齿轮应用最广。齿轮齿面的表面 形状有渐开线表面，摆线表面，圆弧表面等，渐开线表面齿 轮是最常用的齿轮，它能方便地在机床上加工出来，图8-1为 常见齿轮种类。
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补充：热轧
热轧就是在高于合金再结晶温度的温度中使其软 化后用压轮把材料压成薄片或钢坯的横截面，使 材料形变，但材料物理性质并无变化。
补充：冷轧
冷轧是对已经过热轧、除麻点除氧化工序的材料在 低于合金再结晶温度的温度中用压轮进一步碾压材 料以让材料有再结晶的过程。经过反覆的冷压－－ 再结晶－－退火－－冷压（反覆2～3次）过程， 材料里的金属发生分子级别的改变（再结晶），形 成的合金物理性质发生改变。
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图8-8 直齿圆柱齿轮的铣削
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8.2 齿轮加工工艺及方法
3)铣刀的选择。根据齿轮模数、压力角、齿轮齿数选择正确 铣刀。 4)分度计算与调整。据齿轮齿数选择合适的分度方法，计算 后进行有关调整。 5)确定合理铣削用量及切削液。按照切削用量选择原则，考 虑齿轮铣刀是铲齿成型铣刀，所选铣削速度应比普通铣刀略 低。为了保证齿轮加工质量和铣刀耐用度，可采用乳化液、 轻柴油等切削液。 6)对中心 对刀是使铣刀廓形的对称平面通过齿坯轴线。如偏 离标准中心，铣出的齿形将向一边倾斜，严重影响齿轮质量， 常用的方法有试切法，划线法。 7)铣削。
齿轮及齿轮轴装配有哪些技术要求
成法。
⑴成形法磨齿 IT6～IT5， Ra：0.8～0.4 μm，用成形砂轮磨削，生产率较高，加工精度较低，应用较少。
⑵展成法磨齿锥面砂轮磨齿：砂轮截面齿形为假想齿条的齿形，工件向右滚动，利用砂轮右侧面磨削第1齿槽的右侧面，从根部磨至顶部；然后工件向左滚动，以砂轮左侧面磨削第l齿槽的左侧面，也从根部磨至顶部，当第l齿槽两侧面全部磨削完毕时，砂轮自动退离工件，工件作分度转动，然后再向右滚动，磨削第2齿槽，这样反复循环，直至磨完全部轮齿。
齿轮装配后固定不动的一般采用过盈配合进展装配，滑动齿轮的装配一般用间隙配合进展装配。
过盈配合的装配一般采用热装法，齿轮进展加热后进展装配。
加热方法一般有油加热和电加热两种。
冷装法一般采用压力机进展装配，也可采用铜棒锤击的方式。
滑动齿轮的装配一般先用齿轮进展试装，不适宜的地方一般锉削进展修理后进展装配。
齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比准确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸*围大。
例如传递功率可以从很小至几十万千瓦；速度最高可达300m/s秒；齿轮直径可以从几毫米至二十多米。
但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。
齿轮精度分1--12级，精度自1--12数字越大精度越低，1、2级是超精级，属开展期望级，3--5级是高精度级，6--8级是中等精度，其中6级是根底级，在设计中经常应用，常规的齿轮加工方法不难到达9--12级是低精度级。
选择齿轮精度等级应考虑一下条件，齿轮的圆周速度，传递功率、工作持续时间，润滑条件、运动准确性、传动平稳性，〔噪声和振动等〕。
