空壓機(jī)皮帶XPA1500同步帶輪的齒輪制作工藝中，插齒與滾齒的區(qū)別

空壓機(jī)皮帶XPA1500同步帶輪的齒輪制作工藝中，插齒與滾齒的區(qū)別一個(gè)齒輪的加工過程是由若干工序組成的。為了獲得符合精度要求的齒輪，整個(gè)加工過程都是圍繞著齒形加工工序服務(wù)的。齒形加工方法很多，按加工中有無切削，可分為無切削加工和有切削加工兩大類。

無切削加工包括熱軋齒輪、冷軋齒輪、精鍛、粉末冶金等新工藝。無切削加工具有生產(chǎn)率高，材料消耗少、成本低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，目前已推廣使用。但因其加工精度較低，工藝不夠穩(wěn)定，特別是生產(chǎn)批量小時(shí)難以采用，這些缺點(diǎn)限制了它的使用。

齒形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齒形的主要加工方法。按其加工原理可分為成形法和展成法兩種。

成形法的特點(diǎn)是所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪輪槽的形狀相同，如圖9-3所示。用成形原理加工齒形的方法有：用齒輪銑刀在銑床上銑齒、用成形砂輪磨齒、用齒輪拉刀拉齒等方法。這些方法由于存在分度誤差及刀具的安裝誤差，所以加工精度較低，一般只能加工出9~10級(jí)精度的齒輪。此外，加工過程中需作多次不連續(xù)分齒，生產(chǎn)率也很低。因此，主要用于單件小批量生產(chǎn)和修配工作中加工精度不高的齒輪。
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展成法是應(yīng)用齒輪嚙合的原理來進(jìn)行加工的，用這種方法加工出來的齒形輪廓是刀具切削刃運(yùn)動(dòng)軌跡的包絡(luò)線。齒數(shù)不同的齒輪，只要模數(shù)和齒形角相同，都可以用同一把刀具來加工。用展成原理加工齒形的方法有：滾齒、插齒、剃齒、珩齒和磨齒等方法。其中剃齒、珩齒和磨齒屬于齒形的精加工方法。展成法的加工精度和生產(chǎn)率都較高，刀具通用性好，所以在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。
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一、滾齒

（一）滾齒的原理及工藝特點(diǎn)

滾齒是齒形加工方法中生產(chǎn)率較高、應(yīng)用*廣的一種加工方法。在滾齒機(jī)上用齒輪滾刀加工齒輪的原理，相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪作無側(cè)隙強(qiáng)制性的嚙合，見圖9-24所示。滾齒加工的通用性較好,既可加工圓柱齒輪，又能加工蝸輪；既可加工漸開線齒形，又可加工圓弧、擺線等齒形；既可加工大模數(shù)齒輪，大直徑齒輪。

滾齒可直接加工8~9級(jí)精度齒輪，也可用作7 級(jí)以上齒輪的粗加工及半精加工。滾齒可以獲得較高的運(yùn)動(dòng)精度，但因滾齒時(shí)齒面是由滾刀的刀齒包絡(luò)而成，參加切削的刀齒數(shù)有限，因而齒面的表面粗糙度較粗。為了提高滾齒的加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗精滾齒分開。

（二）滾齒加工質(zhì)量分析

1.影響傳動(dòng)精度的加工誤差分析

影響齒輪傳動(dòng)精度的主要原因是在加工中滾刀和被切齒輪的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生了變化。相對(duì)位置的變化(幾何偏心)產(chǎn)生齒輪的徑向誤差；相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化(運(yùn)動(dòng)偏心)產(chǎn)生齒輪的切向誤差。

(1)齒輪的徑向誤差齒輪徑向誤差是指滾齒時(shí)，由于齒坯的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心與其基準(zhǔn)孔中心不重合，使所切齒輪的輪齒發(fā)生徑向位移而引起的周節(jié)累積公差，如圖9—4所示。
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齒輪的徑向誤差一般可通過測(cè)量齒圈徑向跳動(dòng)△Fr反映出來。切齒時(shí)產(chǎn)生齒輪徑向誤差的主要原因如下：

