《金属切削机床概论》课程教学设计方案页1金属切削机床.pdf

金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页1 金属切削机床 授课班级机电 0701 授课时间第 14 周 第 1 2 次 授课地点东 504 南 604主要教学方法任务引导课型理实一体 课业内容齿轮加工机床 训练任务滚齿机 教学目标 知识 1 概述 2 滚齿机 3 其它类型齿轮加工机 技能 1 掌握 Y3150E 型滚齿机 的结构和工作原理 2 了解其它类型齿轮加 工机床 态度 严谨认真的工作态度 耐心细致的工作作风 教学重点 滚齿工作原理 传动系统调整计 算 教学难点加工斜齿轮时的传动系统调整计算 教学资源 与工具 讲述 机床图片展示 多媒体课件 教学步骤教学步骤教教学学设设计计 时间分配时间分配 分钟分钟 1 述概述概 一一 齿轮加齿轮加 工 机 床 的工 机 床 的 工作原理工作原理 1 成型成型 法法 齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床 一 齿轮加工机床的工作原理 1 加工方法分类 1 成型法 要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的的齿槽形状 相吻合 成形法包括 铣削法 拉削法 1 铣削法 铣削法加工刀具 圆盘铣刀 指状铣刀 圆盘铣刀外形与齿轮齿槽形状相同 铣齿时 圆盘铣刀绕其自身轴线 旋转 而毛坯沿平行于齿轮轴线方向作直线移动 铣出一个齿槽后 将齿 轮毛坯转过 360 z 再铣第二个齿槽 依此类推 指状铣刀 指状齿轮铣刀加工齿轮方法与用圆盘铣刀时相似 不过指状铣刀常用 于加工大模数的齿轮 m 20mm 并可用于加工人字齿轮 2 拉削法 2 成形法加工特点 优点 机床结构简单 可以利用通用机床加工 缺点 对于同一模数的齿轮 只要齿数不同 齿廓形状就不同 就需要采 用不同的成形刀具 齿面成形方法的精度不高 生产率也较低 用途 主要用于精度要求不高修配行业 此外 也可用成形刨刀在刨床上 刨齿 或在插床上插齿 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页2 教学步教学步 骤骤 教教学学设设计计 时间分配时间分配 分钟分钟 1 述概述概 2 2 范范 成法成法 2 范成法 加工齿轮应用齿轮啮合的原理 其切齿过程模拟齿轮副的啮合过程 如齿轮一齿 轮副 把其中的一个转化为刀具 另一个作为工件 并保证刀具和工件之间做严格 的啮合运动 被加工齿的齿面是在刀具和工件包络过程中由刀具切削刃的位置连续 变化而形成的 优点 只要模数和压力角相同 一把刀具可以加工任意齿数的齿轮 加工精度和 生产率都比较高 1 述概述概 二二 齿齿 轮加工轮加工 机床的机床的 类型类型 齿轮加工机床圆柱齿轮加工机床 滚齿机插齿机 追齿轮加工机床 刨齿机铣齿机拉齿机 剃齿机 珩齿机 磨齿机 滚齿滚齿 机机 加工范围 1 直齿圆柱齿轮 2 斜齿圆柱齿轮 3 蜗轮 一一 滚齿原理滚齿原理 一一 加 工加 工 直 齿直 齿 圆 柱圆 柱 齿轮时的运动和传动原理齿轮时的运动和传动原理 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页3 滚齿滚齿 机机 一一 加工直加工直 齿圆柱齿圆柱 齿轮时齿轮时 的的运动运动 和传动和传动 原理原理 1 范成运动 滚刀与工件之间的啮合运动 是一个复合的表面成形运动 这个运动可以被分解为 两个部分 滚刀的旋转运动 B11 和工件的旋转运动 B12 这一复合运动需要有一个 内联系传动链用以保持 B11 和 B12 之间的相对运动关系 2 主运动 展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系 3 轴向进给运动 为了切出整个齿宽 即形成轮齿表面的导线 滚刀还需做轴向的直线运动 A2 滚齿滚齿 机机 二二 加工斜加工斜 齿圆柱齿圆柱 齿轮时齿轮时 的运动的运动 和传动和传动 原理原理 二二 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理 1 运动运动 2 传动原理传动原理 3 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链滚切斜齿圆柱齿轮的传动链 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页4 