齿轮副两个齿轮的精度等级一般一样，假设两个齿轮精度等级不同，需按其中的精度较低者确定齿轮副的精度等级因而造成浪费。
在机械制造中齿轮和蜗轮传动取四个级别，在企业中应用最多的是二级、三级精度。
只有极少数的机器〔如透平机的增速机采用一级，次要或不常工作的机器才采用四级精度〕。
测量齿轮的跳动用千分表打外圆，每100直径的齿轮允许跳动0.01至0.03毫米。
国内首台4轴数控精密磨床面世
２月 ７日，福 建 省 科 技 厅 组织 召开 “ 轴 数 控 精密 磨床 及 其 关 键技 术 的 开发 ４ 与 应 用 项 目验 收 会 ” 。该 项 目制 造 出 国
家 获 此 殊 荣 的 企 业 ， 至 此 ， 秦 川 集 团 已获 得 国家 科 技 进 步 一等 奖一 项 ， 国家
科 技进 步二等 奖四项 。 据悉 ，秦川集团公司此 次获奖 的项
目产 品是 适 用 于 机 械 行业 大批 量 硬 齿 面
内首台４ 轴数控精密磨床， 可用于陶瓷、 玻璃制品等硬脆材料精密加工 ，且将加
工 精 度 由原 先 的 １ Ｐ ｍ以上 提 高 到 了 －
０ １ Ｊｍ ． Ｉ ，达 到 了约 为 ｌ 头 发丝 直 径 ． 根
兴元 ， 川技 术 研 究 院常 务 副 院长 王 峻 秦 岭代 表 公 司获 奖项 目组 参加 了国 家科 学
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（ 余桂才 ）
Hale Waihona Puke 森精机 目前在 日本的奈 良、三重县 和干叶县拥有 ４家工厂，北美新工厂将
增强森精机在 当地的基础设施 ，并使公
司 总 的 月产 量 得 到 提 升 ， 从而 为未 来 十 年 森 精 机在 全 球 的扩 张 做准 备 。新 工 厂
台机床上实现磨 、抛及在位检测的精密 加工过程 ，大大 提高 了高精度 陶瓷制 品、光 电元件 、纺织机械、模具等行业
的 制 造水 平 。
日本森精 机 制作 所近 日宣 布 ，计
划 于 ２ 年初 在 北 美 建立 一 座 新 的制 造 ０ １ １
自动万能铣头或进 口及 国产其他先进数
将创造更多的研发协作机会 。新工厂不 仅聚焦研发和生产 ，而且还从事机器的
从IMTS2006看齿轮加工技术和装备的发展
维普资讯
本届展会展 出的齿轮加工 的性 能 ，以满足齿轮 机床
的高速强 力切 削需要 。而不是仅靠增加重量、体积或后
都有大 幅提高 。如代表厂 商格里森 （ ｌ ａ ｏ ）公司 Ｇ ｓ ｎ ｅ
５ ％ 由此可 ３。
二 、参展齿轮加工机 床概况
．
笔者在 参观 ＩＴ ２ ０ Ｍ Ｓ ０ ６过程中，重点对齿轮加工技 术和 设备进行 了解 ，以下是对参展齿轮加工机床 的数据
统计 和 分析 ：
汽车工业 的发展， 对汽车变速箱设计提 出高转速 、 高
扭力、低噪声、长寿命 、结构紧凑、重量轻等技术要求；
２ ６年 ９月 ６ 日在美 国美丽 的湖 滨城 市芝 加哥 ０ ０ 一ｌ ３
Ｍ Ｃ ｒ ｉｋ Ｐ ａ ｅ ｃ ｏ ｍ ｃ ｌｃ 会展中心举行 。该展会 由制造技术协 会 Ａ Ｔ主办 ，每两年 一届 ，是世 界规模最 大 、技 术最 Ｍ
先进 的制造 技术和 装备展会之 一。
一
齿、 成形磨齿机 床共７ 占参展 齿轮加 工机床 的４％ 滚 台， １
展 出的 Ｇ ｎ ｓ ｓＭ １０ 滚齿机，主轴最 高转速为 ４ ０ ０ ｅ ｅ ｉＴ ３Ｈ ０
