《机械制造工艺》教案第15课编制齿轮类零件机械加工工艺规程（一）.docx

课题编制齿轮类零件机械加工H艺规程(一)课时2课时(90min)教学目标知识技能目标：(1)了解齿轮类零件的功用、结构特点和技术要求(2)熟悉齿轮类零件的材料、毛坯和热处理方法(3)掌握齿轮类零件的加工方法素质目标：(1)养成专注技艺、追求卓越、科学严谨的工作作风(2)践行迎难而上、乐于奉献的团队精神教学重难点教学重点：齿轮类零件的功用、结构特点和技术要求；齿轮类零件的材料、毛坯和热处理方法教学难点：齿轮类零件的加工方法教学方法情景模拟法、讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载”项目工单一编制齿轮类零件的机械加工工艺规程”，并根据任务工单进行组内分工，同时提醒同学通过APP或其他学习软件，收集齿轮类零件的加工方法的相关资料，并进行了解【学生】提前上网现看相关资料，熟悉教材考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到问题导入【教师】讲述“B机械厂加工双联齿轮”案例，并提出问题：齿轮类零件的结构特点是什么？【学生】聆听、思考、讨论、回答传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解齿轮类零件的功用、结构特点和技术要求，齿轮类零件的材料、毛还和热处理方法，以及齿轮类零件的加工方法等知识一、齿轮类零件的基础知识(一)齿轮类零件的功用及结构特点【教师】扫码播放“齿轮的种类”视频，并进行讲解1 .齿轮类零件的功用母仑类零件在机器和仪器中应用极为广泛,其主要功用是按照一定的传动比传递运动和动力。2 .齿轮类零件的结构特点谢仑类零件虽然因使用要求不同而具有各种不同的结构，但是从工艺角度来讲，它们都由齿圈和轮体两部分组成。齿轮类零件种类繁多，通常可从以下几方面进行分类。【教师】通过多媒体展示“圆柱齿轮”图片，并进行讲解(1)按照用途和传动情况的不同，齿轮类零件可分为圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗轮和蜗杆。其中，圆柱齿轮又分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿圆柱齿轮.【教师】通过多媒体展示“齿轮类零件”图片，并进行讲解(2)按照轮体结构特点的不同，齿轮类零件可分为盘形齿轮、套类齿轮、齿轮轴和齿条等。其中，盘形齿轮又分为单联齿轮、双联齿轮和三联齿轮。(3)按照齿廓形状的不同，齿轮类零件可分为渐开线齿轮和圆弧齿轮。(4)按照齿圈上轮齿所在表面的不同，齿轮类零件可分为外齿轮和内齿轮。在上述各种齿轮类零件中，盘形齿轮应用最广。盘形齿轮一般为回转体零件，其结构特点是径向尺寸较大，轴向尺寸较小。盘形齿轮主要由孔、外圆、端面和沟槽等组成。盘形齿轮的孔多为精度较高的圆柱孔或花键孔，其轮缘具有一个或几个齿圈。盘形齿轮的孔和端面通常是加工、检验和装配的基准。(二)齿轮类零件的技术要求1.精度为保证齿轮类零件传递运动准确平稳，应使其齿面接触良好、齿侧间隙适当，即齿面偏差、径向综合偏差与径向跳动应满足相应精度等级公差的要求.1)齿面偏差齿面偏差主要包括齿距偏差、齿廓偏差和螺旋线偏差。其中，齿距偏差是指在齿轮类零件的分度圆上，实际齿距与公称齿距之差；齿廓偏差是指实际齿廓偏离设计齿廓的量，它在齿轮端平面内沿垂直于渐开线齿廓的方向计值；螺旋线偏差是指在端面基圆切线方向上测得的实际螺旋线偏离设计螺旋线的量。2)径向综合偏差径向综合偏差是指被测齿轮类零件与理想齿轮类零件双面啮合并转一圈时，被测齿轮类零件分度圆上实际圆周位移与理论圆周位移的最大差值。径向综合偏差主要受机床误差、刀具误差和定位误差的影响。3)径向跳动径向跳动是指以被测齿轮类零件回转轴线为基准,被测齿轮类零彳牛各齿槽齿高中部径向的最大变动量。径向®)励主要受机床误差和调整误差的影响。【教师】提出问题：齿面偏差和径向跳动的精度是多少？