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第六章 齿轮加工机床（12学时）基本内容：齿轮加工的方法、分类；滚齿机的滚齿原理、加工直齿、斜齿圆柱齿轮的运动和传运原理图。Y3150E滚齿机的传动系统分析、其他齿轮加工机床简介。教学重点：直齿、斜齿同柱齿轮的运动及其方向，传动原理图主运动传动链、进给运动传动链、差动运动传动链、展成运动传动链的分析。教学难点：斜齿圆柱齿轮的传动系统及运动分析基本要求：了解齿轮齿面的加工方法、齿轮加工机床的类型；了解滚齿原理，掌握滚切直齿和斜齿园柱齿面的运动、传动原理和传动链分析；了解Y3150E型滚齿机的工作原理、传动系统分析及调整；了解插齿机的用途、工作原理及传动系统；了解园柱齿轮精加工机床的工作原理和应用。作业：1. 用左旋滚刀加工直齿齿轮，已知：B1顺铣2. 用右旋滚刀加工左旋齿轮，已知：B1顺铣 用左旋滚刀加工右旋齿轮，已知：B1顺铣求：1）画出园柱注A、B2、B3方向及安装角 2）并画出传动原理图（直齿加工或斜齿加工）以上题画出完整的传动原理图4-1 概述一、分类齿轮加工机床分两类：园柱齿轮加工机床：切齿机（滚齿机、插齿机、花键铣车齿机）精加工机：珩齿、剃齿、磨齿齿轮倒角机，齿轮噪声检查机锥齿轮加工机床：直齿锥齿轮加工机床：刨齿机、铣齿机、拉齿机及精加工机床曲线齿锥齿轮加工机床：铣齿、拉齿及精加工机床倒角机：淬火机、滚动检查机二、加工方法就其工作原理分两类：1. 成形法：（仿形法）刀刃形状与被加工齿轮槽截面形状相同（成形刀具）书P177幻灯片图7-1又分：a. 单齿廓成形刀具：如图书P177图7-1每次仅加工一个齿槽，利用分度装置进行分度依次切出各齿槽优点：刀具与机床结构简单，可在通用机床上装分度装置加工，如：在升降台铣床，牛头刨上用齿轮铣刀或成形刨刀加工缺点：同模数，不同齿数，齿形曲线就不同要备有很多把成形刀，一般机床上一种模数提供8（或15）把刀，一把刀仅加工一定齿数范围的一组齿轮，齿形曲线是按该范围内最小齿数的齿形制造。加工其它齿数的齿轮时，存在有齿形误差，在通用机床上，分度头的精度，加工精度，生产率用于加工单件小批及修配中精度低的齿轮及重型机床上大型齿轮。b. 多齿廓同时加工出齿轮的各槽如齿轮拉刀、推刀加工内、外齿轮P178图7-2，P178图7-2 幻灯片优点：可得较高的加工精度和生产率缺点：要求所用刀具制造精度，结构复杂，每套刀只能加工一种模数和齿数的齿轮，成本高。用于大批量生产中2. 展成法（范成法）切削刀具与工件之间有严格的相对运动关系，根据齿轮的啮合原理加工齿轮。优点：同一把刀可加工同一模数不同齿数的各齿轮，加工精度、生产率较高，如插齿机、滚齿机、剃齿机，大多数磨齿机锥齿加工机等，应用广泛。按以前的备课内容新吉大书4-1，机床运动分析的概念（新吉大书P172 4-2）4-2 滚齿机 （书P181 7-3）一、用途齿轮滚刀加工：直齿、斜齿齿轮蜗轮滚刀加工：蜗轮非渐开线齿形滚刀加工：花键轴、链轮二、滚切原理根据展成法原理加工（旧书有0080图4-13滚齿原理）（新吉大书P172，图4-12，幻灯片P182，图7-8）书P182 图7-8（新吉大书 图4-12）一对轴线交叉的螺旋齿轮啮合，其中一个齿数，螺旋角，成了螺杆，将蜗杆开槽、铲背，就是滚刀（刀刃分布在蜗杆螺纹表面上）滚刀按螺旋齿轮的啮合原理加工齿轮，工件的每个齿形都由滚刀在旋转中依次对工件切削的数条刀刃线包络而成。幻灯片P182，图7-9如图书P182 图7-9 （新吉大书P167，图4-7）（滚刀相当于渐开线斜齿轮，但加工困难，用阿基米德螺旋线滚刀或法向直线滚刀）幻灯片旧吉大书0080-图4-4-3，齿轮滚刀。