10-2 齿轮加工方法（教案）《机械制造工艺基础》上好课（劳动版·第八版）

《机械制造工艺基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 10-2 齿轮加工方法 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 二、设计意图 学情分析 学生能够识读齿轮零件图，理解模数、压力角、齿数等基本参数。在上一节中，学生已了解了滚齿机、插齿机的结构与运动，对齿轮加工有了初步认识。学生动手能力强，对加工过程感兴趣，但空间想象能力较弱，对“展成法包络原理”“滚刀安装角计算”等抽象内容理解困难。教学中需借助动画、图示、类比等方式帮助理解。 背景分析 本节内容选自中国劳动社会保障出版社《机械制造工艺基础》。本章是全书的重点章节之一，系统介绍了典型零件——齿轮的加工工艺。本节作为开篇，是理解和掌握后续齿形加工方法（滚、插、剃、珩、磨）的基石。教材内容编排逻辑清晰，从齿轮加工的宏观分类（成形法、展成法）入手，进而详细介绍了滚齿机、插齿机两种核心设备的应用、运动构成，并配以丰富的结构图（图10-2至图10-11），直观展示了机床部件与刀具形态。最后，重点阐述了滚刀安装角的调整方法，这是理论与实践结合的关键点。本节内容理论性强，概念多，但对建立齿轮加工的工艺体系至关重要。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 1. 通过了解精密齿轮加工过程，培养精益求精的工匠精神。 2. 养成严谨细致的工艺分析习惯。 1. 能说出成形法与展成法的基本原理及区别。 2. 能列举常见齿形加工方法及其加工精度、适用范围。 3. 能描述铣齿、滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿的工作原理与特点。 4. 能根据齿轮类型选择合适的加工方法。 1. 能根据齿轮结构（直齿/斜齿、内齿/外齿、多联齿轮）合理选择加工方法。 2. 能判断滚刀安装角计算公式及倾斜方向。 3. 能正确使用教材中的表10-2、10-3进行加工方法选择。 学习任务 描述 1.识记成形法与展成法的本质区别。 2.掌握表10-2中八种齿形加工方法的工作原理、精度等级、适用范围。 3.理解铣齿加工中成形铣刀的选择方法（表10-3）。 4.掌握滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿的运动构成与工艺特点。 5.能根据齿轮类型（直齿、斜齿、内齿轮、多联齿轮、淬火齿轮）合理选择加工方法。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 1. 表10-2中八种齿形加工方法的原理、精度、适用范围。 2. 滚齿、插齿的工作原理与运动。 3. 剃齿、珩齿、磨齿的应用场景。 教学难点 1. 展成法（范成法）包络原理的理解。 2. 滚齿与插齿的运动精度差异分析。 3. 磨齿方法的分类与适用场景。 教学难点突破方法 1. 图示分析法 2. 类比教学法 3. 分步引导法 4. 案例诊断法 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、问答法； 学法 观察归纳法、练习巩固法、背诵记忆法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械制造工艺基础》，人力资源社会保障部教材办公室组织编写。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 新课导入（2分钟） [引入主题]（2分钟） 1. 展示不同精度齿轮图片（玩具齿轮、机床齿轮、仪表齿轮）。 2. 提问：为什么齿轮的精度和表面质量差异这么大？齿形是如何加工出来的？ 3. 引出课题：10-2 齿形加工方法。 1. 播放PPT，创设情境。 2. 提出问题，引导学生思考加工方法与质量的关系。 3. 板书课题，明确本节学习目标。 1. 观察图片，思考问题。 2. 