4 加工斜齿圆柱齿轮时的附加运动加工斜齿圆柱齿轮时的附加运动 附加运动保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程附加运动保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程 L 时时 工件附加转一转工件附加转一转 附加运动传动链附加运动传动链 刀架刀架 滚刀移动滚刀移动 A21 12 13 uy 14 15 合成合成 6 7 ux 8 9 工作台工作台 工件附加转动工件附加转动 B22 滚齿滚齿 机机 三三 滚齿机滚齿机 的运动的运动 合成机合成机 构构 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页5 二二 滚滚 齿机传齿机传 动系统动系统 及其调及其调 整计算整计算 根据切入进给方法不同根据切入进给方法不同 滚切蜗轮的方法有两种滚切蜗轮的方法有两种 1 径向进给法径向进给法 这种加工方法在一般滚齿机上都可进行这种加工方法在一般滚齿机上都可进行 2 切向进给法切向进给法 这种加工方法只在滚刀刀架上具备切向进给溜板的滚切机上方能进行这种加工方法只在滚刀刀架上具备切向进给溜板的滚切机上方能进行 同时需要采同时需要采 用带切削锥的蜗轮滚刀用带切削锥的蜗轮滚刀 滚齿机滚齿机 外形外形 加工直加工直 齿圆柱齿圆柱 齿轮的齿轮的 调整计调整计 算算 1 主运动传动链主运动传动链 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页6 1 加工加工 原理原理 首先选择一接近于所需加工的齿数 z 的数值 z0 来调整范成运动传动链 z0 应是能 够利用机床现有挂轮的数值 显然 这时范成运动传动链两端件运动关系改变为 滚刀主轴转 1 转 工件转 k z0 转 因而 在范成运动中 滚刀转 1 转时 工件产 生运动误差 k z k z0 转 为了补偿这一误差 可利用附加运动传动链 在工件 转 k z 转过程中 使工件得到附加的 k z k z0 转 从而加工出齿轮齿数为 z 的直齿圆柱齿轮 此处的附加运动链 其两端件是工作台 工件转动 工作台 工 件附加转动 运动联系路线为 9 10 u f 11 13 uy 14 15 合成 6 7 ux 8 9 四 刀架快速移动的传动路线 刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换 在 Y3150E 型滚齿机上 起动快速电动机之前 必须先用操纵手柄 P3 将轴 上的三联滑移齿轮移到空挡位置 以脱开 和 之间的传动联系 见图 4 7 为了确保操作安全 机床设有电气互锁装置 保证只有当操纵手柄 P3 放在 快 速移动 的位置上时 才能起动快速电动机 三三 滚滚 刀刀架刀刀架 结构和结构和 滚刀的滚刀的 安装调安装调 整整 一一 滚刀刀滚刀刀 架的结架的结 构构 一 滚刀刀架的结构 滚刀刀架的作用是支承滚刀主轴 并带动安装在主轴上的滚刀作 沿工件轴向的进给运动 由于在不同加工情况下 滚刀旋转轴线需对工 件旋转轴线保持不同的相对位置 或者说滚刀需有不同的安装角度 所 以 通用滚齿机的滚刀刀架都由刀架体和刀架溜板两部分组成 装有滚 刀主轴的刀架体可相对刀架溜板转一定角度 以便使主轴旋转轴线处于 所需位置 刀架溜板则可沿立柱导轨作直线运动 图 4 8 为 Y3150E 型滚齿机滚刀刀架的结构 刀架体 1 用装在环形 T 型槽内的六个螺钉 4 固定在刀架溜板 图中未示出 上 调整滚刀安装角 时 应先将螺钉 4 松开 然后用扳手转动刀架溜板上的方头 PS 见图 4 7 经蜗杆蜗轮副 1 3 及齿轮 Z16 带动固定在刀架体上的齿轮 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页7 x148 使刀架体回转至所需的位置 主轴 14 前 左 端用内锥外圆的滑动轴承 13 支承 以承受径向力 并用两个推力球轴承 11 承受轴向力 主轴后 右 端通过铜套 8 及套筒 9 支承在两个圆锥滚子轴承 6 上 轴承 13 及 11 安装在轴承座 15 内 15 用六 个螺钉 2 通过两块压板压紧在刀架上 主轴以其后端的花键与套筒 9 内的 花键孔联接 由齿轮 5 带动旋转 当主轴前端的滑动轴承 13 磨损 引起主轴径向 跳动超过允许值时 可以拆下垫片 10 及 12 磨去相同的厚度 