展成法：制造齿轮的精密加工技术

大批量制造齿轮时广泛采用展成法。展成法加工齿轮常在滚齿机、插齿机、刨齿机和磨齿机等机床上进行。

1）齿形的滚齿加工

滚齿是在滚齿机上用与被切齿轮同模数的齿轮滚刀来加工齿轮的，如图5-77所示。

（1）工作原理。滚齿是利用齿轮与齿条啮合原理来加工齿轮的。齿条与同模数的任何齿数的渐开线齿轮都能正确地啮合。因此，如能将齿条制造出切削刃，并像插刀一样作上下往复切削运动（图5-78（a）），当齿条移动一个齿距时，使齿坯的分度圆也相应转过一个周节的弧长，就可正确地切出渐开线齿形来（图5-78（b））。

图5-77用滚刀加工齿轮

1—齿轮滚刀　2—工件

把齿条当做刀具来加工齿轮时，齿条刀不可能做得很长，假如将齿条刀的刀齿有规律地分布在圆柱体的螺旋面上（图5-78（c）），就得到了滚刀的外形，当滚刀旋转起来时，就相当于齿条在移动。从滚切原理可知，用一把滚刀就可以滚切同一模数任何齿数的齿轮。

图5-78　滚齿的工作原理

（2）切削运动。滚齿的主运动是滚刀的旋转运动。进给运动有两个：①展成运动，即工件和滚刀所作的啮合运动，对于单头滚刀，滚刀转一转，工件相对于滚刀转动一个齿；②垂直进给运动，即滚刀沿工件轴线方向作连续的进给运动，以切出工件整个齿宽上的齿形。

（3）特点与用途。滚切时，滚刀是用几个齿同时并连续地切削齿轮毛坯，齿轮上的每个齿都是滚刀上同样的几个刀齿切出来的，齿距的累积误差较小，因此，它与仿形法相比不仅有较高的生产率，同时可达到较高的加工精度。一般滚齿可以加工8～9级精度的齿轮，使用高精度的滚刀，也可加工7级精度的齿轮，表面粗糙度值Ra可达0.4～1.6μm。

图5-79　用插齿刀加工齿轮

1—插齿刀　2—工件

滚齿主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮等，但不能加工内齿轮及相距太近的多联齿轮。滚齿可作为剃齿或磨齿等齿形精加工之前的粗加工和半精加工。

2）齿形的插齿加工

插齿是在插齿机上用插齿刀加工齿轮的，如图5-79所示。

（1）工作原理。插齿是按展成法的原理来加工齿轮的。插齿加工的过程，类似一对相啮合的圆柱齿轮，在其中一个齿轮的端面上加工出前角，齿顶和齿侧面加工出后角，成为有切削刃的插齿刀。插齿刀与齿轮工件在作无间隙啮合的运动过程中，将工件加工出齿形。

（2）切削运动。插齿加工相当于一对齿轮的啮合滚动。工作时，插齿刀沿其轴线作往复插削的主运动。进给运动有：①工件与插齿刀之间的展成运动；②为了切出整个齿高，插齿刀还需要作径向进给运动；③为了避免插刀与工件的已加工表面发生摩擦而磨损刀具和工件，在刀具回程时工件的让刀运动。(www.xing528.com)

（3）特点与用途。插齿主要用于加工直齿圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，还可以加工直齿齿条、齿扇和斜齿轮。与滚齿法相比，插齿法的加工精度较高，可加工7～9级精度的齿轮，表面粗糙度值较小（Ra可达0.2～1.6μm）。但加工模数较大的齿轮，插齿效率不如滚齿。

3）齿形精加工

（1）剃齿加工。剃齿是用剃齿刀对已经加工出的未淬硬齿面进行精加工。剃齿时，剃齿刀与齿轮啮合旋转，在齿面上剃下发丝状的细屑（厚度为0.005～0.01mm），用以修正齿形和细化表面粗糙度。剃齿只能加工未淬硬（＜35HRC）的齿轮。

①工作原理。图5-80为剃齿刀及其工作情况。剃齿的加工原理相当于一对斜齿轮副的无间隙啮合过程。剃齿刀的外形和齿轮相似，齿面有许多横向狭槽作为刀刃，工作时由剃齿刀带动工件旋转。由于剃齿刀与工件的轴线相交成β角（一般取β等于10°～15°）。故刀刃与工件齿面有横向滑动，产生切削运动。

图5-80　剃齿

1—剃齿刀　2—工件

②切削运动。剃齿加工的主运动是剃齿刀的正反向旋转运动，工件在剃齿刀带动下转动。进给运动有：a.工件沿轴向往复移动；b.剃齿刀的径向移动（进退刀）。

图5-81　两种珩磨轮结构

③特点与用途。剃齿是精加工齿轮齿形的一种方法，常用于滚齿之后以进一步提高精度和表面粗糙度。其加工质量较好，一般可达6～7级，表面粗糙度值Ra可达0.2～0.8μm。剃齿加工的生产效率和刀具耐用度都较高，所用机床简单、调整方便，在机床、汽车、拖拉机齿轮制造中应用很广。

（2）珩齿加工。珩齿是用塑料和磨料制成的珩轮作为刀具对硬齿面齿轮进行的精加工。图5-81为两种珩磨轮的结构，一是带齿芯的，一是不带齿芯的。

珩齿的加工原理与剃齿相同。珩齿时，珩轮与被加工齿轮啮合旋转，珩磨轮上的磨料借助于珩磨轮齿面与工件齿面间产生的相对滑动磨去工件齿面的金属。

这种方法适用于淬火后硬度较高的齿轮的光整加工，加工精度主要取决于珩齿前齿轮精度和珩磨时间，一般可达6到7级，齿面粗糙度值Ra可达0.2～0.8μm，与磨齿相比，加工成本低、效率高、表面质量好。

（3）磨齿加工。磨齿是用砂轮作为刀具，磨削已经加工出的齿面。齿轮经过热处理后，齿的表面硬度很高，不能用金属刀具来加工，只能用砂轮磨削进一步精加工。磨齿精度为5～6级，表面粗糙度值Ra为0.1～0.8μm。

图5-82（a）是用蜗杆形砂轮来磨削齿轮轮齿，其工作原理与滚齿相似。这类磨齿机的效率高，但砂轮形状复杂，修整较困难。

图5-82（b）是在磨齿机上用两个碟形砂轮滚磨齿轮的情况。两个砂轮的轴线互相倾斜，使其工作表面形成假想齿条的齿侧面，加工的齿轮沿这个假想齿条滚动。磨齿加工的精度高，表面粗糙度数值小，其主要缺点是生产效率低，加工费用高。

图5-82　展成法磨齿机的工作原理

磨齿多用于对淬硬齿轮的齿面进行精加工，能够纠正齿轮轮齿在预加工中产生的各项误差，可得到较高的加工精度。