①調(diào)整夾具時(shí)，心軸和機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不重合。

②齒坯基準(zhǔn)孔與心軸間有間隙，裝夾時(shí)偏向一邊。

③基準(zhǔn)端面定位不好，夾緊后內(nèi)孔相對(duì)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏心。

(2)齒輪的切向誤差齒輪的切向誤差是指滾齒時(shí)，實(shí)際齒廓相對(duì)理論位置沿圓周方向(切向)發(fā)生位移，如圖9-5所示。當(dāng)齒輪出現(xiàn)切向位移時(shí)，可通過測(cè)量公法線長(zhǎng)度變動(dòng)公差△Fw來反映。

切齒時(shí)產(chǎn)生齒輪切向誤差的主要原因是傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差造成的。在分齒傳動(dòng)鏈的各傳動(dòng)元件中，對(duì)傳動(dòng)誤差影響*大的是工作臺(tái)下的分度蝸輪。分度蝸輪在制造和安裝中與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心不重合（運(yùn)動(dòng)偏心），使工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中發(fā)生轉(zhuǎn)角誤差，并復(fù)映給齒輪。其次，影響傳動(dòng)誤差的另一重要因素是分齒掛輪的制造和安裝誤差，這些誤差也以較大的比例傳遞到工作臺(tái)上。

2 插齒與滾齒的區(qū)別

2.影響齒輪工作平穩(wěn)性的加工誤差分析

影響齒輪傳動(dòng)工作平穩(wěn)性的主要因素是齒輪的齒形誤差△ff和基節(jié)偏差△fpb。齒形誤差會(huì)引起每對(duì)齒輪嚙合過程中傳動(dòng)比的瞬時(shí)變化；基節(jié)偏差會(huì)引起一對(duì)齒過渡到另一對(duì)齒嚙合時(shí)傳動(dòng)比的突變。齒輪傳動(dòng)由于傳動(dòng)比瞬時(shí)變化和突變而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，從而影響工作平穩(wěn)性精度。滾齒時(shí)，產(chǎn)生齒輪的基節(jié)偏差較小，而齒形誤差通常較大。下面分別進(jìn)行討論。

(1)齒形誤差

齒形誤差主要是由于齒輪滾刀的制造刃磨誤差及滾刀的安裝誤差等原因造成的，因此在滾刀的每一轉(zhuǎn)中都會(huì)反映到齒面上。常見的齒形誤差有如圖9-6所示的各種形式。圖a為齒面出棱、圖b為齒形不對(duì)稱、圖c為齒形角誤差、圖d為齒面上的周期性誤差、圖e為齒輪根切。

由于齒輪的齒面偏離了正確的漸開線，使齒輪傳動(dòng)中瞬時(shí)傳動(dòng)比不穩(wěn)定，影響齒輪的工作平穩(wěn)性。

(2)基節(jié)極限偏差滾齒時(shí)，齒輪的基節(jié)極限偏差主要受滾刀基節(jié)偏差的影響。滾刀基節(jié)的計(jì)算式為：

pb0=pn0cosα0=pt0cosλ0cosα0≈pt0cosα0

式中：pb0――滾刀基節(jié)；

pn0――滾刀法向齒距；

pt0――滾刀軸向齒距；

α0――滾刀法向齒形角；

λ0――滾刀分度圓螺旋升角，一般很小，因此cosλ0≈1。

由上式可見，為減少基節(jié)偏差，滾刀制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制軸向齒距及齒形角誤差，同時(shí)對(duì)影響齒形角誤差和軸向齒距誤差的刀齒前刀面的非徑向性誤差也要加以控制。

