1、第 5 章 典型表面加工分析教学提示：机械零件是组成机器的最基本元件，一般需经 加工后才能进行装配。尽管机械零件功能、形状各异、种类纷繁多变，但它们都是由外圆表面、内圆表面、平面、锥面及各种特型面等基本几何要素构成。本章主要分析这些典型表面的技 术要求和基本的加工方法。教学要求：本章使学生掌握常用的典型表面的技术要求以及基本加工方法，以便在 实际应用中正确地选用零件及其加工方案，解决 实际生产中的具体 问题。本章的学 习重点是分析各表面加工的技术要求，同 时通过解决生产实例对加工方案 进行分析。机器是由各种典型表面组成的，主要有外圆表面、内圆表面、平面和成形表面。不同的表面具有不同的切削加工方
2、法。对于同一种加工表面，由于精度和表面质量的要求不同，要经过由粗到精的不同的加工阶段，而不同的加工阶段可以采用不同的加工方法。因此，应当掌握不同表面、不同技术要求对应的加工阶段和加工方法。5.1 外圆表面的加工外圆表面是构成轴类零件和套筒类零件的主要表面，在机械加工中占有很大的比例。5.1.1 外圆表面的技术要求外圆表面的技术要求是由该表面所在的零件决定的。下面以轴类零件为例，说明外圆表面的技术要求，通常包括以下几个方面。(1) 加工精度。外圆表面的加工精度主要包括结构要素的尺寸精度、形状精度和位置精度等。尺寸精度主要是指结构要素的直径和长度的精度。直径精度由使用要求和配合性质来确定。一般地，
3、对于轴类零件，有配合要求的外圆表面的精度为 IT9IT6，特别重要的外圆表面，也可为 IT5，需要特别注意的是与轴承相配合处的外圆表面，精度要求相对较高。外圆表面的长度通常要求不是那么严格，精度一般为 IT14IT12；要求较高时，一般可达到 IT10IT8。形状精度主要指外圆表面的圆度、圆柱度、母线的直线度等，因为外圆表面的形状误差直接影响着与之相配合的零件的接触质量和回转精度，因此一般必须将形状误差限制在直径公差范围内；要求较高时可取直径公差的 1/2l/4，或者根据相配合的性质和特点另行规定形状精度的等级。位置精度主要包括外圆表面的同轴度、圆跳动及端面对外圆表面轴心线的垂直度等。对于普通
4、精度的轴类零件，配合外圆表面对支承外圆表面的径向圆跳动一般为 0.01 机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)150150mm0.03 mm，高精度的轴为 0.005 mm0.010 mm。对于套筒类零件，外圆表面常常与内孔有同轴度的要求，一般为 0.01 mm0.03 mm。(2) 表面粗糙度值。外圆表面的粗糙度值是由该表面的工作性质、配合类型、转速度和尺寸精度等级决定。通常尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度值要求较小，尺寸公差、表面形状公差大时，表面粗糙度值要求较大。对于轴类零件，支承轴颈的表面粗糙度值为 Ra=0.8 0.2 ；配合轴颈的表面粗糙度值 Ra=3.2 0.8 ；而非配合
5、的m m外圆表面一般为 Ra=12.5 3.2 。(3) 热处理要求。根据外圆表面的材料需要以及使用条件，为了改善其切削加工性能或提高综合力学性能及使用寿命等，常进行正火、调质、淬火、表面淬火及表面氮化等热处理。如对于轴用的 45 钢，在粗加工之前常安排正火处理，而调质处理安排在粗加工之后进行。5.1.2 外圆表面的加工方案外圆加工是轴类零件的主要加工工序。外圆表面常用的基本加工方法有车削加工、磨削加工和光整加工。外圆表面的加工方案见表 5-1。表 5-1 外圆表面的加工方案序号 加工方案 经济精度 等级 表面粗糙度 Ra/ m适用范围1 粗车 IT11 以下 5012.52 粗车半精车 IT