期 加油冷机 等方式来解决这些 问题 。 新材料应用使机床 结构和性 能得到大大改善 。可 以 预 见，随着 工程 材料技术的发展和材料成本 的下降 ，高 ’ 性 能复合材料在齿轮加工设备 中的应用将 越来越广泛 。
床 附件 、刀具工装软件产品及质量监控等 。展会主要从 理 论研究和工程应用两个层次 ：从制造技术 的理论 、控
制技术和先进制造装备三个方面展示了当今世界最新制造
我国多采用滚 齿 一剃齿 一热处理 一完成 （ 或增加珩 齿 ）
齿轮齿部修形技术研究
齿轮齿部修形技术研究在目前我国机械行业中，齿轮传动仍是使用作广泛的传动形式，它具有速比恒定、承载能力高和传动效率高的优点，但由于不可避免的制造、安装误差的影响（以齿轮基节误差的影响等尤为突出），以及齿轮受力时的变形使齿轮基节产生变化（从动轮基节增大，主动轮基节减小），以至在齿轮传动中产生顶刃啮合现象，可对齿轮进行齿高方向修形，这就时齿轮修缘。
齿轮修缘是提高齿轮传动质量的重要措施之一，尤其对高速齿轮及高速重载齿轮传动更为重要。
二、修形原理1、齿廓修形原理在一对齿的啮合过程中，由于参与啮合的轮齿对数变化引起了啮合刚度变化，在极短的时间内，啮合刚度急剧变化将引起严重的激振，为使啮合刚度变化比较和缓，为减小由于基节误差和受载变形所引起的啮入和啮出冲击，或为了改善齿面润滑状态防止胶合发生，而把原来的渐开线齿廓在齿顶或接近齿根圆角的部位修去一部分，使该处的齿廓不再是渐开线形状，这种措施或方法就是所谓的齿廓修正（齿廓修形）。
2、齿向修形原理齿轮轴或齿轮轮齿受载后会发生弯曲及扭转弹性变形，此外，制造中的齿向误差、箱体轴承座孔的误差和受载后的变形所引起轴线不平行，以及高速齿轮因为离心力引起的变形和温差引起的热变形等，他们都会使齿面负荷沿齿宽方向发生变化，情况严重时造成载荷局部集中，引起高负荷区的齿面破坏或折断。
高速重载齿轮运转时温度较高，热弹变形更使负荷沿齿宽的分布复杂化，特别是小齿轮因转速高，温度高，热变形更为显著，其影响也更大，亦应注意，齿向修形也包括鼓形修形和齿端修形，其目的是相同的。
三、几种齿廓修形工艺方法及修形技术进展1、利用修形滚刀滚齿实现齿廓修形这种方法最为简便，无需调整计算。
只是在精滚齿时采用修形滚刀滚齿，修形滚刀本身修形是靠模法在其制造过程中实现的，修形量由滚刀设计时所采用的修形滚刀标准决定的。
2、利用磨齿机修形机构实现修形磨齿机种类很多，其修形原理也不尽相同。
现针对常用的蝶形双砂轮磨齿机和锥面砂轮磨齿机的修形方法分别介绍。
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从原理上讲，齿轮渐开线齿形的加工主要有成形法和展成法两种。最早的磨
齿机采用单齿分度的成形磨削法，其机床运动相对简单，因此机床结构较为简单。
成形法磨齿需要将砂轮切削部分修整成被加工齿轮齿槽相适应的形状。相
同模数的齿轮，当齿数不同时，其基圆直径不同，则实际齿面渐开线就不同，
导致齿槽形状的不同。这样当磨制相同模数不同齿数的齿轮齿形时就需要不同
截面形状的砂轮。这在当时仅靠机械靠模类装置修整砂轮的情况下根本就无法实
现。一种比较现实的方法是按模数对齿数进行分段，在某分段范围内采用相同的
截面形状。其结果导致齿形原理误差，严重地影响了齿轮精度。此外，机械式砂
轮修整装置本身及修整过程也都不尽人意。这些问题成为了成形磨齿发展的技术
瓶颈。因此，成形磨齿作为一种理想化的原理存在，但几乎没有得到发展。
展成法磨齿是采用啮合切削原理进行的一种加工方法。展成法磨齿砂轮与被