3.影響齒輪接觸精度的加工誤差分析

齒輪齒面的接觸狀況直接影響齒輪傳動(dòng)中載荷分布的均勻性。滾齒時(shí)，影響齒高方向的接觸精度的主要原因是齒形公差△ff和基節(jié)極限偏差△fpb。影響齒寬方向的接觸精度的主要原因是齒向公差△Fβ。產(chǎn)生齒向公差的主要原因：

（1）滾齒機(jī)刀架導(dǎo)軌相對(duì)于工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線存在平行度誤差，如9―7所示。

（2）齒坯裝夾歪斜　　由于心軸、齒坯基準(zhǔn)端面跳動(dòng)及墊圈兩端面不平行等引起的齒坯安裝歪斜，會(huì)產(chǎn)生齒向誤差，如圖9－8所示。

（3）滾切斜齒輪時(shí)，除上述影響因素外，機(jī)床差動(dòng)掛輪計(jì)算的誤差，也會(huì)影響齒輪的齒向誤差。

4.提高滾齒生產(chǎn)率的途徑

（1）高速滾齒

近年來，我國(guó)已開始設(shè)計(jì)和制造高速滾齒機(jī)，同時(shí)生產(chǎn)出鋁高速鋼（MO5Al）滾刀。滾齒速度由一般v=30m/min提高到v=100m/min以上，軸向進(jìn)給量 f=1.38mm/r～2.6mm/r，使生產(chǎn)率提高25%。

國(guó)外用高速鋼滾刀滾齒速度已提高到100 m/min～150 m/min；硬質(zhì)合金滾刀已試驗(yàn)到400 m/min以上。總之，高速滾齒具有一定的發(fā)展前途。

（2）采用多頭滾刀可明顯提高生產(chǎn)率，但加工精度較低，齒面粗糙，因而多用于粗加工中。當(dāng)齒輪加工精度要求較高時(shí)，可采用大直徑滾刀，使參加展成運(yùn)動(dòng)的刀齒數(shù)增加，加工齒面粗糙度較細(xì)。

（3）改進(jìn)滾齒加工方法

a．多件加工　　將幾個(gè)齒坯串裝在心軸上加工，可以減少滾刀對(duì)每個(gè)齒坯的切入切出時(shí)間及裝卸時(shí)間。

b.采用徑向切入　　滾齒時(shí)滾刀切入齒坯的方法有兩種：徑向切入和軸向切入。徑向切入比軸向切入行程短，可節(jié)省切入時(shí)間，對(duì)大直徑滾刀滾齒時(shí)尤為突出。

c.采用軸向竄刀和對(duì)角滾齒　　滾刀參與切削的刀齒負(fù)荷不等，磨損不均，當(dāng)負(fù)荷*重的刀齒磨損到一定程度時(shí)，應(yīng)將滾刀沿其軸向移動(dòng)一段距離（即軸向竄刀）后繼續(xù)切削，以提高刀具的使用壽命。

對(duì)角滾齒是滾刀在沿齒坯軸向進(jìn)給的同時(shí)，還沿滾刀刀桿軸向連續(xù)移動(dòng)，兩種運(yùn)動(dòng)的合成，使齒面形成對(duì)角線刀痕，不僅降低了齒面粗糙度，而且使刀齒磨損均勻，提高了刀具的使用壽命和耐用度，如圖9－9所示。

3 插齒與滾齒的區(qū)別

二、插齒

（一）插齒原理及運(yùn)動(dòng)

1．插齒原理

從插齒過程的原理上分析，如圖9－10所示，插齒刀相當(dāng)于一對(duì)軸線相互平行的圓柱齒輪相嚙合。插齒刀實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)磨有前后角并具有切削刃的齒輪。

2．插齒的主要運(yùn)動(dòng)有：

（1）切削運(yùn)動(dòng)　　插齒刀的上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

（2）分齒展成運(yùn)動(dòng)　　插齒刀與工件之間應(yīng)保持正確的嚙合關(guān)系。插齒刀往復(fù)一次，工件相對(duì)刀具在分度圓上轉(zhuǎn)過的弧長(zhǎng)為加工時(shí)的圓周進(jìn)給量，故刀具與工件的嚙合過程也就是圓周進(jìn)給過程。