6、10IT8 6.33.23 粗车半精车精车 IT8 IT6 1.60.84 粗车半精车精车滚压(或抛光 ) IT7 IT5 0.20.025适用于淬火钢以外的各种金属5 粗车半精车磨削 IT8 IT6 0.80.46 粗车半精车粗磨精磨 IT7 IT5 0.40.17粗车半精车粗磨精磨超精加工(或轮式超精磨)IT7 IT5 以上 0.20.012主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不宜加工有色金属8 粗车半精车精车金钢石车 IT7 IT5 0.40.025主要用于要求较高的有色金属的加工9粗车半精车粗磨精磨超精磨或镜面磨 IT5 以上 0.0250.00610 粗车半精车粗磨精磨研磨IT7 I
7、T5 以上 0.10.006高精度的外圆加工5.2 内圆表面的加工内圆表面是在机械零件上广泛应用的一种结构要素，各种机器零件上一般都有许多尺寸和粗糙度等技术要求各不相同的孔，这些孔都需要经过不同的加工阶段才能达到预期的第 5 章 典型表面加工分析 151151设计要求。机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)1521525.2.1 内圆表面的技术要求对于不同零件上的内圆表面，其技术要求也不相同。(1) 回转零件的内圆表面。如空心轴、套筒、轮盘类零件上的内圆表面。这类内圆表面的精度要求较高(IT9IT6)，表面粗糙度值较小( Ra=3.2 0.8 )，内圆表面与外圆m表面有较高的同轴度，与端面有一
8、定的垂直度。(2) 连接零件的紧固内圆表面。如螺钉孔、螺栓孔、非配合油孔、气孔等。这类内圆表面的精度和表面粗糙度值要求不高，精度一般在 IT12IT10，表面粗糙度值Ra=50 12.5 。m(3) 箱体零件的内圆表面。如机床主轴箱上的轴承支承孔。这类内圆表面的精度要求较高(IT7 IT6)，表面粗糙度值较小( Ra=1.6 0.8 )，几何形状精度一般应在内圆表m面的 公 差 范 围 内 ， 要 求 高 的 应 不 超 过 内 圆 表 面 公 差 的 1/2 1/3。 内 圆 表 面 中 心 距 、 各 内圆 表 面 轴 心 线 间 的 平 行 度 都 有 较 高 的 要 求 ， 一 般 机
9、 床 主 轴 箱 上 内 圆 表 面 的 中 心 距 允 差 为(0.0250.06)mm，轴心线平行度允差在全长取 0.03mm0.1mm 。内圆表面轴心线与箱体基准面的平行度、垂直度要求也较高。(4) 深孔。深孔是指长径比 L/D5 的孔，如主轴孔、长油孔、枪孔等，其加工条件较差，很难保证较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。一般要求精度为 IT10IT8，表面粗糙度值 Ra=6.3 0.8 ，同时要求有一定的直线度。m5.2.2 内圆表面的加工方案机械零件上分布着大小不同的内圆表面，对于内圆表面加工方法的选择主要取决于机械零件对内圆表面加工精度和表面粗糙度的要求，内圆表面尺寸大小、深度、零
10、件形状、重量、材料、生产纲领及所用设备等。内圆表面的加工方案较多，各种方法又有不同的适用条件。例如用定尺寸刀具加工的钻、扩、铰、拉，因受刀具尺寸的限制，只宜加工中小尺寸的内圆表面，大孔只能用镗削加工。因此，选择孔的加工方案应综合考虑各相关因素和加工条件。常用的内圆表面的加工方案见表 5-2。表 5-2 内圆表面的加工方案序号 加工方案 经济精度等级 表面粗糙度 Ra/m适用范围1 钻 IT10IT8 12.52 钻铰 IT8 IT7 3.21.63 钻粗铰精铰 IT8 IT7 1.60.8加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属(但表面粗糙度稍大，孔径小于 15mm20mm)4 钻扩
11、 IT10IT8 12.56.35 钻扩铰 IT8 IT7 3.21.66 钻扩粗铰精铰 IT8 IT7 1.60.87 钻扩机铰手铰 IT7 IT5 0.40.1同上，但是孔径大于 15mm20mm第 5 章 典型表面加工分析 153153续表序号 加工方案 经济精度等级 表面粗糙度 Ra/m适用范围8 钻扩拉 IT8 IT5 1.60.1大批大量生产(精度由拉刀的精度而定)9 粗镗(或扩孔) IT10IT18 12.56.310 粗镗(粗扩) 半精镗( 精扩) IT8 IT7 3.21.611粗镗(扩)半精镗( 精扩)精镗(铰) IT8 IT6 1.60.812粗镗(扩)半精镗( 精扩)精