滚刀与齿坯两轴线的相对位置应相当于两个螺旋齿轮相啮全时轴线的相对位置即：滚刀的安装：一滚刀刀架如何调整其安装角d：必须使它的螺旋线方向准确地和被加工齿轮轮齿方向相一致。A. 加工直齿安装w滚刀螺旋升角d刀具安装角A刀架沿工件轴向直线移动B1+B2范成运动书P182 图7-11中专书P133图7-12 书上是刀具在后（a, b）工件在前B. 加工斜齿安装滚刀与齿坯两轴线的相对位置应相当于两个螺旋齿轮相啮合时轴线的相对位置，即：其安装角d必须使它的螺旋线方向准确地和被加工齿轮轮齿方向相一致。安装角d = bw（直齿时b = 0）（同旋向相减，异旋向相加）（中专书P133图7-12 c） d) e) f)）W滚刀螺旋升角b齿轮螺旋角A刀架沿工件轴向直线移动B1+B2范成运动B3加工斜齿轮的附加运动（一）加工直齿轮机床的运动及传动联系传动原理图 B1+B2范成运动 A直线移动a. 主运动mV主运动传动链换置机构末端件Y3150E电机滚刀n电n刀n刀 = （切削速度m/min） 滚刀直径mmb. 展成运动B1+B2 滚刀与工件对滚，加工出齿形，方向确定一个独立的复合运动（内联系传动链）实现展成运动：用滚刀刀具B1、工件B2 运动之间有严格的速比要求mX展成运动传动链置换机构工件转1r加工出2个齿，而工件加工一个齿滚刀转1r，1r：2个齿=xr：1个齿工件x = 设滚刀头数k，工件齿数Z末端件 滚刀工件1(r)K/Z (r) 即k个齿B1，B2运动合成可形成生线，要形成齿面则用相切法形成工件的旋转方向由滚刀螺旋线方向和回转方向定，如上图。C. 垂直运动A 方向确定滚刀切削刃为一点，要切出整个齿宽上的齿形刀架要做直线运动AmS垂直运动传动链置换机构工件滚刀1(r)f mm（二）加工斜齿轮浪齿机的运动及传动联系对斜齿轮来说，在齿长方向取一段来看是条斜线，实际是条螺旋线，也就是说斜齿与直齿的差别仅在于直齿导线是直线，斜齿是螺旋线，下面我们来看一下加工斜齿时通过那些运动来实现的。加工斜齿时将直齿轮切成若干薄片，将每对薄片相对转过螺旋角b则形成斜齿轮。若滚刀在I位置时，切削点正好为a点，滚刀下降DS时，ac是直齿轮齿线，ac是斜齿轮齿线。要切削的直齿齿轮轮齿b点，正对着滚刀的切削点，但若滚切的是斜齿齿轮，需要切削的是b点，而不是b点。要求在滚刀直线下移Ds的过程中工件的转速应切，直齿齿轮时要快或慢一点。也就是说，滚切斜齿除了需要滚切直齿的运动正成运动外，还需要一个附加运动B3必快，慢程度也就是B3与的转向是根据工件，刀具的螺旋线旋向来定。工件、刀具同旋向时相加比加工直齿转速快B2同旋向时相加比加工直齿转速快B3 （B2+B3）异放慢向时相减慢B2异放慢向时相减慢B3（B2B3） 正好安装角相反你们自己回去分析比加工一下是不是传动原理图滚切直齿轮时无，也就是将合成运动机构1）主运动传动链B1外与直齿相同2）轴向进给传动链A外与直齿相同3）展成运动传动链B2内与直齿相同4）附加运动传动链B3内末端件 刀架工件（根据螺旋线在一个导程完后的位置定）运动关系：垂直移动T(mm)1r（ms = mn/cosb） ms, mn各为工件端面模数及法向模数Z工件齿数b工件螺旋角 工件的总回转运动量由展成运动(B2)和附加运动(B3)合成 在传动链中配置合成机构，如(传动原理图上图)在滚齿机上常用行星齿轮机构作为运动合成机构（后面要讲合成机构如何实现的）my附加运动传动链置换机构（三）加工蜗轮蜗轮加工原理与加工齿轮相似。