调配至符合要求 时为止 如需调整主轴的轴向窜动 则可将垫片 10 适 当磨薄 安装滚刀的刀杆 17 见图 4 8b 用锥柄安装在主轴前端的锥孔内 并用方头螺杆 7 将其拉紧 刀杆左端装在支架 16 上的内锥套支承孔中 支架 16 可在刀架体上沿 主轴轴线方向调整位置 并用压板固定在所需位置上 安装滚刀时 为使滚刀的刀齿 或齿槽 对称于工件的轴线 以保证加工出的齿廓 两侧齿面对称 另外 为了使滚刀的磨损不致集中在局部长度上 而是沿全长均匀 地磨损 以提高滚刀使用寿命 都需调整滚刀轴向位置 这就是所谓串刀 调整时 先放松压板螺钉 2 然后用手柄转动方头轴 3 通过方头轴 3 上的齿轮 经轴承座 15 上的齿条 带动轴承座连同滚刀主轴一起轴向移动 调整妥当后 应扳紧压板 螺钉 Y3150E 型滚齿机滚刀最大串刀范围为 55mm 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页8 其它类其它类 型齿轮型齿轮 加工机加工机 床床 一一 插插 齿机齿机 一一 插齿原插齿原 理理 一一 机构机构 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页9 一一 插齿原插齿原 理理 二二 插齿机插齿机 的运动的运动 1 主运动主运动 是插齿刀沿其工件的轴线所作的轴线往复运动是插齿刀沿其工件的轴线所作的轴线往复运动 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页10 二二 插齿机插齿机 的运动的运动 2 范成运动 插齿刀转过一转 工件也转一转 这两个运动组成一个复合运动 即范 成运动 3 圆周进给运动 插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的快慢 同时 决定了插齿刀每 一次切削的切削负荷 所以称插齿刀的转动为圆周进给运动 4 让刀运动 让开和恢复原位的运动 5 径向切入运动 即让工件逐渐地向插齿刀 或插齿刀向工件 作径向切入运动 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页11 三三 插齿机插齿机 的传动的传动 原理原理 二二 圆圆 柱齿轮柱齿轮 磨齿机磨齿机 磨齿机是用磨削方法对齿轮轮齿面进行精加工的精密机床 主要 用于淬硬齿轮的精加工 齿轮精度可达到 6 级或更高 一 蜗杆砂轮型磨齿机 蜗杆砂轮磨齿机用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮 其工作原 理和滚齿机相同 但行程齿线的轴向进给运动一般由工件完成 二 锥形砂轮型磨齿机 锥形砂轮型磨齿机是利用齿条和齿轮啮合原理来磨削齿轮的 它所用的 砂轮截面形状是按照齿条的齿廓修整的 形砂轮型磨齿机的成形运动有 砂轮旋转 B1 和直线移动 A2 这是形成 齿线所需的两个简单运动 工件转动 B31 和直线移动 A32 是形成渐开 线齿廓所需的一个复合运动 展成运动 此外 为磨出全部轮齿 还需一个周期的分度运动 锥形砂轮型磨齿 机的传动原理如图 4 14 所示 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页12 二二 锥形砂锥形砂 轮型磨轮型磨 齿机齿机 3 展成运动 展成运动是工件转动 B31 和直线移动 A32 形成的一个复合运动 由内 联系传动链 回转工作台 工件旋转 22 21 合成 19 18 ux 11 10 9 纵向工作台 工件直线移动 外联系传动链 M3 14 13 uf 2 12 10 来实现 前者保证展成运动的运动轨迹 即工件转动与移动之间的严格运动关 系 后者使工件获得一定速度和方向的展成运动 换置机构 uf 2 中除变 速机构外 还有自动换向机构 使工件在加工过程中能来回滚转 依次 完成各个齿的磨齿工作循环 ux 是用来调节工件齿数和模数变化的换置 机构 4 分度运动工件的分度由分度运动传动链 分度机构 15 16 u i 17 20 合成 21 22 回转工作台 实现 机床的自动控制系统与分 度机构离合器接合 使分度机构在旋转一定角度后即脱开 并由分度盘 准确定位 在分度机构接合一次的过程中 工件在展成运动的基础上 附加转过一个齿 这是由调整换置机构 ui 来保证的 此种机床的优点是通用性高 砂轮形状简单 直线 缺点是内联系传动链长 砂轮形状不易修整得准确 精度难以提高 生产率也较低 