12、镗浮动镗刀精镗 IT8 IT6 0.80.4除淬火钢外的各种钢和有色金属，毛坯的铸出孔或锻出孔13 粗镗(扩)半精镗磨孔 IT8 IT6 0.80.414粗镗(扩)半精镗粗磨精磨 IT7 IT5 0.20.1主要用于淬火钢，也用于未淬火 钢 ， 但 不 宜 用 于 有 色 金 属 加工15 粗镗半精镗精镗金刚镗 IT7 IT5 0.40.05主要用于精度要求高的有色金属加工16钻(扩)粗铰精铰珩磨钻(扩)拉珩磨粗镗半精镗精镗珩磨IT7 IT5 以上 0.20.02517 以研磨代替上述方案中的珩磨 IT6 以上精度要求很高的孔5.3 平面的加工平面是盘形和板形零件的主要表面，也是箱体和支架类零
13、件的主要表面之一。其包括回转体类零件的上的端面，板形、箱体和支架类零件上的各种平面、斜面、沟槽和型槽等。5.3.1 平面的技术要求平面广泛存在于各类机械零件上，其主要的技术要求是平面度、直线度、垂直度与平行度等形位精度，对于不同用途的零件，其技术要求也有所不同。5.3.2 平面的加工方案选择平面加工方案时，要综合考虑其技术要求和零件的结构形状、尺寸大小、材料性质及毛坯种类等情况，并结合生产纲领及具体加工条件。平面可分别采用车、铣、刨、磨、拉等方法加工。对于要求较高的精密平面，可用刮研、研磨、抛光等进行光整加工。常用的平面的加工方案见表 5-3。机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)154154
14、表 5-3 平面的加工方案序号 加工方案 经济精度等级 表面粗糙度Ra/m适用范围1 粗车半精车 IT10IT7 6.33.22 粗车半精车精车 IT8 IT6 1.60.83 粗车半精车磨削 IT8 IT6 0.80.2端 面4 粗刨(或粗铣) 精刨( 或精铣) IT10IT7 6.31.6一般不淬硬平面(端铣的表面粗糙度可较小)5 粗刨(或粗铣) 精刨( 或精铣)刮研 IT8 IT5 0.80.16粗刨(或粗铣) 粗刨( 或精铣)宽刃精刨 IT8 IT6 0.80.2精度要求较高的不淬硬平面，批量较大时宜采用宽刃精刨方案7 粗刨(或粗铣) 精刨( 或精铣)磨削 IT8 IT6 0.80.2
15、8粗刨(或粗铣) 精刨( 或精铣)粗磨精磨 IT7 IT5 0.40.025精度要求较高的淬硬平面或不淬硬平面9 粗刨拉 IT8 IT6 0.80.2大量生产，较小的平面(精度视拉刀的精度而定)10 粗铣精铣磨削研磨 IT7 IT5 以上 0.10.006 高精度平面5.4 成形表面的加工成形表面是机械零件中常见的一类表面，其中最主要的是圆锥面，一般用于工具配合面，如车床主轴锥孔与前顶尖莫氏锥套的配合，麻花钻头的锥柄与钻床主轴锥孔的配合等。另外一类成形表面就是由若干条曲线组成的表面，如手柄、圆球、凸轮等特形面。由于它们的使用场合不同，对其技术要求也不一样，圆锥面一般要求较高的母线直线度和同轴度
16、，由于主要用于工具上，表面粗糙度值一般较低。而特形面则要求有较高的表面质量，一般要经过抛光处理，同时对曲线的误差也有严格的要求，尤其是凸轮曲线。5.4.1 车锥面(1) 转动小滑板法。如图 5.1(a)所示，用转动小滑板法车锥面时，把小滑板转动一个圆锥半角即可，当车削正锥体时(锥体大端靠近卡盘) ，小滑板逆时针转过一个圆锥半角；当车削反锥体时，小滑板应该顺时针转过一个圆锥半角。因受小滑板行程的限制，采用转动小滑板法时只能车削长度较短、锥度较大的圆锥体；又因车床小滑板只能手动进给，劳动强度大且表面粗糙度难以控制，生产率低，所以用这种方法只适用于单件、小批生产、精度要求不高的锥面。(2) 偏移尾座
