特形表面的加工.doc

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一、成形面加工
l 成形面的技术要求：尺寸精度、形位精度、表面质量及其表面形状。
l 成形面的加工方法：车削、铣削、刨削、拉削和磨削等。
1．用成形刀具加工
l 即用切削刃形状与工件轮廓相符合的刀具，直接加工出成形面。
用成形刀具加工成形面的特点：
l 机床的运动和结构比较简单，操作也简便。
l 刀具的制造和刃磨比较复杂（特别是成形铣刀和拉刀），成本较高。
l 不宜用于加工刚性差而成形面较宽的工件。

成形车刀车成形面

2．利用刀具和工件作特定的相对运动加工
l 用靠模装置、手动、液压仿形装置或数控装置等，来控制刀具与工件之间特定的相对运动。
利用刀具和工件作特定的相对运动加工特点：
l 刀具比较简单，并且加工成形面的尺寸范围较大。
l 机床的运动和结构都较复杂，成本也高。

靠模法车成形面
1—车刀 2—工件 3—联接板 4—靠模 5—滑块

二、螺纹加工
l 技术要求：尺寸精度、形位精度和表面质量、螺纹表面的粗糙度和硬度
l 紧固螺纹和无传动精度要求的传动螺纹：要求中径和顶径（外螺纹的大径，内螺纹的小径）的精度。
l 有传动精度要求或用于读数的螺纹：要求中径和顶径的精度外，还要求螺距和牙型角的精度。
常用的加工螺纹方法
l 攻螺纹、
l 套螺纹、
l 车螺纹、
l 铣螺纹、
l 磨螺纹、
l 滚压螺纹。

1.攻螺纹和套螺纹
l 攻螺纹（tapping）（攻丝）：用丝锥加工内螺纹；
l 套螺纹(chasing) (套丝或套扣)：用板牙加工外螺纹。
l 主要用来加工精度要求低、直径较小的三角螺纹。常用于加工M16以下的普通螺纹，最大一般不超过M50。
l 单件和小批生产：由钳工在虎钳上进行，或在车床或钻床上进行；
l 大批量生产：攻螺纹常在攻丝机上进行。
2.车螺纹
l 工件每转一转，车刀在进给方向上移动一个导程的距离。
车削螺纹(thread turning)可在各类卧式车床或专门的螺纹车床上进行，由于刀具简单，故广泛用于各种精度的未淬硬工件的螺纹加工。
单齿螺纹车刀：结构简单，适应性广，可加工各种形状、尺寸及精度的未淬硬工件的内、外螺纹，但生产率低，适用于单件小批生产。
螺纹梳刀：实际上是多齿成形车刀。一次走刀就能加工出全部螺纹，效率高，适用于大批生产细牙螺纹。一般螺纹梳刀加工精度不高，不能加工精密螺纹。

单齿螺纹车刀

螺纹梳刀
a）平体 b）棱体 c）圆体

l 车螺纹的最高精度可达4～6级，表面粗糙度Ra值为3.2～0.8μm。

3.铣螺纹
l 铣螺纹(thread milling)比车螺纹生产率高，但螺纹精度低，在成批大量生产中广泛采用。
l 铣螺纹一般在专门的螺纹铣床上进行。
1）.盘形铣刀铣螺纹
l 加工时，铣刀轴线对工件轴线的倾斜角等于螺纹升角，工件转一转，铣刀走一个工件导程。
l 适合加工大螺距的长螺纹，如丝杠、螺杆等梯形外螺纹和蜗杆等。
l 加工精度较低，通常作为粗加工，铣后用车削进行精加工。

2）．梳形铣刀铣螺纹
l 加工时，工件每转一转，铣刀除旋转外，还沿轴向移动一个导程，工件转1.25转，便能切出全部螺纹（最后的四分之一转主要是修光螺纹）。
l 生产率高，螺距精度可达9～8级，表面粗糙度Ra值为3.2～0.63μm。
l 适合成批加工一般精度并且长度短而螺距不大的三角形内、外螺纹和圆锥螺纹。