尝试回答，产生求知欲。 3. 记录课题，明确学习内容。 通过直观对比，激发学生兴趣，自然导入齿形加工主题，为学习具体方法做铺垫。 探索 新知（20分钟） 一、常见齿形加工方法及其应用 结合表10-2，介绍八种常见齿形加工方法的刀具、机床、加工精度及应用： 1. 成形法 （1）成形铣齿：铣齿机，9级以下，精度和效率较低。 （2）拉齿：拉齿机，精度较高，适合大批量生产内齿轮。 2. 展成法 （1）滚齿：滚刀，滚齿机，6-10级（最高4级），用于直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。 （2）插齿：插齿刀，插齿机，6-10级（最高6级），用于内外啮合齿轮、斜齿轮、齿条等。 （3）剃齿：剃齿刀，剃齿机，5-7级，用于滚、插后、淬火前精加工。 （4）珩齿：珩磨轮，珩磨机，6-7级，用于剃齿后高频淬火齿形精加工。 （5）磨齿：砂轮，磨齿机，效率低、成本高，用于硬齿面精密加工。 （6）冷挤齿轮：挤轮，挤齿机，6-8级，效率比剃齿高、成本低。二、成形法铣齿 1. 工作原理：在普通或万能铣床上用成形铣刀加工。直齿：铣刀旋转、工作台进给、分度头分齿（图10-12a）。斜齿：工作台偏转β角，分度头带动工件做附加转动（图10-12b）。 2. 刀具选择：常用盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀（图10-12）。指形铣刀适用于大模数（m=8-40mm）直齿、斜齿、人字齿齿轮。齿数不同→齿廓不同→刀具不同。同一模数分成8组或15组，同组用同一把铣刀。表10-3：模数铣刀1~8号对应的齿数范围。 3. 工艺特点：（1）加工精度低（9级以下）。（2）生产效率低（间断切削）。（3）无根切，适合齿数<14的齿轮。（4）设备费用低，可在普通铣床上完成。（5）适用于单件、小批量生产和修配。 三、展成法滚齿 1. 工作原理：基于螺旋齿轮啮合原理（图10-13a）。滚刀类似蜗杆（图10-13b），开槽铲背形成切削刃（图10-13c）。实质是蜗杆蜗轮啮合。展成运动形成包络线齿形（图10-14）。刀具沿齿宽方向轴向进给。 2. 工艺特点：（1）适应性好：一把滚刀可加工同模数不同齿数齿轮。（2）效率高：连续切削，可用多线滚刀。（3）齿距偏差小：多刀齿参与切削。（4）齿廓表面质量比插齿差。（5）适用范围：直齿、斜齿圆柱齿轮、蜗轮。（6）不能加工内齿轮、多联齿轮。 1. 展示表10-2，逐行讲解八种加工方法的刀具、机床、精度及应用。板书分类：成形法（2种）、展成法（6种）。提问哪些方法属于展成法、哪些属于精加工。强调滚齿、插齿是应用最广的粗加工或半精加工方法，剃齿、珩齿、磨齿是精加工方法。 2. 结合图10-12讲解铣齿运动过程，动画演示分度头分齿。展示盘形和指形铣刀图片，讲解指形铣刀适用于大模数（m=8-40mm）直齿、斜齿、人字齿齿轮。讲解分组原因（减少刀具种类），引导学生查表10-3。提问加工18齿齿轮应选几号铣刀。逐条讲解铣齿的五条工艺特点，强调无根切优势。提问什么场合适合用铣齿。 3. 结合图10-13、10-14讲解滚齿的啮合原理，动画演示展成过程，强调包络概念。逐条讲解滚齿的六条特点，对比铣齿与滚齿的效率差异，强调滚齿不能加工内齿轮和多联齿轮。提问为什么滚齿不能加工内齿轮 1. 阅读表10-2，在教材上标注八种方法的关键信息。记录板书分类。回答问题。对八种方法形成整体印象。 2. 观察图示理解运动，观看动画。识别两种铣刀，查表10-3，回答问题：18齿选3号铣刀。记录铣齿的五条特点。回答问题：单件小批量、低精度、少齿数齿轮适合铣齿。 3. 观察图示，观看动画，记录包络含义。记录滚齿的六条特点。思考并回答问题：因滚刀直径大，无法进入内齿轮内部。 1. 通过表10-2建立齿形加工方法的整体认知框架，为后续深入学习每种方法打下基础。 2. 将铣齿的原理、刀具、特点整合讲授，帮助学生系统掌握成形法铣齿的完整知识，能根据生产类型和齿轮参数合理选择。 3. 将滚齿的原理与特点整合讲授，帮助学生系统掌握展成法滚齿的完整知识，能根据齿轮类型判断是否适用滚齿。 