17、法。如图 5.1(b)所示，把零件装在两顶尖之间，将车床尾座在水平面内横向偏移一段距离，使零件回转轴线和机床主轴轴线成一交角，交角大小等于锥体零件的圆锥半角，即可车出所需圆锥面。尾座偏移量可按式(5-1) 和式(5-2) 计算：第 5 章 典型表面加工分析 155155(5-1)0tan2sL或(5-2)0DdCs式中：s尾座偏移量，mm；零件总长，mm；0L半锥角，度( )；2D圆锥大端直径，mm；d圆锥小端直径，mm；L前后两顶尖间零件的长度，mm；C锥度，度( )。采用尾座偏移法车削正圆锥时，尾座移向操作者(向里) ；车削反锥体时，尾座向外移动，即远离操作者的方向。用偏移尾座法时，一般用
18、来加工锥度较小(圆锥半角 8 )、2圆锥长度较长、精度要求不太高的圆锥体。同时，由于前、后顶尖轴线的平行错位，将使顶尖工作面在零件中心孔中接触不良，影响加工质量，所以常采用球形顶尖或在零件上钻一小圆柱孔代替 60顶尖孔，以改善加工过程中磨损不均匀的状况。采用偏移尾座法车削圆锥时，由于采用的是自动走刀，所以被加工零件的表面粗糙度值较小。但必须注意由于尾座偏移量的大小不仅与锥体有关，而且还与两顶尖间的距离有关，这段距离一般近似地等于零件总长，因此在成批加工时，零件的总长和中心孔的深浅应保持一致，否则会造成锥度和尺寸的误差。(3) 仿形法( 靠模法)。如图 5.1(c)所示，用仿形法车削锥体时，车刀
19、除了纵向进给外，同时还要横向进给。刀尖的运动轨迹是一条与车床主轴中心线成一定角度的直线，仿形用的靠模实质上是一条可调整角度的导轨。采用仿形法车圆锥的优点是调整方便、准确，车出的锥面质量高，可进行机动车削内、外圆锥面，但靠模调节范围小，一般在 12以下。当锥面精度要求较高、零件批量较大时常用这种方法。(4) 宽刃法。如图 5.1(d)所示，其实质是用成形车刀车锥面，因此加工质量较好，但只能车削较短(L 15mm)锥面。采用宽刃法车削圆锥面时，要求车刀的作用切削刃必须平直，车床和零件刚性好，否则易引起振动而使表面粗糙度值变大，影响表面加工质量。宽刃法车削圆锥是用切入法一次进给车出全部锥体长度，因此
20、生产率较高。(a)图 5.1 车削圆锥面的方法机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)156156(b)(c) (d)图 5.1(续)1车刀 2零件 3拉板 4滚柱 5仿形板 6支撑板5.4.2 铰锥孔在实际生产中，当加工直径较小的内圆锥面时，由于刀杆刚度较差，难以达到较高的精度和较小的表面粗糙度值，常用锥铰刀铰削。铰锥孔的精度比车削高，表面粗糙度值可达 Ra=1.6 。铰锥孔又分为机动和手动两种。m铰锥孔前孔的预加工，直径较小者以小端直径为准，留够铰削余量钻出即可；直径较大者钻后应先粗车成锥孔，在直径上留 0.2mm0.3mm 铰削余量，再用铰刀精铰至尺寸要求，也可采用粗、精铰分开的成套锥铰刀
21、在钻出的底孔上直接铰孔。铰锥孔应使用切削液，铰钢件锥孔常用乳化液，铰铸铁、铜料锥孔常用菜油作切削液。5.4.3 磨锥面对于加工精度在 IT7 以上、表面粗糙度值 Ra1.6 、淬火处理后硬度较高的圆锥面，m一般采用磨削进行精加工。磨削外圆锥面一般在普通外圆磨床或万能外圆磨床上进行。如图 5.2 所示，其加工原理与车锥面相同。图 5.2(a)所示类似转动小滑板法车锥面，图 5.2(b)所示类似宽刃法车锥面，图 5.2(d)所示类似偏移尾座法车锥面。磨锥面时，转动磨床砂轮架、头架或工作台的角度，必须使被加工圆锥母线与轴线间的夹角等于圆锥半角 。2磨削内圆锥面时，可用内圆磨床或者万能外圆磨床。在万能
22、外圆磨床上用内圆磨头进第 5 章 典型表面加工分析 157157行磨削时，用卡盘装夹零件，其运动与磨削外圆和外圆锥面时基本相同，但砂轮的旋转方向相反。其磨削质量及磨削效率都比磨削外圆和外圆锥面时低。(a) (b)(c) (d)图 5.2 磨削圆锥面的方法5.4.4 加工特形面在实际生产中，精度要求较低的特形面常常采用车削的方法完成，而对于车削根据产品的结构特点、精度要求和生产规模大小等不同情况，可分别采用成形车刀、双手控制、靠模以及专用工具等车削方法。对于要求精度较高的的特形面则用数控机床进行加工，主要是针对各种模具上的特形面。成形车刀又叫样板刀，是加工回转体成形表面的专用刀具。对于批量较大，