但要求蜗轮滚刀的模数、头数、螺旋角、直径与蜗杆相同，加工时，轴线与被切蜗轮轴线，并位于被切蜗轮中心剖面上，加工方法有两种：1. 径向进给法：（常用）主运动、展成运动与直齿加工相似。但在垂直进给运动的同时要沿工件半径作径向进给运动。（幻灯片P185图7-15）如图P185图7-152. 切向进给法：（在滚刀刀架上装有切向进给溜板箱的滚齿机上用）如图P185图7-15采用带切削锥的蜗轮滚刀，滚刀沿工件切线作进给，切削锥部，粗加工，园柱部，精加工。主运动、展成运动与加工直齿相同。切向进给运动传动链：工件滚刀1rf mm由于切向切入，分齿运动关系被破坏，由附加运动补偿，附加运动传动链：滚刀工件切向移动（m）（一个周节）（回转一个轮齿角度）有合成机构如图示。附加运动方向与滚刀切向进给方向一致。c）飞刀加工蜗轮单刀三、Y38型滚齿机（中专书）（孙振均，吴圣庄习题）P211 14，15题最大加工模数、滚齿机、齿轮加工机床，是专门化机床园柱齿轮加工机床（重庆）锥柱齿轮加工机床（天津）小柱齿轮加工机床（宁江）挂图册，P74第三十五幅1. 布局 参看Y3150型2. 主要技术规格最大加工模数加工直齿齿轮最大直径mmax = 6mm（钢） = 8mm（铸）加工直齿齿轮最大直径Dmax = 450mm（有外支架） = 800mm（无外支架）加工斜齿齿轮最大直径 Dmax = 500，190（b=30，b=60）加工直齿齿轮最大滚切长 Lmax = 240滚刀dmax = 120滚刀 n刀 = 47.5192r/min工件滚刀1r0.53m/r 垂直进给主电机2.8kw 1430r/min3. 加工直齿园柱齿轮调整计算：中专书P83图4-3，挂图P83，图4-3（1）主运动B1外链电机滚刀n电n刀n刀 = 实验此机床备有四对速度挂轮：18.42；22.38；25.35；28.32；组合：，n刀 = 47.5，64，79，97，127，155，192r/min若已知D刀，V可得n刀，根据n刀可得A，B挂轮值（机床说明书中一般都提供滚刀主轴转速挂轮表，可查得）（2）展成运动：B2内链工件1r加Z个齿工件加工一个齿而这时滚刀转1r滚刀工件1r（单头）（Z工件齿数）1/Kr（k头）1r（工件1r，刀具转）这时 mS =1 （相当于一个联轴器）为何要有e、f结构挂轮呢：Z K，若无e，f 则分子，分母相差倍数过大增加e, f称结构挂轮当Z161时Z161时a, b, c, d 可根据加工齿轮的不同齿数，由此机床备有的展成运动挂轮选配（共43个）与YB150E基本一样，原书P191工件旋转方向的改变应在e, f之间加介轮来实现。（3）垂直进给运动A外链工件 刀架1rf mm（f根据齿坯材料，齿面光洁度要求，加工精度及铣削方式（顺铣或逆铣）定）一般取f = 0.53 mm/r工作时间机动 k1 k2 k3通，调整机床时用手动，k1, k3, k2调方头1，都应使z = 60，z = 70，齿轮处于脱开位置。4. 加工斜齿轮的调整计算（1）主运动外与直齿相同（2）轴向进给外与直齿相同（3）展成运动内与直齿相同但mS = 1 在安装展成运动结构挂轮e, f时，应按机床说明书规定配加介轮。（4）附加运动（差动）传动链B3刀架工件Trm（导程）1r根据前述 已知b，mn，k求出my值查挂轮表得值。但当my1时，则应按1/my值查挂轮表得出挂轮值后再倒过来。B3的方向与B2的方向同旋向时相加，异旋向时相减 安装差动挂轮时要按机床说明书的规定使用介轮，计算8级齿轮，精度小数点取4位，计算7级齿轮，精度小数点取5倍。