加工齿轮的运动关系相当于齿条（或齿轮）与齿轮的啮合，因此，机床运动较为
复杂。但是展成法磨齿砂轮截面形状简单，且同一砂轮可以适应相同模数的各种
齿数磨削要求，对砂轮形状及其修整的要求都不高。因此，直到上世纪90年代
初，全世界生产的绝大多数磨齿机都是展成磨齿机。
如前所述，成形磨齿采用与被加工齿轮齿槽相适应的截面砂轮对齿轮齿槽逐
一进行磨削，因此，其最基本的核心技术就是要方便地实现获取精确的砂轮截面
和零件任意齿数的精密分度。这也是过去曾经困扰成形磨齿发展的两大主要屏
障。然而，近年来随着相关技术的发展，这些曾经的技术屏障都可以找到相应的
解决途径。
砂轮精确截形的获取
近年来，数控技术的发展应用为机床工业带来了革命性的伟大变革，数控技
术在车、铣、镗削类机床上的应用已经成熟并普及化。从原理上讲，只需要1
个两轴伺服插补系统就能实现砂轮任意截面形状的修整。各插补轴运动可以采用
高精度光栅元件检测，并通过反馈控制实现精确运动。从结构上讲，齿轮机床的
数控化也是其发展的必然趋势，选择利用机床本身的其中两个数字控制轴即可实
现修整工具（金刚笔或金刚滚轮）与砂轮间的修整成形运动；当然也可以单独配
套独立的多轴数控修整装置，从而实现砂轮的在线修整。
周向精密分齿的实现
随着高精度、硬齿面、消隙蜗轮蜗杆副技术的日趋成熟，以及数字控制技术
在回转运动中的应用，特别是近年来力矩伺服电动机的实用化，实现了回转运动
的“零传动”，不仅极大地简化了传动系统，而且大大减小了传动误差。再加上
高精度旋转编码器制造与应用水平的不断提高，回转运动检测反馈控制水平的提
升。因此，从技术上来说，圆周运动综合精度水平应该有非常大的提升空间。
成形磨齿机在很多领域将逐步取代了碟形砂轮磨齿机和锥面砂轮磨齿机，
在中小模数齿轮的磨削加工方面是蜗杆砂轮磨齿机和成形砂轮磨齿机两强相
争，而在大模数砂轮磨齿方面则是成形砂轮磨齿机一枝独秀。可以说，在目前社
会技术支撑条件下，成形磨齿机有可能是在目前制造水平下获得最高精度的高生
产率齿轮加工机床，必将成为未来高端磨齿机产品的主流。
成形砂轮采用球形蜗杆实现连续分度成形磨削的工作循环过程，磨齿时工
件的旋转和球形蜗杆砂轮的旋转相匹配，在适当位置球形蜗杆砂轮快速定位，
然后工件在该位置方向做确定的旋转和进给，进行工件齿轮的右齿面的粗磨及
精磨，并以同样的方式再进行左齿面的粗磨及精磨，使齿轮的两个侧面被均匀
磨削。最新研究报道，高性能CBN(立方氮化硼砂轮)蜗杆砂轮磨齿的线速度能
达到200 m/s，材料去除率能达到100 mm3/s。
磨齿工艺的材料去除率及加工精度对比
通过对数控化改造后的磨齿机的工作原理的分析与研究,得出数控磨齿机数
控砂轮修形与数控磨齿机加工的实现原理与实现过程，同时对数控磨齿机的磨削
角做了分析,确定了数控磨齿机磨削角的取值算法"并建立了数控磨齿机的数学
模型"在建立的数控磨齿机的数学模型基础上对砂轮修形数控化实现的关键技术
与数控磨齿机磨齿加工的关键技术做了分析研究,最终得出数控磨齿机数控砂轮
修形与磨齿加工的关键技术与算法。
根据数控磨齿机的工作原理!数控砂轮修形关键技术!磨齿加工关键技术与
系统软件设计要求来设计数控系统软件总体结构"根据磨齿机的功能需求与数控
砂轮修形和磨齿加工的关键技术,设计数控系统软件中的各个主要的内部运算模
块"最终得到磨齿机数控系统软件,该数控系统实现了可通过输入工件基本参数
与修形参数可直接输出磨齿加工与砂轮修形的数控加工的NC代码。