23、零件上有大圆角、圆弧槽或者曲面狭窄而变化幅度较大的特形面，特别适合用成形车刀进行加工。成形车刀可按加工的要求做成各种样式的，如图 5.3 所示。零件的加工精度主要由成形车刀的曲线形状来保证。(a) 普通成形车刀(b) 棱体成形车刀 (c) 圆体成形车刀机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)158158图 5.3 成形车刀第 5 章 典型表面加工分析 159159对于单件或小批量生产的特形面零件，可以用双手控制法进行车削。即用右手控制小滑板的手柄，左手控制中滑板的手柄，通过双手的协调动作，使车刀的运动轨迹和零件所要求的特形面曲线相同，从而车出所需要的成形面。用双手控制法时，一般要选用圆头车刀，对
24、操作者有较高的技术要求，生产效率较低。在车床上用成形车刀加工特形面时，为了保证被加工表面的粗糙度值，一般需要用砂布抛光。在车床上也可以采用仿形法或者用专用工具车削特形面。5.5 螺纹表面的加工5.5.1 螺纹表面的技术要求在机器和仪器制造中，常用的螺纹按用途主要可分为紧固螺纹、传动螺纹和紧密螺纹3 大类。紧固螺纹用于连接或固紧零件，其类型很多，要求也有所不同，对普通紧固用螺纹的主要是可旋合性和连接可行性的要求。传动螺纹用于传递动力、运动或位移，这类螺纹的牙型有梯形、矩形和三角形，如丝杆和测微螺纹，主要是传动准确、可靠，牙型接触良好及耐磨等要求。特别是对丝杆，要求传动比恒定，且在全长上的累积误差
25、小。对测微螺纹，特别要求传递运动准确，且由间隙引起的空程误差要小。紧密螺纹主要用于密封结合，如各种油管、气管、水管的接头等，则要求不漏水、不漏气、不漏油。(1) 螺纹精度。普通螺纹精度分为精密、中等和粗糙三级。精密级用于要求配合性质稳定，且保证相当定位精度的螺纹结合；中等级用于一般的螺纹结合；粗糙级则用于不重要的螺纹结合或加工较困难的螺纹。(2) 旋合长度。螺纹的旋合性受螺纹的半角误差和螺距误差的影响，短旋合长度的螺纹旋合性比长旋合长度的螺纹旋合性好，加工时容易保证精度。螺纹的旋合长度分为S、N、L 3 种。(3) 形位公差的要求。对于普通螺纹一般不规定形位公差，仅对高精度螺纹规定在旋合长度内
26、的圆柱度、同轴度和垂直度等规定形位公差。其公差值一般不大于中径公差的50%，并遵守包容原则。(4) 尺寸精度。螺纹的基本偏差根据螺纹结合的配合性质和作用要求来确定。内螺纹的基本偏差优先选用 H，为保证螺纹结合的定心精度及结合强度，可选用最小间隙为零的配合(H/h)。5.5.2 螺纹表面的加工方法1. 车螺纹在普通车床上用螺纹车刀车削螺纹是常用的螺纹加工方法。用来加工三角螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、管螺纹、蜗杆等各种牙型、尺寸和精度的内、外螺纹，尤其是导程和尺寸较大的螺纹，其加工精度可达 IT9IT4 级，表面粗糙度值可达 Ra=3.2 0.4 。车m螺纹时零件与螺纹车刀间的相对运动必须保持严格的
27、传动比关系，即零件每转一周，车刀必须沿着零件轴向移动一个导程。车螺纹的生产率较低，加工质量取决于工人技术水平及机床和刀具的精度。但因车螺纹刀具简单，机床调整方便，通用性广，在单件、小批量生机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)160160产中得到广泛应用。2. 套螺纹与攻螺纹用板牙在圆柱面上加工出外螺纹的方法称为套螺纹。套螺纹时，受板牙结构尺寸的限制，螺纹直径一般为 1mm 52mm。套螺纹又分手工与机动两种，手工套螺纹可以在机床或钳工台上完成，而机动套螺纹需要在车床或钻床上完成。用丝锥在零件内孔表面上加工出内螺纹的方法称为攻螺纹。对于小尺寸的内螺纹，攻螺纹几乎是唯一的加工方法。单件小批生产时