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答根据国家标准GB"10095.1-2022圆柱齿轮ISO齿面公差分级制第】部分：齿面偏差的定义和允许值的规定，齿面偏差和径向跳动的精度等级分为11级，从高到低为I级到11级，与各精度等级相对应的公差可通过公式进行计算。2.表面粗糙度齿面和孔的表面粗糙度Ra一般为1.6m,齿端的表面粗糙度Ra一般为3.2m,齿顶圆柱的表面粗糙度Ra一股为6.3m0(三)齿轮类零件的材料、毛还及热处理【教师】扫码播放“常用毛坯的适用材料及其特点“视频，并进行讲解1 .齿轮类零件的材料对于齿轮类零件，应根据使用时的工作条件选择合适的材料。材料选择得合适与否，对齿轮类零件的加工性能和使用寿命都有直接影响。一般来说，对于低速重载的齿轮类零件，齿面受压会产生塑性变形和磨损，且轮齿易折断，应选用综合力学性能较好的材料，如18CrMnTi对于线速度高的齿轮类零件,齿面容易产生疲劳点蚀，应选用齿面硬度较高的材料，如38CrMoAl对于一些载荷较小的齿轮类零件，应选用低碳钢和铸铁等材料.对于一般用途的齿轮类零件，应选用中碳结构钢和低碳合金结构钢，如20Crx40Cr.20CrMnTi等。2 .齿轮类零件的毛坯齿轮类零件的毛坯（也称齿坯）主要有型材、锻件和铸件。对于结构简单且强度要求不高的齿轮类零件，可选择型材作为毛坯。对于要求强度高、耐磨损、耐冲击的齿轮类零件，可选择锻件作为毛坯；对于大批生产的齿轮类零件，可选择精密模锻件作为毛坯。对于直径为400600mm的齿轮类零件，可选择铸件作为毛坯。3 .齿轮类零件的热处理1）齿坯热处理在齿坯加工前后安排预备热处理正火或调质，主要目的是消除锻造及粗加工所产生的残余应力，提高综合力学性能.正火一般安排在齿坯粗加工之前进行，调质多安排在齿坯粗加工之后进行。正火可改善齿坯的切削加工性能，因此生产中应用较多。2）齿面热处理齿形加工完毕后,为提高齿面的硬度和耐磨性，常安排渗碳淬火、高频感应淬火、碳氮共渗和渗氮等热处理工序.二、齿轮类零件的加工方法【教师】提出问题：齿轮类零件常用的加工方法有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答,并迸行讲解齿轮类零件加工的关键是齿形加工。按照加工原理的不同，齿形加工方法可分为成形法和展成法。（一）成形法【教师】通过多媒体展示“成形法”图片，井进行讲解成形法是指利用与被加工齿轮类零件的齿槽形状相一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。成形法有铳齿、拉齿、插齿、刨齿和磨齿等加工方式,其中最常用的是在普通铳床上用模数铳刀铳齿。当齿轮模数m<8mm时，一般在卧式铳床上用盘形模数铳刀铳齿，如图（a）所示；当齿轮模数m8mm时，一般在立式铳床上用指形模数铳刀铳齿，如图（b）所示.成形法铳齿时，齿坯安装在工作台的分度头上，模数铳刀做旋转主运动，齿坯做直线进给运动，实现齿槽的成形加工。每铳完一个齿槽，分度头就将工件转过一定角度，模数铳刀再加工另一个齿槽，直至加工出所有齿槽。斜齿圆柱齿轮铳齿时通常在万能铳床上进行,工作台偏转一个螺旋角，齿还在随工作台进给的同时，由分度头带动做附加旋转运动，从而加工出螺旋齿槽。【教师】通过多媒体展示“模数跣刀刀号及加工齿数范围”表格，并进行i井解渐开线齿轮的齿廓形状由齿轮模数m和齿数z决定。用成形法加工的齿廊形状由模数铳刀刀刃形状来保证，齿廓分布的均匀性由分度头的分度精度来保证。因此，要加工出准确的齿形，就要求同一模数、不同齿数的齿轮类零件都要用相同模数的铳刀加工，这将导致铳刀数量非常多，在生产中是极不经济的。实际生产中，为减少铳刀的数量，同一模数的铳刀通常只做出8把，它们分别用于加工一定齿数范围齿形相近的齿轮类零件。模数铳刀刀号及加工齿数范围如表所示。模数铁刀刀号及加工齿数范围刀号12345678加工齿数范围12-1314-1617-2021-2526-3435-545513434以上用成形法铳齿时，由于受铳刀齿形误差和分度误差的影响，所加工出的齿轮类零件存在较大的齿形误差和分度误差,因此加工精度较低，通常为912级，表面粗糙度Ra为6.33.2m模数铳刀较其他刀具结构简单、制造容易，因此生产成本低.