学 习 新 知（20分钟） 一、展成法插齿 1. 工作原理：基于圆柱齿轮啮合原理（图10-15a）。插齿刀上下往复切削，同时与工件强制啮合。齿形为刀具齿廓的包络线（图10-15b）。内齿轮加工原理相同，转向不同。 2. 工艺特点：（1）齿形精度比滚齿高。（2）表面粗糙度值小。（3）运动精度低于滚齿。（4）齿向偏差比滚齿大。（5）效率比滚齿低。（6）适用范围：内齿轮、双联齿轮、齿条、扇形齿轮。 二、齿面精加工 （一）剃齿 1. 工作原理：未淬火圆柱齿轮的精加工方法。剃齿刀是高精度斜齿轮，齿面开槽形成切削刃（图10-16）。工件装在心轴上自由转动，剃齿刀与工件轴线相交成轴交角Σ（图10-16c）。剃齿刀带动工件自由转动，模拟螺旋齿轮双面间歇啮合。属于自由啮合展成运动。 2. 运动：（1）主运动：剃齿刀正反旋转。（2）工件转动：由剃齿刀带动。（3）纵向进给运动。（4）径向进给运动。 3. 工艺特点：（1）效率高（2-4min/件），成本低（比磨齿低90%）。（2）修正切向误差能力差，前道宜用滚齿。（3）修正齿形误差、基节误差能力强。（4）精度6-7级。（5）剃齿刀价格昂贵。 （二）珩齿 1. 工作原理：用于加工淬硬齿面。刀具为塑料珩齿轮（金刚砂磨料+环氧树脂浇注或热压）。运动关系与剃齿相同。珩齿轮与工件“自由啮合”，磨粒切削（图10-17）。余量≤0.025mm，切削速度约1.5m/s。 2. 工艺特点：（1）表面质量高，无烧伤裂纹（低速磨削+研磨+抛光）。（2）修正误差能力差，前道宜用滚齿。（3）珩磨轮简单，易获高精度齿形。（4）效率高（磨齿的10-20倍），刀具寿命长（每修整一次可加工60-80件）。 3. 应用：精度7级，Ra1.6-0.4μm。典型路线：滚齿→剃齿→淬火→修基准→珩齿。 （三）磨齿 1. 分类：成形法磨齿、展成法磨齿。生产中应用较多的是展成法磨齿。常见磨齿机：大平面砂轮（精度3-4级，效率低）、锥面砂轮、碟形砂轮、蜗杆砂轮（效率最高，精度6级）。 2. 成形法磨齿：原理与成形法铣齿相同，砂轮修整成齿形（图10-18）。特点：无需展成运动，精度较高；效率高；是磨内齿轮的唯一方法；砂轮修整复杂，易烧伤，应用少。 3. 展成法磨齿：基于齿条与齿轮啮合原理。 （1）锥面砂轮磨齿法（图10-19）：假想齿条不动，工件节圆与节线纯滚动。特点：通用性好，调整时间短，适合中、小批量；传动链长，精度较低，效率低。 （2）双碟形砂轮磨齿法（图10-20）：通过滚圆盘与钢带机构实现展成运动。特点：精度最高，效率最低。 （3）蜗杆砂轮磨齿法（图10-21）：原理与滚齿相同，砂轮与工件相对倾斜一定角度β，两者保持严格啮合传动关系。特点：砂轮转速高（2000r/min），自动连续分度，效率最高，精度6级；砂轮修整困难，更换麻烦，适合成批大批量生产。 1. 结合图10-15讲解插齿运动，动画演示往复与展成运动，强调强制啮合与滚齿自由啮合的区别。逐条讲解插齿的六条特点，重点对比滚齿。板书滚齿与插齿的对比表格。提问内齿轮或双联齿轮应选什么设备。 2. 讲解齿面精加工的三种方法：剃齿（图10-16，自由啮合，轴交角Σ，四种运动，五条特点，前道宜用滚齿）、珩齿（图10-17，低速磨削+研磨+抛光，四条特点，典型工艺路线）、磨齿（成形法与展成法，四种磨齿机特点，图10-18至10-21，三种展成法对比，蜗杆砂轮效率最高精度6级）。 3.知识背诵： （1）剃齿：精度6-7级，自由啮合，前道宜用滚齿。 （2）珩齿：精度7级，淬火后精加工，路线：滚→剃→淬→珩。 （3）磨齿：成形法（磨内齿轮唯一方法），展成法（锥面砂轮、双碟形砂轮精度最高、蜗杆砂轮效率最高）。4.师生互动： 出示题目：某企业需要加工以下三种齿轮零件，请分组讨论并选择合适的加工方法，说明理由： （1）一个精度要求6级的直齿圆柱齿轮，材料为40Cr，未淬火，要求齿面表面粗糙度Ra0.8μm。 （2）一个高频淬火后的斜齿圆柱齿轮，淬火前已进行滚齿和剃齿加工，精度要求7级。 （3）一个需要磨削内齿圈的大型内齿轮，齿面已淬硬。 教师总结： （1）选用剃齿。