28、，由操作者用手用丝锥攻螺纹；当零件批量较大时，可在车床、钻床或攻丝机上用机用丝锥攻螺纹。采用手工攻螺纹或套螺纹时，板牙或丝锥每转过 1/21 圈后，均应倒转 1/41/2 圈，使切屑碎断后排除，以免因切屑挤塞而造成刀齿或零件螺纹的损坏。攻、套螺纹的加工精度较低，主要用于精度要求不高的普通联接螺纹。攻螺纹与套螺纹因加工螺纹操作简单，生产效率高，成品的互换性也较好，在加工小尺寸螺纹表面中得到了广泛的应用。3. 铣螺纹铣螺纹是在螺纹铣床上用螺纹铣刀加工螺纹的方法，其原理与车螺纹基本相同。由于铣刀齿多，转速快，切削用量大，故比车螺纹生产率高。但铣螺纹是断续切削，振动大，不平稳，铣出螺纹表面较粗糙。因此
29、铣螺纹多用于大批量加工精度不太高的螺纹表面。由于铣刀的廓形设计是近似的，加工精度不高，常用于加大螺距螺纹和梯形螺纹以及蜗杆的粗加工。4. 磨螺纹磨螺纹是精加工螺纹的一种方法，用廓形经修整的砂轮在螺纹磨床上进行的。其加工精度可达 IT6 IT4 级，表面粗糙度 Ra0.8 。m根据采用的砂轮外形不同，外螺纹的磨削分为单线砂轮磨削和多线砂轮磨削，最常见的是单线砂轮磨削，如图 5.4 所示。由于螺纹磨床是结构复杂的精密机床，加工精度高、效率低、费用大，所以磨螺纹一般只用于表面要求淬硬的精密螺纹(如精密丝杠、螺纹量块、丝锥等) 的精加工。图 5.4 单线砂轮磨削螺纹第 5 章 典型表面加工分析 161
30、1615. 滚螺纹和搓螺纹滚螺纹和搓螺纹是一种无屑加工，按滚压法来加工螺纹。用一副滚丝轮在滚丝机上滚轧出零件的螺纹表面称为滚螺纹；用一对搓丝板在搓丝机上轧制出零件的螺纹称为搓螺纹。滚螺纹或搓螺纹时，零件表层金属在滚丝轮或搓丝板的挤压力作用下，产生塑性变形而形成螺纹，生产率特别高；加工的螺纹精度高，滚螺纹可达 IT4 级，搓螺纹可达 IT5 级，螺纹的表面粗糙度 Ra 可达 1.6 0.4 ；滚或搓出螺纹的零件金属纤维组织连续，故强m度高、耐用；滚或搓螺纹的设备简单，材料利用率高；但滚螺纹和搓螺纹只适用于加工塑性好、直径和螺距都较小的外螺纹。5.6 齿轮表面的加工5.6.1 齿轮表面的技术要求齿
31、轮是广泛应用于各种机械和仪表中的一种零件，其作用是按规定的传动比传递运动和功率。由齿轮构成的齿轮传动是机械传动的基本形式之一，因其传动的可靠性好、承载能力强、制造工艺成熟等优点，而成为各类机械中传递运动和动力的主要机构。齿轮传动有圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、齿轮齿条传动以及蜗杆蜗轮传动等。由于齿轮传动的类型很多，对齿轮传动的使用要求也是多方面的，一般情况下，齿轮传动有以下几个方面的使用要求，每种要求都是由齿轮的一个或一组相应的评价指标表示。(1) 齿轮传动准确性。齿轮传动的准确性是指齿轮转动一周内传动比的变动量，评定的指标主要包括：齿距累积总误差；径向跳动、切向综合总误差；径向综合总误差；公法
32、线长度变动等。通过对以上几项公差的控制使齿轮的传动精度达到要求。(2) 齿轮传动的平稳性。齿轮传动的平稳性是指齿轮在转过一个齿距角的范围内传动比的变动量，评定指标有：单个齿距偏差、基圆齿距偏差、齿廓偏差、一齿切向综合误差、一齿径向综合误差等。该项指标主要影响齿轮在转动过程中的噪声。(3) 载荷分布的均匀性。齿轮载荷分布的均匀性是指在轮齿啮合过程中，工作齿面沿全齿宽和全齿长上保持均匀接触，并具有尽可能大的接触面积比。评定指标有螺旋线偏差、接触斑点和轴线平行度误差，通过控制以上指标，保证齿轮传递载荷分布的均匀性，以提高齿轮的使用寿命。(4) 齿轮副侧隙。齿轮副侧隙是指一对齿轮啮合时，在非工作齿面间