（3）徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)　　插齒時(shí)，為逐步切至全齒深，插齒刀應(yīng)有徑向進(jìn)給量fr。

（4）讓刀運(yùn)動(dòng)　　插齒刀作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，向下是切削行程。為了避免刀具擦傷已加工的齒面并減少刀齒的磨損，在插齒刀向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件退出切削區(qū)一段距離（徑向）。插齒刀工作行程時(shí)，工作臺(tái)再恢復(fù)原位。

(二)插齒的工藝特點(diǎn)

插齒和滾齒相比，在加工質(zhì)量，生產(chǎn)率和應(yīng)用范圍等方面都有其特點(diǎn)。

1.插齒的加工質(zhì)量

（1）插齒的齒形精度比滾齒高　　滾齒時(shí)，形成齒形包絡(luò)線的切線數(shù)量只與滾刀容屑槽的數(shù)目和基本蝸桿的頭數(shù)有關(guān)，它不能通過改變加工條件而增減；但插齒時(shí)，形成齒形包絡(luò)線的切線數(shù)量由圓周進(jìn)給量的大小決定，并可以選擇。此外，制造齒輪滾刀時(shí)是近似造型的蝸桿來替代漸開線基本蝸桿，這就有造形誤差。而插齒刀的齒形比較簡(jiǎn)單，可通過高精度磨齒獲得**的漸開線齒形。所以插齒可以得到較高的齒形精度。

　　（2）插齒后齒面的粗糙度比滾齒細(xì)　　這是因?yàn)闈L齒時(shí)，滾刀在齒向方向上作間斷切削，形成如圖9－11a所示的魚鱗狀波紋；而插齒時(shí)插齒刀沿齒向方向的切削是連續(xù)的，如圖9－11b所示。所以插齒時(shí)齒面粗糙度較細(xì)。

（3）插齒的運(yùn)動(dòng)精度比滾齒差　　這是因?yàn)椴妪X機(jī)的傳動(dòng)鏈比滾齒機(jī)多了一個(gè)刀具蝸輪副，即多了一部分傳動(dòng)誤差。另外，插齒刀的一個(gè)刀齒相應(yīng)切削工件的一個(gè)齒槽，因此，插齒刀本身的周節(jié)累積誤差必然會(huì)反映到工件上。而滾齒時(shí)，因?yàn)楣ぜ拿恳粋€(gè)齒槽都是由滾刀相同的2～3圈刀齒加工出來，故滾刀的齒距累積誤差不影響被加工齒輪的齒距精度，所以滾齒的運(yùn)動(dòng)精度比插齒高。

（4）插齒的齒向誤差比滾齒大　　插齒時(shí)的齒向誤差主要決定于插齒機(jī)主軸回轉(zhuǎn)軸線與工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線的平行度誤差。由于插齒刀工作時(shí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率高，使得主軸與套筒之間的磨損大，因此插齒的齒向誤差比滾齒大。

所以就加工精度來說，對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求不高的齒輪，可直接用插齒來進(jìn)行齒形精加工，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)精度要求較高的齒輪和剃前齒輪（剃齒不能提高運(yùn)動(dòng)精度），則用滾齒較為有利。
2．插齒的生產(chǎn)率　　切制模數(shù)較大的齒輪時(shí)，插齒速度要受到插齒刀主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性和機(jī)床剛性的制約；切削過程又有空程的時(shí)間損失，故生產(chǎn)率不如滾齒高。只有在加工小模數(shù)、多齒數(shù)并且齒寬較窄的齒輪時(shí)，插齒的生產(chǎn)率才比滾齒高。.

3．滾插齒的應(yīng)用范圍：

（1）加工帶有臺(tái)肩的齒輪以及空刀槽很窄的雙聯(lián)或多聯(lián)齒輪，只能用插齒。這是因?yàn)椋翰妪X刀“切出”時(shí)只需要很小的空間，而滾齒則滾刀會(huì)與大直徑部位發(fā)生干涉。

（2）加工無空刀槽的人字齒輪，只能用插齒；

（3）加工內(nèi)齒輪，只能用插齒。

（4）加工蝸輪，只能用滾齒。

（5）加工斜齒圓柱齒輪，兩者都可用。但滾齒比較方便。插制斜齒輪時(shí)，插齒機(jī)的刀具主軸上須設(shè)有螺旋導(dǎo)軌，來提供插齒刀的螺旋運(yùn)動(dòng)，并且要使用專門的斜齒插齒刀，所以很不方便。

4 插齒與滾齒的區(qū)別

　?。ㄈ┨岣卟妪X生產(chǎn)率的途徑

1.提高圓周進(jìn)給量可減少機(jī)動(dòng)時(shí)間，但圓周進(jìn)給量和空行程時(shí)的讓刀量成正比，因此，必須解決好刀具的讓刀問題。

2.挖掘機(jī)床潛力增加往復(fù)行程次數(shù)，采用高速插齒。

有的插齒機(jī)每分鐘往復(fù)行程次數(shù)可達(dá)1200～1500次/min，*高的可達(dá)到2500次/min。比常用的提高了3～4倍，使切削速度大大提高，同時(shí)也能減少插齒所需的機(jī)動(dòng)時(shí)間。

3.改進(jìn)刀具參數(shù)，提高插齒刀的耐用度，充分發(fā)揮插齒刀的切削性能。如采用W18Cr4V插齒刀，切削速度可達(dá)到60m/min；加大前角至15°，后角至9°，可提高耐用度3倍；在前刀面磨出1～1.5 mm寬的平臺(tái)，也可提高耐用度30%左右。


三、剃齒

(一)剃齒原理

剃齒加工是根據(jù)一對(duì)螺旋角不等的螺旋齒輪嚙合的原理，剃齒刀與被切齒輪的軸線空間交叉一個(gè)角度，如圖9－12a所示，剃齒刀為主動(dòng)輪1，被切齒輪為從動(dòng)輪2，它們的嚙合為無側(cè)隙雙面嚙合的自由展成運(yùn)動(dòng)。在嚙合傳動(dòng)中，由于軸線交叉角“φ”的存在，齒面間沿齒向產(chǎn)生相對(duì)滑移，此滑移速度v切=(vt2-vt1)即為剃齒加工的切削速度。剃齒刀的齒面開槽而形成刀刃，通過滑移速度將齒輪齒面上的加工余量切除。由于是雙面嚙合，剃齒刀的兩側(cè)面都能進(jìn)行切削加工，但由于兩側(cè)面的切削角度不同，一側(cè)為銳角，切削能力強(qiáng)；另一側(cè)為鈍角，切削能力弱，以擠壓擦光為主，故對(duì)剃齒質(zhì)量有較大影響。為使齒輪兩側(cè)獲得同樣的剃削條件，則在剃削過程中，剃齒刀做交替正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

剃齒加工需要有以下幾種運(yùn)動(dòng)：

1.剃齒刀帶動(dòng)工件的高速正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)―基本運(yùn)動(dòng)。

2.工件沿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)－使齒輪全齒寬均能剃出

3.工件每往復(fù)一次做徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)－以切除全部余量。


綜上所述，剃齒加工的過程是剃齒刀與被切齒輪在輪齒雙面緊密嚙合的自由展成運(yùn)動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)微細(xì)切削過程，而實(shí)現(xiàn)剃齒的基本條件是軸線存在一個(gè)交叉角，當(dāng)交叉角為零時(shí)，切削速度為零，剃齒刀對(duì)工件沒有切削作用。

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