加工斜齿时，k2, k3不可随意脱开，若不用快速退刀，而用手动、不能动方头1，而摇动方头3。5. 刀架快速移动使刀架快速升降，在加工斜齿时，起动快速电机，经附加运动传动工作台转，以检查附加运动方向正确否。电机刀架n快f快 f快 mm/分快移时：k1开，k2，k3合6. 滚切齿数Z100的质数齿轮（直齿）一般滚齿机只备有100以下的质数齿轮挂轮，如加工齿数101，103，107，109100的质数齿数时，就不能选到，而利用机床的附加运动链来解决。（1）工作原理滚齿机加工齿轮是由齿数来定展成运动挂轮，的齿数的Z161时Z161时但Z都不是100的质数当Z为质数，100时，不能分解因子，必有一个挂轮的齿数与Z相等或为倍数。滚刀 工件ZWO质数1rk/z0 r（z0为接近于z值，能用机床现有并挂轮的数值）无Z值，而选用Z0值滚刀1r，工件运动误差（2）传动链调整计算a）主运动与加工直齿相同b）垂直进给运动与加工直齿相同c）展成运动见P302 Y3150E滚刀工件1rz0 = zDz当Z0161 Z0161d）附加运动见P302，Y3150E为使滚刀转1r得到工件转实际，即补偿DZ值工件滚刀1r+见P302式中： 在f进给量确定后，其值为一个定值。 DZ = Z0Z当Z0Z 附加运动旋回与展成运动旋向相同Z0Z 附加运动旋回与展成运动旋向相反，根据机床说明书选介轮滚刀转动快一点f值不可中途任意改变，加工过程中不能开快速运动，如要多次走刀，播方头1退刀。也即不能中途断开附加运动和展成运动的关系。7. 加工蜗轮：与加工齿轮相似，P290，滚刀轴线蜗轮轴线（1）径向切入法主运动、展成运动、垂直进给运动与直齿相同，只是增加有横向进给运动：工件横向进给丝杠1rf横（2）切向切入法主运动、展成运动与直齿加工同切向进给运动，P291工件切向切入丝杠（图中的小图）1rf切由于切向切入，分齿运动关系被破坏，由附加运动补偿。附加运动工件切向进给丝杠1/Z rm (mm) 节距这时， Z161时 另外新吉大书P189讲到了无差动方法加工斜齿轮，即：不用差动传动链合成机构，用计算的方法将加工斜齿时“多转一点、少转一点”放入滚刀、工件范成运动中考虑，得出调整计算式（可自看一下）。7. 主要结构1. 合成机构（参看书P185P187中专书）加工斜齿轮和切向进给法加工蜗轮，加工Z7100的质数齿轮，都要通过合成机构，使工件运动由展成运动和附加运动合成。合成机构园柱齿轮行星机构直齿时：展成运动分齿m=1斜齿时：展成运动分齿m=1附加运动m=2如何通过合成机构来实现上述要求呢？（1）加工直齿：见书P304如图：结合挂图即传动系统图看将离合器M1端面凸爪与转臂H，联结，M1与轴键联结，使转臂H，轴联成一体，Z3，Z4，Z2不能相对转动。m=1（无附加运动）（2）加工斜齿：如图：将M1取下，M2空套，在套筒T上，与轴键联结，M2的端面凸爪比M1大，可同时与蜗轮端面及转臂H联结，使蜗轮和H通过M2联为一体。根据机械原理行星齿轮传动，可得： （人站在H上看即H为参照系）（1）是轴，回转方向不同Z1=Z2=Z3=Z4 nI = 2nHn在展成运动链中，运动从Z = 42/56传来，而nH = 0则在附加运动链中，运动从蜗轮、蜗杆传来，而n = 0，则 通过合成机构可得各种运动情况下所需的m2. 滚刀结构幻灯片中专书P87图4-5中专书 P87 图4-5A. 滚刀刀架结构：1）结构如图4-5刀架体 五个T型槽螺栓，固定在刀架溜板上，调整滚刀偏转角时（即安装角）：松开螺栓，拧动1蜗杆螺轮内齿轮刀架体最后拧紧螺栓固定在刀架溜板上。