33、应留有合理的间隙，目的是为储藏润滑油，补偿齿轮副的安装与加工误差以及受力变形和发热变形，保证齿轮自由回转，评定指标包括齿厚偏差、公法线长度偏差和中心距偏差。(5) 齿坯基准面的精度。齿坯基准表面的尺寸精度和五花八门的精度直接影响齿轮的加工精度和传动精度，齿轮在加工、检验和安装时的径向基准面和轴向辅助基准面应该尽量一致。对于不同精度的齿轮齿坯公差可查阅有关标准。5.6.2 齿轮表面的加工方法无论是圆柱齿轮还是圆锥齿轮的加工，按照加工时的工作原理可分为成形法和展成法两种。机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)1621621. 圆柱齿轮齿面的加工(1) 成形法。采用刀刃形状与被加工齿轮齿槽截面形状相
34、同的成形刀具加工齿轮，常用成形铣刀进行铣齿。成形铣刀有盘状模数铣刀和指状模数铣刀两种，专门用来加工直齿和螺旋齿( 斜齿)圆柱齿轮，其中指状模数铣刀适用于加工模数较大的齿轮，如图 5.5 所示。用成形铣刀加工齿轮时，每次加工齿轮的一个齿槽，零件的各个齿槽是利用分度装置依次切出的。其优点是所用刀具与机床的结构比较简单，还可在通用机床上用分度装置来进行加工。如可在升降台式铣床或牛头刨床上分别用齿轮铣刀或成形刨刀加工齿轮。(a) 盘状模数铣刀 (b) 指状模数铣刀图 5.5 用成形铣刀加工齿轮轮齿用成形法加工齿轮时，由于同一模数的齿轮只要齿数不同，齿形曲线也不相同，为了加工准确的齿形，就需要很多的成形
35、刀具，这显然是很不经济的。同时，因成形刀的齿形误差、系统的分度误差及齿坯的安装误差等影响，加工精度较低，一般低于 IT10 级。常用于单件小批生产和修配行业。(2) 展成法。展成法加工齿面是根据一对齿轮啮合传动原理实现的，即将其中一个齿轮制成具有切削功能的刀具，另一个则为齿轮坯，通过专用机床使二者在啮合过程中由各刀齿的切削痕迹逐渐包络出零件齿面。展成法加工齿轮的优点是：用同一把刀具可以加工同一模数不同齿数的齿轮，加工精度和生产率较高。按展成法加工齿面最常见的方式是插齿、滚齿、剃齿和磨齿，用来加工内、外啮合的圆柱齿轮和蜗轮等。 插齿。插齿主要用于加工直齿圆柱齿轮的轮齿，尤其是加工内齿轮、多联齿轮
36、，还可以加工斜齿轮、人字齿轮、齿条、齿扇及特殊齿形的轮齿。插齿是按展成法的原理来加工齿轮的，如图 5.6(a)所示。插齿精度高于铣齿，可达IT8IT7 级，齿面的表面粗糙度值 Ra=3.2 1.6 ，但生产率较低。当插斜齿轮时，m除了采用斜齿插齿刀外，还要在机床主轴滑枕中装有螺旋导轨副，以实现插齿刀的附加转动。 滚齿。滚齿是用齿轮滚刀在滚齿机上加工齿轮和蜗轮齿面的方法，如图 5.9(b)所示。滚齿精度可达 IT8IT7 级；因为滚齿属连续切削，故生产率比铣齿、插齿都高。滚齿不仅用于加工直齿轮和斜齿轮，还可加工蜗轮和花键轴等；其他许多零件、棘轮、链轮、摆线齿轮及圆弧点啮合齿轮等也都可以设计专用滚
37、刀来加工；它既可用于大批大量生产，也是单件小批生产中加工圆柱齿轮的基本方法。(3) 齿面精加工。铣齿、插齿和滚齿只能获得一般精度的齿面；精度超过 IT7 级或需第 5 章 典型表面加工分析 163163淬硬的齿面，在铣、插、滚等预加工或热处理后还需进行精加工。常用齿面精加工方法如下。(a) 插齿原理 (b) 滚齿原理图 5.6 展成原理及其成形运动 剃齿。剃齿是用剃齿刀对齿轮或蜗轮未淬硬齿面进行精加工的基本方法，是一种利用剃齿刀与被切齿轮作自由啮合进行展成加工的方法。剃齿加工精度主要取决于刀具，只要剃齿刀本身的精度高，刃磨好，就能够剃出表面粗糙度值 Ra =0.8 0.4 、精度为 IT8IT
38、6 级的齿轮。剃齿精度还受剃前齿轮精度m的影响，剃齿一般只能使轮齿精度提高一级。从保证加工精度考虑，剃前工艺采用滚齿比采用插齿好，因为滚齿的运动精度比插齿好，滚齿后的齿形误差虽然比插齿大，但这在剃齿工序中是不难纠正的。剃齿加工主要用于加工中等模数，IT8IT6 级精度、非淬硬齿面的直齿或斜齿圆柱齿轮，部分机型也可加工小锥度齿轮和鼓形齿的齿轮，由于剃齿工艺的生产率极高，被广泛的用作大批大量生产中齿轮的精加工。 珩齿。珩齿是用珩磨轮对齿轮或蜗轮的淬硬齿面进行精加工的重要方法，齿面硬度一般超过 35HRC；与剃齿不同的只是以含有磨料的塑料珩轮代替了原来的剃齿刀，在珩轮与被珩齿轮自由啮合过程中，利用齿