由于每铳一个齿槽均需要进行切入、切出、退刀及分度等工作，加工时间和辅助时间长，因此生产率低。成形法一般用于单件小批生产或机械维修工作中，以及加工重型机械中精度要求不高的大型齿轮类零件。（二）展成法展成法是指在专用机床上按齿轮啮合原理加工齿面的方法。此法的特点是效率高、精度好、刀具通用性好，是目前齿轮类零件主要采用的加工方法.展成法主要有滚齿、插齿、剃齿、桁齿和磨齿等加工方式，其中剃齿、跖齿和磨齿属于精加工。1 .滚齿【教师】通过多媒体展示“滚齿”图片，并讲解滚齿的概念及使用方法滚齿是指用齿轮滚刀加工圆柱齿轮、蜗轮等的齿面的方法。它是生产率较高、应用最广的加工方法.在滚齿机上用齿轮滚刀加工工件，相当于一对圆柱齿轮做无侧隙强制性的啮合。滚齿具有较好的通用性，可加工圆柱齿轮、蜗轮、渐开线齿轮和圆弧齿轮。滚齿的加工精度为59级，一般滚齿可用作精度等级为78级齿轮类零件的加工，也可用作精度等级为7级以上齿轮类零件的粗加工及半精加工。因为滚齿时齿面由齿轮滚刀的刀齿包络而成，参加切削的刀齿数有限，所以轮齿的表面粗糙度较大。因此，为了提高滚齿的加工精度和齿面质量，宜将粗加工和精加工的滚齿分开。2 .插齿【教师】通过多媒体展示“插齿”图片，并讲解插齿的概念及使用方法插齿圄三用插齿刀加工内齿轮、外齿轮或齿条等的齿面的方法。插齿过程相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮相啮合。插齿刀相当于一个磨有前角、后角并具有切削刃的高精度圆柱齿轮，而工件则相当于另一个圆柱齿轮。【教师】提出问题：插齿与滚齿有何异同？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答,并进行讲解与滚齿相比，插齿的加工精度更高，表面粗糙度更小，但所加工的齿轮类零件传递运动的准确性较差，齿向误差较大.因此，对传递运动准确性要求不高的齿轮类零件可采用插齿加工，对传递运动准确性要求较高的齿轮类零件则可采用滚齿加工。3 .剃齿【教师】通过多媒体展示“剃齿”图片，并讲解剃齿的概念及使用方法剃齿就用剃齿刀对圆柱齿轮、蜗轮等的齿面进行精加工的方法。它是剃齿刀带动工件转动并模拟一对圆柱齿轮做双面无侧隙啮合的过程。剃齿刀与工件的轴线交错成一定角度。剃齿刀可视为一个高精度的斜齿轮。剃齿的加工精度一般为67级,表面粗糙度Ra为0.8m剃齿具有很高的生产率比磨齿高10倍以上),可用于未淬火的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮的精加工，特别是能广泛应用于大量生产中。4 .桁齿玷齿是指用桁磨轮对圆柱齿轮、蜗轮等的齿面进行精加工的方法.齿轮类零件淬火后的轮齿表面有氧化皮，影响表面粗糙度，热处理变形也影响加工精度。桁齿适用于经滚齿、插齿或剃齿加工后，齿面淬硬朝F卒硬的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮，其加工精度为67级。当工件硬度超过35HRC时，可使用防齿代替剃齿。跖齿原理与剃齿相似，跖磨轮与工件类似于一对圆柱齿轮呈无侧隙啮合，利用其齿面间的相对滑动和压力来进行拓齿。跖齿具有以下工艺特点。(1)跖磨轮结构虽和砂轮相以，但玷½速度(通常为l3ms)较低，跖磨轮的磨粒粒度较细、弹性较大,故跖齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。(2)跖齿时，由于存在齿面间隙，除沿齿向有相对滑动外，沿渐开线方向也存在滑动，因此齿面会形成复杂的网纹，从而影响齿面质量，表面粗糙度Ra会从1.6m降为0.40.8m.(3)跖磨轮对跖齿各项误差的修正作用不强，跖磨轮误差一般不会反映到齿轮类零件上。因此，跖齿对跖磨轮的精度要求不高。(4)肖浩主要用面±啥口球L肖不抽0.25mm,西1000r/minULt,嫡0.050.065mmr0【教师】通过多媒体展示“跖磨轮”图片，提出问题：桁磨轮的作用是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答桁磨轮是跖齿的刀具，是将磨料、环氧树脂等原料混合后在铁芯上浇铸或热压而成的具有较高齿形精度的斜齿圆柱齿轮。桁磨轮的制造工艺简单，成本低，硬度极高。桁磨轮主要靠磨粒进行切削。5 .磨齿磨齿息旨用砂轮磨削圆柱齿轮、齿条等的齿面的方法。它是现有齿轮类零件加工方法中力Ql精度最高的一种。磨齿的加工精度TS为46级，表面粗糙度Ra为0.20.8m磨齿不仅能消除预加工生的各项误差，而且能加工淬硬的齿轮类零件。它的主要缺点是生产率较低，加工成本较高。磨齿多用于单件小批生产中硬齿面高精度齿轮类零件的精加工。【教师】通过多媒体展示“磨齿类型”图片，并进行讲解1)双片蝶形砂轮磨齿双片蝶形砂轮倾斜安装后，即构成假想齿条的两个齿面。磨齿时，双片蝶形砂轮高速旋转；而工件一边旋转，一边沿轴线做低速进给运动。当一个齿槽的两侧面磨完时，双片蝶形砂轮快速退出，经分度后继续磨其他齿面。这种磨齿方法的加工精度为45级，是磨齿中加工精度最高的一种。2)锥形砂轮磨帽锥形砂轮磨齿的原理与双片蝶形砂轮磨齿相同。磨齿时，锥形砂轮一边高速旋转，一边沿工件轴向做快速往复运动。磨完一个轮齿后，锥形砂轮快速退出，经分度后再进入下一个齿槽位置磨齿。这种磨齿方法的加工精度为56级，生产率比双片蝶形砂轮磨齿高。3)蝎杆砂轮磨齿蜗杆砂轮磨齿是新发展起来的连续分度磨齿法，其原理与滚齿相似。磨齿时，砂轮高速旋转，工件不仅通过机床的两台同步电动机做展成运动，而且沿轴向做进给运动，从而磨出全齿宽。由于蜗杆砂轮磨齿具有连续分度和砂轮转速较高的优点，因此其生产率比上述两种磨齿都高。(三)齿轮类零件加工方法的选择【教师】提出问题：怎样选择齿轮类零件的加工方法？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，并讲解新知齿轮类零件加工方法可从以下几个方面加以考虑和选择。(1)对于精度等级为8级及8级以下的不淬硬齿轮类零件，可采用铳齿、滚齿或插齿，以使该零件直接达到加工精度要求。(2)对于精度等级为8级及8级以下的淬硬齿轮类零件，需要在淬火前将加工精度提高一级，加工方法为滚(插)齿一齿端加工一齿面淬硬Tt正孔.(3)对于精度等级为67级的不淬硬齿轮类零件，加工方法为滚(插)齿一齿端加工一剃齿。(4)对于精度等级为67级的淬硬齿轮类零件，加工方法有以下两种。滚(插)齿一齿端加工一剃齿一齿面淬硬一修正孔Tj齿.滚(插)齿一齿端加工一齿面淬硬T修正孔一磨齿。其中，第一种方法生产率高,广泛用于精度等级为7级的齿轮类零件的成批生产中。第二种方法生产率低，一般用于精度等级为6级以上的齿轮类零件的加工中。(5)对于精度等级为5级及5级以上的齿轮类零件，加工方法为滚(插)齿一齿端加工一齿面淬硬T修正孔一磨齿。【教师】通过多媒体展示“齿端倒圆”图片，提出问题：齿轮类零件的齿端加工方法有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答齿轮类零件的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺四种。其中，齿端倒圆应用最多。倒圆时，工件彳氐速旋转，铳刀在高速旋转的同时沿工件轴向做往复直线运动。工件每转过一齿，铳刀就往复运动一次，两者在相对运动中完成齿端倒圆。【学生】聆听、思考、理解、记忆课堂讨论【教师】组织学生以小组为单位讨论以下问题：(1)齿坯常用的热处理方法有哪几种？它们是如何安排的？(2)简述成形法铳齿的特点。(3)可从哪几个方面考虑和选择齿轮类零件的加工方法？【学生】聆听、思考、小组讨论。由小组代表上台发表讨论结果【教师】总结学生的发言，并评价各组学生的表现课堂小结【教师】简要总结本节课的要点(1)齿轮类零件的基础知识(2)齿轮类零件的加工方法【学生】总结回顾知识点作业布置【教师】布置课后作业教学反思【学生】完成课后任务