理由：精度6-7级，未淬火，剃齿效率高、成本低，能有效修正齿形误差和基节误差，可达到6级精度和Ra0.8μm表面粗糙度。 （2）选用珩齿。理由：高频淬火后，珩齿是典型后续精加工方法，可降低表面粗糙度值至Ra1.6~0.4μm，精度可达7级，且不会产生烧伤裂纹。典型工艺路线为滚齿→剃齿→高频淬火→珩齿。 （3）选用成形法磨齿。理由：内齿轮磨削只能用成形法磨齿，因为砂轮可修整成与内齿圈齿槽相吻合的形状，这是教材明确指出“成形法磨齿是磨削内齿轮的唯一方法”。 1. 观察图示，观看动画，记录强制啮合概念。记录插齿特点，完成对比表格。回答问题：选插齿机。 2. 记录剃齿、珩齿、磨齿的原理与特点，完成三种展成法磨齿的对比表格，理解典型工艺路线。 3.合书默背，同桌互背。 4小组讨论，代表回答，其他人补充。 1. 将插齿的原理与特点整合讲授，并与滚齿进行对比，帮助学生系统掌握插齿的完整知识，能根据齿轮结构合理选择滚齿或插齿。 2. 将剃齿、珩齿、磨齿整合讲授，帮助学生系统掌握齿面精加工的完整知识，能根据精度、批量、是否淬火合理选择精加工方法。 3.强化记忆。 4.帮助学生在课堂上掌握核心知识点。 课堂 总结（2分钟） 1. 表10-2八种方法：成形法（铣齿、拉齿），展成法（滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿、冷挤齿轮）。铣齿9级以下，滚齿6-10级（最高4级），插齿6-10级（最高6级），剃齿5-7级，珩齿6-7级，磨齿效率低成本高，冷挤6-8级。 2. 成形法铣齿：直齿用分度头分齿，斜齿工作台偏转β角。刀具为盘形或指形铣刀（指形用于m=8-40mm）。表10-3将同模数齿数分8组，同组用同一把刀。特点：精度低、效率低、无根切（齿数<14）、设备简单、单件小批量。 3. 展成法滚齿：基于蜗杆蜗轮啮合，包络成形。特点：适应性好、效率高、齿距偏差小、表面质量比插齿差、不能加工内齿轮和多联齿轮。 4. 展成法插齿：基于齿轮啮合，插齿刀往复切削。特点：齿形精度高、表面质量好、运动精度低、齿向偏差大、效率低、可加工内齿轮、双联齿轮、齿条、扇形齿轮。 5. 齿面精加工：剃齿（6-7级，自由啮合，前道宜用滚齿），珩齿（7级，低速磨削+研磨+抛光，淬火后精加工），磨齿（成形法为磨内齿轮唯一方法，展成法中蜗杆砂轮效率最高精度6级）。 布置下节课任务（1分钟） 布置下节课任务（1分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（1分钟） 1：某齿轮模数m=3，齿数z=18，精度要求7级，材料为45钢，未淬火。请选择合理的齿形加工方法，并说明理由。 2.查阅教材表10-3，说明模数铣刀4号刀可加工的齿数范围。 3.简述蜗杆砂轮磨齿法的主要特点及适用场合。 板书 设计 text 10-2 齿形加工方法 一、常见齿形加工方法及其应用（表10-2） 成形法：铣齿、拉齿 展成法：滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿、冷挤齿轮 二、成形法铣齿 原理：铣刀旋转 + 进给 + 分度头分齿（直齿）/ 工作台偏转β（斜齿） 刀具：盘形铣刀、指形铣刀（m=8-40mm） 表10-3：模数铣刀1~8号对应齿数范围 特点：精度低（9级）、效率低、无根切（齿数<14）、设备简单、单件小批量 三、展成法滚齿 原理：蜗杆蜗轮啮合 → 包络齿形 特点：适应性好、效率高、齿距偏差小、表面质量比插齿差 不能加工：内齿轮、多联齿轮 四、展成法插齿 原理：齿轮啮合 + 往复切削（强制啮合） 特点：齿形精度高、表面质量好、运动精度低、齿向偏差大、效率低 可加工：内齿轮、双联齿轮、齿条、扇形齿轮 五、齿面精加工 1. 剃齿：精度6-7级，自由啮合，轴交角Σ，四种运动，前道宜用滚齿 2. 珩齿：精度7级，低速磨削+研磨+抛光，典型路线：滚→剃→淬→珩 3. 磨齿： - 成形法：磨内齿轮的唯一方法 - 展成法：锥面砂轮、双碟形砂轮（精度最高）、蜗杆砂轮（效率最高，精度6级） 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $