三、剃齿
(一)剃齿原理
剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度，如图9－12a所示，剃齿刀为主动轮1，被切齿轮为从动轮2，它们的啮合为无侧隙双面啮合的自由展成运动。在啮合传动中，由于轴线交叉角“φ”的存在，齿面间沿齿向产生相对滑移，此滑移速度v切=(vt2-vt1)即为剃齿加工的切削速度。剃齿刀的齿面开槽而形成刀刃，通过滑移速度将齿轮齿面上的加工余量切除。由于是双面啮合，剃齿刀的两侧面都能进行切削加工，但由于两侧面的切削角度不同，一侧为锐角，切削能力强；另一侧为钝角，切削能力弱，以挤压擦光为主，故对剃齿质量有较大影响。为使齿轮两侧获得同样的剃削条件，则在剃削过程中，剃齿刀做交替正反转运动。
剃齿加工需要有以下几种运动：
1.剃齿刀带动工件的高速正、反转运动―基本运动。
2.工件沿轴向往复运动－使齿轮全齿宽均能剃出
3.工件每往复一次做径向进给运动－以切除全部余量。
综上所述，剃齿加工的过程是剃齿刀与被切齿轮在轮齿双面紧密啮合的自由展成运动中，实现微细切削过程，而实现剃齿的基本条件是轴线存在一个交叉角，当交叉角为零时，切削速度为零，剃齿刀对工件没有切削作用。
（二）剃齿特点
1.剃齿加工精度一般为6～7级，表面粗糙度Ra为0.8～0.4μm，用于未淬火齿轮的精加工。
2.剃齿加工的生产率高，加工一个中等尺寸的齿轮一般只需2～4 min，与磨齿相比较，可提高生产率10倍以上。
3.由于剃齿加工是自由啮合，机床无展成运动传动链，故机床结构简单，机床调整容易。
（三）保证剃齿质量应注意的几个问题
1. 对剃前齿轮的加工要求
（1）剃前齿轮材料 要求材料密度均匀，无局部缺陷，韧性不得过大，以免出现滑刀和啃切现象，影响表面粗糙度。剃前齿轮硬度在22 ～32HRC范围内较合适。
（2）剃前齿轮精度 由于剃齿是“自由啮合”，无强制的分齿运动，故分齿均匀性无法控制。由于剃前齿圈有径向误差，在开始剃齿时，剃齿刀只能与工件上距旋转中心较远的齿廓做无侧隙啮合的剃削，而与其它齿则变成有齿侧间隙，但此时无剃削作用。连续径向进给，其它齿逐渐与刀齿作无侧隙啮合。结果齿圈原有的径向跳动减少了，但齿廓的位置沿切向发生了新的变化，公法线长度变动量增加。故剃齿加工不能修正公法线长度变动量。虽对齿圈径向跳动有较强的修正能力，但为了避免由于径向跳动过大而在剃削过程中导致公法线长度的进一步变动，从而要求剃前齿轮的径向误差不能过大。除此以外，剃齿对齿轮其它各项误差均有较强的修正能力。
分析得知，剃齿对第一公差组的误差修正能力较弱，因此要求齿轮的运动精度在剃前不能低于剃后要求，特别是公法线长度变动量应在剃前保证；其它各项精度可比剃后低一级。
（3）剃齿余量 剃齿余量的大小，对加工质量及生产率均有一定影响。余量不足，剃前误差和齿面缺陷不能全部除去；余量过大，刀具磨损快，剃齿质量反而变坏。表9—5可供选择余量时参考。
表9－5 剃齿余量(mm)
模数
剃齿余量
1～1.75
0.07
2～3
0.08
3.25～4
0.09
4～5
0.10
5.5～6
0.11
剃齿刀的精度分A、B、C三级，分别加工6、7、8级精度的齿轮。剃齿刀分度圆直径随模数大小有三种：85 mm、180 mm、240 mm，其中240 mm 应用最普遍。分度圆螺旋角有5°、10°、15°三种，其中5°和10°两种应用最广。15°多用于加工直齿圆柱齿轮；5°多用于加工斜齿轮和多联齿轮中的小齿轮。在剃削斜齿轮时，轴交叉φ不宜超过10°～20°，不然剃削效果不好。
3.剃后的齿形误差与剃齿刀齿廓修形
剃齿后的齿轮齿形有时出现节圆附近凹入，如图9－13所示，一般在0.03 mm左右。被剃齿轮齿数越少，中凹现象严重。
为消除剃后齿面中凹现象，可将剃齿刀齿廓修形，需要通过大量实验才能最后确定。也可采用专门的剃前滚刀滚齿后，再进行剃齿。
四、珩齿
淬火后的齿轮轮齿表面有氧化皮，影响齿面粗糙度，热处理的变形也影响齿轮的精度。由于工件已淬硬，除可用磨削加工外，但也可以采用珩齿进行精加工。
珩齿原理与剃齿相似，珩轮与工件类似于一对螺旋齿轮呈无侧隙啮合，利用啮合处的相对滑动，并在齿面间施加一定的压力来进行珩齿。
珩齿时的运动和剃齿相同。即珩轮带动工件高速正、反向转动，工件沿轴向往复运动及工件径向进给运动。与剃齿不同的是开车后一次径向进给到预定位置，故开始时齿面压力较大，随后逐渐减小，直到压力消失时珩齿便结束。
珩轮由磨料（通常80＃～180＃粒度的电刚玉）和环氧树脂等原料混合后在铁芯浇铸而成。珩齿是齿轮热处理后的一种精加工方法。
与剃齿相比较，珩齿具有以下工艺特点：
（1）珩轮结构和磨轮相似，但珩齿速度甚低（通常为1～3m/s），加之磨粒粒度较细，珩轮弹性较大，故珩齿过程实际上是一种低速磨削、研磨和抛光的综合过程。
（2）珩齿时，齿面间隙沿齿向有相对滑动外，沿齿形方向也存在滑动，因而齿面形成复杂的网纹，提高了齿面质量，其粗糙度可从Ra1.6μm降到Ra0.8～0.4μm。
（3）珩轮弹性较大，对珩前齿轮的各项误差修正作用不强。因此，对珩轮本身的精度要求不高，珩轮误差一般不会反映到被珩齿轮上。
（4）珩轮主要用于去除热处理后齿面上的氧化皮和毛刺。珩齿余量一般不超过0.025mm，珩轮转速达到1000 r/min以上，纵向进给量为0.05 ～0.065mm/r。
（5）珩轮生产率甚高，一般一分钟珩一个，通过3～5次往复即可完成。
五、磨齿
磨齿是目前齿形加工中精度最高的一种方法。它既可磨削未淬硬齿轮，也可磨削淬硬的齿轮。磨齿精度4～6级，齿面粗糙度为Ra0.8 ～0.2μm。对齿轮误差及热处理变形有较强的修正能力。多用于硬齿面高精度齿轮及插齿刀、剃齿刀等齿轮刀具的精加工。其缺点是生产率低，加工成本高，故适用于单件小批生产。
（一）磨齿原理及方法
根据齿面渐开线的形成原理，磨齿方法分为仿形法和展成法两类。仿形法磨齿是用成形砂轮直接磨出渐开线齿形，目前应用甚少；展成法磨齿是将砂轮工作面制成假想齿条的两侧面，通过与工件的啮合运动包络出齿轮的渐开线齿面。
下面介绍几种常用的磨齿方法：
1.锥面砂轮磨齿
采用这类磨齿方法的有Y7131 和Y7132型磨齿机。它们是利用假想齿条与齿轮的强制啮合关系进行展成加工，如图9－14所示
2.双片蝶形砂轮磨齿
图9－16所示双片蝶形砂轮磨齿。
两片蝶形砂轮磨齿构成假想齿条的两个侧面。磨齿时砂轮只在原位回转（n0）；工件作相应的正反转动(n)和往复移动（v），形成展成运动。为了磨出工件全齿宽，工件还必须沿其轴线方向作慢速进给运动（f）。当一个齿槽的两侧面磨完后，工件快速退出砂轮，经分度后再进入下一个齿槽位置的齿面加工。
上述展成运动可通过图9－16b所示的机构实现。通过图中滑座7和框架2、滚圆盘3及钢带4所组成的滚圆盘钢带机构，以实现工件正反转动(n)与往复移动（v）的配合运动。工件慢速进给（f）由工作台1的移动完成。
这种磨齿方法由于产生展成运动的传动环节少、传动链误差小（砂轮磨损后有自动补偿装置予以补偿）和分齿精度高，故加工精度可达4级。但由于碟形砂轮刚性差，切削深度较小，生产率低，故加工成本较高，适用于单件小批生产中外啮合直齿和斜齿轮的高精度加工。
（二）提高磨齿精度和磨齿效率的措施
1．提高磨齿精度的措施
（1）合理选择砂轮
砂轮材料选用白刚玉（WA），硬度以软、中软为宜。粒度则根据所用砂轮外形和表面粗糙度要求而定，一般在46＃～80＃的范围内选取。对蜗杆型砂轮，粒度应选得细一些。因为其展成速度较快，为保证齿面较低的粗糙度，粒度不宜较粗。此外，为保证磨齿精度，砂轮必须经过精确平衡。
（2）提高机床精度
主要是提高工件主轴的回转精度，如采用高精度轴承，提高分度盘的齿距精度，并减少其安装误差等。
（3）采用合理的工艺措施
主要有：按工艺规程进行操作；齿轮进行反复的定性处理和回火处理，以消除因残余应力和机械加工而产生的内应力；提高工艺基准的精度，减少孔和轴的配合间隙对工件的偏心影响；隔离振动源，防止外来干扰；磨齿时室温保持稳定，每磨一批齿轮，其温差不大于1°C；精细修整砂轮，所用的金刚石必须锋利，等等。
2．提高磨齿效率的措施
磨齿效率的提高主要是减少走刀次数，缩短行程长度及提高磨削用量等。常用措施如下：
（1）磨齿余量要均匀，以便有效地减少走刀次数；
（2）缩短展成长度，以便缩短磨齿时间。粗加工时可用无展成磨削；
（3）采用大气孔砂轮，以增大磨削用量。
六、齿轮加工方案选择
齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出齿轮加工方案选择时的几条原则，以供参考：
1.对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。
2.对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔。
3.对于6 ～7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿－剃齿。
4.对于6 ～7级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：
（1）剃－珩磨方案
滚（插）齿－齿端加工－剃齿－齿面淬硬－修正内孔－珩齿。
（2）磨齿方案
滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔－磨齿。
剃－珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。
5.对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。
6.对于大批量生产，用滚（插）齿－冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。