39、面间的压力和相对滑动对被切齿轮进行精加工。但珩齿对零件齿面齿形精度改善不大，主要用于降低热处理后的齿面表面粗糙度。珩磨轮用金刚砂和环氧树脂等混和经浇注或热压而成。金刚砂磨粒硬度极高，珩磨时能切除硬齿面上的薄层加工余量。珩磨过程具有磨、剃和抛光等几种精加工的综合作用。 磨齿。磨齿是按展成法的原理用砂轮磨削齿轮或齿条的淬硬齿面。磨齿需在磨齿机上进行，属于淬硬齿面的精加工。如图 5.7 所示，按展成法磨齿时，将砂轮的工作面修磨成锥面以构成假想齿条的齿面；加工时砂轮以高速旋转为主运动，同时沿零件轴向作往复进给运动；砂轮与零件间通过机床传动链保持着一对齿轮啮合运动关系，磨好一齿后由机床自动分度再磨下一个
40、齿，直至磨完全部齿面。假想齿条的齿面可由两个碟形砂轮工作面来构成，如图 5.7(a)所示，也可由一个锥形砂轮的两侧工作面构成，如图 5.7(b)所示。磨齿工序修正误差的能力强，在一般条件下加工精度能达到 IT8IT6 级精度，表面粗糙度可达 Ra = 0.8 0.16 ，但生产率低，与剃齿形成了明显的对比，但磨齿可加m工淬硬齿面，剃齿则不能。磨齿是齿轮加工中加工精度最高、生产率最低的精加工方法，只是在齿轮精度要求特机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)164164别高(IT5 级以上)，尤其是在淬火之后齿轮变形较大需要修整时才采用磨齿法加工。(a) (b)图 5.7 磨齿2. 齿面加工方案齿轮
41、齿面的精度要求大多较高，加工工艺也较复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的模数、尺寸、结构、材料、精度等级、生产批量、热处理要求和工厂加工条件等。在汽车、拖拉机和许多机械设备中，精度为 IT9IT6 级、模数为 1mm10mm 的中等尺寸圆柱齿轮，齿面加工方案通常按表 5-4 选择。表 5-4 常见齿面加工方案序号 加工方案精度等级生产规模 主要装备 适用范围 说明1 铣齿 IT10IT9单件小批通用铣床、分度头及盘铣刀或指状铣刀机 修 业 、 农 机 业小 厂 及 乡 镇 企业 靠分度头分齿2 滚(插)齿 IT9 IT6单件小批滚(插)齿机、滚(插)齿刀很广泛。滚齿常用于外啮合圆柱齿轮 及 蜗
42、 轮 ； 插齿 常 用 于 阶 梯 轮 、齿 条 、 扇 形 轮 、内 齿轮滚齿的运动精度较高；插齿的齿形精度较高3 滚(插)剃齿 IT7 IT6大批大量滚(插)齿机、剃齿机、滚(插)齿刀、剃齿刀不需淬火的调质齿轮尽量用滚齿后剃齿、双联、三联齿轮插后剃齿4滚(插)剃高频淬火珩 IT6成批大量滚齿机、剃齿机、珩磨机需淬硬的齿轮、机床制造业矫正齿形精度及热处理变形能力较差5 滚(插)淬火 IT6 IT5 单件 滚(插)齿机磨齿机及 精度较高的重载 生 产 率 低 、 精 度第 5 章 典型表面加工分析 165165序号 加工方案精度等级生产规模 主要装备 适用范围 说明磨 小批 滚(插)齿刀、砂轮
43、 齿轮 高机械加工工艺基础(机械制造基础(下册)1661665.7 小 结本章主要介绍了外圆表面、内圆表面、平面及齿轮表面的技术要求和加工方法，并列出了这些表面在实际生产中常用的加工方案。同时简要介绍了成形表面的加工。5.8 习 题1. 试 比 较 分 析 零 件 基 本 表 面 加 工 中 外 圆 、 内 孔 、 平 面 加 工 方 法 的 工 艺 特 点 及 其 适 用范 围。2. 试述零件基本表面加工中车锥面的方法，以及为保证车削精度操作时的注意问题和适用范围。3. 对齿轮表面加工时主要有哪些技术要求？4. 常见的齿形的加工方法有哪些，并分别叙述各自加工精度及适用范围。5. 试比较外圆表面、平面、螺纹技术要求的异同。