主要用于小批和单件生产 展成运动是工件转动 B31 和直线移动 A32 形成的一个复合运动 由 内联系传动链 回转工作台 工件旋转 22 21 合成 19 18 ux 11 10 9 纵向工作台 工件直线移动 外联系传动链 M3 14 13 uf 2 12 10 来实现 前者保证展成运动的运动轨迹 即工件转动与移动之间的严格运动 关系 后者使工件获得一定速度和方向的展成运动 换置机构 uf 2 中除 变速机构外 还有自动换向机构 使工件在加工过程中能来回滚转 依 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页13 次完成各个齿的磨齿工作循环 ux 是用来调节工件齿数和模数变化的换置机构 三三 双碟形双碟形 砂轮型砂轮型 磨齿机磨齿机 双碟形砂轮磨齿机用的两个碟形砂轮的端平面 实际是宽度约为 0 5mm 的工作棱边所构成的环形平面 来形成假想齿条的不同轮齿两 侧面 同时磨削齿槽的左右齿面 磨削过程中的成形运动和分度运动与锥形砂轮磨齿机基本相同 但 轴向进给运动通常是由工件来完成 砂轮的工作棱边很窄 且为垂直于砂轮轴线的平面 易获得高的修 整精度 磨削接触面积小 磨削力和磨削热很小 机床具有砂轮自动修整 与补偿装置 使砂轮能始终保持锐利和良好的工作精度 因而磨齿精度 较高 最高可达 4 级 是各类磨齿机中磨齿精度最高的一种 三三 双碟形双碟形 砂轮型砂轮型 磨齿机磨齿机 双蝶形磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构实现范成运动 可以提高磨齿 精度 这种机构的工作原理 纵向滑板 8 上固定有支架 7 横向滑板 11 上装有工件心轴 3 其前 端安 装工件 2 后端通过分度机构 4 与滚圆盘 6 连接 钢带 5 及 9 的一端固定 在滚 圆盘 6 上 另一端固定在支架 7 上 并沿水平方向张紧 当横向滑板 11 由曲 柄盘 10 驱动作横向直线往复运动时 滚圆盘 6 因受钢带 5 及 9 约束而转 金属切削机床概论 课程 教教 学学 设设 计计 方方 案案页页14 动 从而工件心轴一边随横向滑板移动 一边转动 带动工件 2 沿假想齿条 由砂轮工作面形成 的节线作纯滚动 实现了范成运动 纵向滑板 8 沿 床 身导轨作往复直线运动 可磨出整个齿的宽度 工件在完成一个或二个 齿 面的磨削后继续滚动至脱离砂轮 由分度机构带动分齿再进行下一个齿 槽 的磨削 利用滚圆盘实现范成运动可以大大缩短传动链 且没有传动间 隙 从而传动误差小 加工精度高 三三 锥锥 齿轮加齿轮加 工机床工机床 锥齿轮加工机床的工作原理 可分为成型法和范成法 范成法应用最广 泛 一 锥齿轮的范成原理 用范成法形成各种锥齿轮渐开线齿廓的基本原理都是相同的 即都是由 一对锥齿轮的啮合传动原理演变过来的 将一对锥齿轮啮合传动的一个 锥齿轮转化为刀具 另一个转化为工件 并强制它们按一对锥齿轮啮合 运动关系作为相对运动 便能范成切出渐开线齿廓 二 弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理 铣切弧齿锥齿轮的形成运动为 切齿刀盘的旋转运动形成齿线 它是一 个简单运动 主运动 摇台与工件的对滚运动形成渐开线齿廓 是一 个复合运动 范成运动 分度运动为工件周期地转过一定角度 此外 还有其它一些辅助运动 复习提复习提 问问 作业作业 4 滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时 如何确定滚刀刀架扳转角度 与方向 如扳转角度有误差或方向有误差 将会产生什么后果 答 滚齿时 为了切进准确的齿形 应使滚刀和工件处于正确的位置 即滚刀在切削点处的螺旋线方向应与被加工齿轮齿槽方向一致 滚切斜 齿时 应尽量采用与工件螺旋方向相同的滚刀 使滚刀安装角度小 有 利于提高机床运动平稳性及加工精度 在滚齿机上切削直齿圆柱齿轮时 滚刀的轴线也是倾斜的 与水平面成 W 角倾斜方向则决定于滚刀的螺旋 线方向 10 对比滚齿机和插齿机的加工方法 说明题目各自的特点及主要应 用范围 答 滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种 它多数是立式的 用 来加工直齿和斜齿的外啮合圆柱齿轮及蜗轮 也是卧式的 用于仪表工 业中加工小模数齿轮和在一般机械加工轴齿轮 花键轴等 插齿机主要 用于加工直齿圆柱齿轮 尤其使用适用于加工在滚齿机上不能加工的内 齿轮和多联