3）．旋风铣刀铣螺纹
l 利用装在特殊旋转刀盘上的多把硬质合金刀头（一般为1～4把）或梳刀，从工件上高速铣出螺纹的方法
l 旋风铣生产效率高，一般比盘形铣刀铣螺纹高2～8倍。
l 加工长度大、不淬硬的外螺纹，如丝杠、螺旋送料杆、大模数蜗杆、注塑机螺杆等长工件；也可加工大直径（32mm以上）的内螺纹，如滚珠丝杠螺母、梯形丝杠螺母、环形槽等；尤其适合加工无退刀槽、有长键槽和平面的螺纹件。

4.磨螺纹
l 用于淬硬螺纹的精加工，如精密螺杆、丝锥、滚丝轮、螺纹量规等。
l 磨螺纹(thread grinding)：螺纹磨床
l 磨前需用车、铣等方法粗加工；对小尺寸的精密螺纹，也可不经粗加工直接磨出。
1.单片砂轮磨削
l 砂轮的轴线必须相对于工件轴线倾斜一个螺纹升角ψ，工件安装在螺纹磨床的前后顶尖之间，工件每转一转，同时沿轴向移动一个导程；砂轮高速旋转的同时，周期性地进行横向进给，经一次或多次行程完成加工。
l 适用于不同齿形、不同长径比的螺纹工件，机床调整和砂轮修整比较方便，并且背向力小，工件散热条件好，加工精度高。

2.多线砂轮磨削
l 选用缓慢的工件转速和较大的横向进给，经过一次或数次行程即可完成加工。
l 生产效率高，但加工精度低，砂轮修整复杂。
l 适用于成批生产牙形简单、精度较低、刚性好的短螺纹。

l 5. 滚压螺纹
l 在室温下，用压力使工件表面产生塑性变形而形成螺纹的一种无切屑加工方法。
1）.搓板滚压
l 两块搓板都带有螺纹齿形，其截面形状与待搓螺纹牙型相符，上搓板为动板，下搓板固定不动为静板，动板作平行于静板的往复直线运动。
l 工件在两板之间被挤压和滚动，当动板移动时，坯料表面便挤压出螺纹。

2）.滚轮滚压：
滚丝机
l 工件放在两个带有螺纹齿形的滚轮之间的支承板上，两滚轮等速转动，其中一轮轴心固定，一轮作径向进给运动，工件在滚轮摩擦力带动下旋转，表面受径向挤压而形成螺纹。

l 滚螺纹的生产率低于搓螺纹，但精度高于搓螺纹。这是因为滚丝轮热处理后可在螺纹磨床上精磨，而搓丝板热处理后精加工困难。
l 搓螺纹可加工直径为3～24mm、螺纹长度小于120mm的螺钉、双头螺栓、木螺钉、自攻螺钉等；
l 滚压螺纹适用于直径3～80mm、螺纹长度小于120mm的双头螺栓、螺钉、锥形螺纹、蜗杆、丝锥等的加工。

l 滚压螺纹与切削螺纹相比，主要优点是提高了螺纹的强度。
l 切削加工的螺纹纤维组织是被割断的，而滚压螺纹的纤维组织是连续的，从而提高了其剪切强度；
l 螺纹滚压后，由于表面变形强化及表面粗糙度值降低，还可提高螺纹的疲劳强度。
l 滚压螺纹比切削螺纹的生产率高。
三、齿形加工
齿形加工方法
（1） 成形法
用与被切齿轮的齿槽形状相同或非常近似的刀具切出齿形的方法。如铣齿、成形法磨齿等。
（2） 展成法（范成法）
利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等

1、铣齿
l 铣齿(gear milling)是用成形铣刀在万能卧式铣床上进行的。
m≤20时，用盘状铣刀；m>20时，用指状铣刀

l
l 铣刀装在刀杆上旋转作主运动，工件紧固在心轴上，心轴安装在分度头和尾座顶尖之间随工作台作直线进给运动。
l 每铣完一个齿槽，铣刀沿齿槽方向退回，用分度头对工件进行分度，然后再铣下一个齿槽，直至加工出整个齿轮。
铣齿的工艺特点：
l （1）成本较低 齿轮铣刀结构简单，在普通的铣床上即可完成铣齿工作，铣齿的设备和刀具的费用较低。
l （2）生产率低 铣齿过程不是连续的，每铣一个齿，都要重复消耗切入、切出、退刀和分度的时间。
l （3）加工精度低
l 实际生产中，把同一模数的齿轮按齿数划分成若干组，同一组只用一个刀号的铣刀加工。为了保证铣出的齿轮在啮合时不致卡住，各号铣刀的齿形是按该号范围内最小齿数齿轮的齿槽轮廓制作的。为此，各号铣刀加工范围内的齿轮除最小齿数的外，其它齿数的齿轮，只能获得近似的齿形，产生齿形误差。
刀 号
1
2
3
4
5
6
7
8
加工的齿数范围
12～13
14～16
17～20
21～25
26～34
35～54
55～134
135以上

l 另外铣床所用分度头是通用附件，分度精度不高。

l 铣齿不但可以加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮还可以加工齿条、锥齿轮及涡轮等。
l 仅适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。
l 铣齿的加工精度为9级或9级以下，齿面粗糙度值Ra为6.3～3.2μm。

2、滚齿
l 滚齿（gear hobbing）是利用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮的轮齿，其滚切原理是刀具和工件的运动相当于一对螺旋齿轮的啮合。

齿轮滚刀

滚齿的切削运动

l 1.主运动 滚刀的旋转运动。
l 2.分齿运动 滚刀与齿坯之间强制保持一对螺旋齿轮啮合运动关系的运动。
l 分齿运动由滚齿机的传动系统来实现，齿坯的分度是连续的。
l 3.垂直进给运动 为切出整个齿宽，滚刀需要沿工件的轴向作进给移动，即为垂直进给运动。
滚齿的工艺特点
l （1）滚刀的通用性好 一把滚刀可以加工与其模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。
l （2）齿形精度及分度精度高
l （3）生产率高 滚齿的整个切削过程是连续的。
l （4）设备和刀具费用高 滚齿机为专用齿轮加工机床，其调整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。
滚齿的应用
l 滚齿应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等，但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。

3、插齿
l 插齿(gear shaping)是在插齿机上用插齿刀加工齿形的过程。
l 其原理是刀具和工件的运动相当于一对圆柱齿轮传动。
l 插齿刀是一个是用高速钢制造并磨出切削刃的齿轮
插齿切削运动

l 1.主运动 即插齿刀的上下往复直线运动。向下为切削行程，向上的返回行程是空行程。
l 2.分齿运动 插齿刀和齿坯之间被强制的啮合运动，也称为展成运动。保持一对传动齿轮的速比关系，即：nw/n0 = z0/zw
l 3.径向进给运动 即插齿刀逐渐向工件中心移动的运动，以切出全齿高。当进给到要求的深度时，径向运动停止，分齿运动继续进行，直到加工完成。
l 4.让刀运动 为了避免插齿刀在返回行程中，刀齿的后刀面与工件的齿面发生摩擦，插齿刀返回时，齿坯沿径向让开一段距离；当切削行程开始前，齿坯恢复原位，这种运动即为让刀运动。
插齿的工艺特点
l （1）插齿和滚齿的精度相当，且都比铣齿高。
l （2）插齿和滚齿选择刀具时只要求刀具的模数和压力角与被切齿轮一致，与齿数无关（最少齿数z≥17）。
l （3）插齿的生产率低于滚齿而高于铣齿。
插齿应用
l 插齿多用于加工滚齿难以加工的内齿轮、多联齿轮、带台阶齿轮、扇形齿轮、齿条及人字齿轮、端面齿盘等，但不能加工蜗轮。
4、剃齿
l 剃齿（gear shaving）是利用一对交错轴斜齿轮啮合原理，在剃齿机上“自由啮合”的展成加工方法。
剃齿刀

剃齿刀的形状类似于一个斜齿圆柱齿轮，每一个齿的两侧，沿渐开线方向开有许多小槽，以形成切削刃，材料一般为高速钢。
在与已经滚齿或插齿的齿轮啮合过程中，剃齿刀齿面上的许多切削刃，从工件齿面上剃下细丝状的切屑，以提高齿形精度和减小表面粗糙度值。

l 工件用心轴装在机床工作台的两顶尖之间，可以自由转动；剃齿刀装在机床主轴上并带动工件时而正转，时而反转，正转时剃削轮齿的一个侧面，反转时剃削轮齿的另一个侧面。
l 剃齿刀轴线与工件轴线间的夹角为β0。此时，剃齿刀在啮合点A的圆周速度v0可分解为沿工件圆周切线方向的分速度vw（使工件旋转）和沿工件轴线方向的分速度v（使齿面间产生相对滑动）使剃齿刀从工件上切下发丝状的极细切屑，从而提高齿形精度和降低表面粗糙度值。
剃齿特点及应用
l 剃齿主要用来对调质和淬火前的直、斜齿圆柱齿轮进行精加工，剃齿的精度取决于剃齿刀的精度。剃齿精度可达7～6级，齿面粗糙度Ra值为0.8～0.2μm。
l 剃齿生产率高，一般2～4min钟便可加工好一个齿轮。
l 剃齿机结构简单，操作方便，也可把铣床等设备改装成剃齿机使用。
l 剃齿刀制造较困难，剃齿不便于加工双联或多联齿轮的小齿轮等，使剃齿的应用受到一定限制。
l 剃齿通常用于大批大量生产中的齿轮齿形精加工，在汽车、拖拉机及机床制造等行业中应用很广泛。
5、珩齿
l 珩齿(gear honing)：用珩磨轮在珩齿机上进行齿形精加工的方法，其原理和方法与剃齿相同。
l 珩齿时，珩磨轮高速旋转（1000r/min～2000r/min）,同时沿齿向和渐开线方向产生滑动进行切削，珩齿过程具有剃削、磨削和抛光的精加工的综合作用，刀痕复杂、细密。
珩磨轮：将金刚砂或白刚玉磨料与环氧树脂等材料合成后浇铸或热压在钢制轮坯上的斜齿轮

l 珩齿适用于消除淬火后的氧化皮和轻微磕碰而产生的齿面毛刺与压痕，可有效地降低表面粗糙度和齿轮噪音，对齿形精度改善不大。珩齿后的表面粗糙度值Ra为0.4～0.2μm。
l 因珩齿余量很小，约为0.01mm～0.02mm,且多为一次切除，生产率很高，一般珩磨一个齿轮只需1min左右。
l 磨齿：用砂轮在磨齿机上对齿轮进行精加工的方法。
l 按磨齿原理：分为成形法磨齿和展成法磨齿。
6.磨齿(gear grinding)
（1）成形法磨齿
l 将砂轮靠外圆处的两侧修整成与工件齿间相吻合的形状，对已切削过的齿间进行磨削。每磨完一齿后，进行分度，再磨下一个齿。

l 可在花键磨床或工具磨床上进行，设备费用较低。
l 生产率较高，比展成法磨齿高近10倍。
l 但砂轮修整较复杂，且也存在一定的误差。
l 在磨齿过程中砂轮磨损不均以及机床的分度误差的影响，它的加工精度只能达到6级。
（2）展成法磨齿
l 展成法磨齿：锥形砂轮磨齿和双碟形砂轮磨齿。
l 展成法磨齿生产率低，但加工精度高，一般可达4级，表面粗糙度Ra值在0.4～0.2μm。所以，实际生产中它是齿面要求淬火的高精度齿轮常采用的一种加工方法。

锥形砂轮磨齿
l 把砂轮修整成锥形，以构成假想齿条的齿形。其原理是使砂轮与被磨齿轮强制保持齿条和齿轮的啮合关系，且使被磨齿轮沿假想的固定齿条作往复纯滚动的运动，边转动，边移动，砂轮的磨削部分即可包络出渐开线齿形。
l 磨削时，砂轮作高速旋转，同时沿工件轴向作往复直线运动，以便磨出全齿宽。分别磨除齿槽的1、2两个侧面。每磨完一个齿槽，砂轮自动退离工件，工件自动进行分度。

双碟形砂轮磨齿
l 两个碟形砂轮倾斜一定角度，其端面构成假想齿条两个（或一个）齿的两个齿面，同时对齿槽的侧面1和侧面2进行磨削。工作时，两个砂轮同时磨一个齿间或两个不同齿间的左右齿面。此外，为了磨出全齿宽，被磨齿轮需沿齿向作往复直线运动。

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