2）滚刀主轴结构（参考新吉大书P183图4-19）前，后支承用滑动轴承，螺栓7调使刀架体抱紧轴承套6轴向切削力，斜齿齿合轴向力：推力轴承5，4承受轴承套6刀架体。a）前轴承调整松开12，13，卸下盖10，调螺母11，使外锥度轴承套移动，消间隙，保证主轴旋转精度。b）主轴轴向位置根据工作需要调松开螺栓7，拧动8，到所需位置，再拧紧7，夹紧6，固定主轴位置，轴承套6主轴一起移动。3）滚刀的对中（新吉大书是串刀机构）为在工件轮齿左右两侧切出对称的渐开线齿形，必须使滚刀的某个刀齿（或刀槽）的对称线正确对准被切齿轮的中心，叫“对中”，否则齿廓形状不对称。a. 试切法对中精度8级以上齿轮：在齿坯上先试切出一圈浅刀痕，观察是否对称，若不对称，松开7，拧动8，使滚刀轴向移动少许，再试切，直至对称。b. 用对刀架对中（对刀架安装进厂看）幻灯片P88图4-7精度7级以上齿轮：中专书图4-7P88对刀时，选与滚刀模数相对应的对刀棒，插入对刀架中心孔中，调滚刀轴向位置，使对刀棒的头部同时均匀贴紧滚刀上某一齿槽两侧即可。3. 工作台结构和工件安装如图中专书P89图4-8（新吉大书图4-20）1）结构工作台由壳体2的锥孔定心（承受径向力），支承在平导轨G上（并承受轴向力）颠覆力矩由锥孔、导轨G及园宽压圈3承受。分度蜗轮4由螺栓和定位销与工作台1固定工件心轴底座8的孔内为莫氏5号锥度，与工件心轴配，保证工件心轴与工作台同心。2）啮合间隙的调整分度蜗轮付的精度直接影响加工齿轮精度磨损后应调整啮合间隙松开托架5的螺钉、定位销，并与蜗杆一起朝蜗轮径向移动，保证啮合侧隙在0.030.05mm内，蜗杆顶园与蜗轮、齿根园径向间隙1.21.5mm内，调好后，重新校正。小型齿轮可装在心轴上，上端用顶尖支承或支持在扶架套筒上，大型齿轮工件以轮毂孔在心轴上定位，并在靠近加工部分的轮像上夹紧。不同的孔径，不同轮毂形状的齿轮，可用适当的中间定心套筒和中间垫圈。8. 几种传动方案的比较方案（一）（1）主运动末端件：电机滚刀外链定关系：n电n刀运动平衡式：n电m1-2mvm3-4 = n刀换置公式：令 （定比传动） （2）分齿运动（展成运动）内链末端件：滚刀 工件定关系： Z/Kr1r运动平衡式：（或）换置公式：令 （3）轴向进给末端件：工件刀架定关系：1rfmm运动平衡式：1m9-10msm11-12 = f换置公式：令ms = Csaf（4）差动运动末端件：刀架工件定关系：T(mm)1(r)运动平衡式：如果不改变其它，只将分齿机构放于合成机构前。如方案（三）则：主运动不变，轴向进给运动不变分齿运动：差动运动：（未经过mx而方案（一）经过了mx）如果将差动运动置于合成机构后，分齿放于前，如方案（二）则：主运动、轴向进给运动不变差动运动Tm14-15mm8-9mym10-11 = 1分齿运动：比较方案（一）方案（二）方案（三）与（一）同与（一）同与（一）同与（一）同所需的传动系统应使传动链短，换置公式简单，执行件运动简单（直线、旋转）运动。方案（一）、（三）mx是一样的，my方案（一）与z无关，方案（三）与z有关。 换置公式中my与齿数无关，齿数不同不需再挂挂轮，选方案（一）最佳。方案（二）虽mx与z无关，但有sinb无理数，而且mx，my全有，加工不准确。4-3 其它齿轮加工机床 山西书P310一、插齿机（书P179 7-2）（新吉大书P194，4-3）（一）用途加工园柱齿轮，主要加工直齿，特别适于多联齿轮，内齿加工，不能加工蜗轮。（二）工作原理按展成法来加工，插齿刀相当于一个有刀刃的齿轮，参看书P179图7-4（自看）可参看新吉大书P194图4-24插齿刀上下移动，并与工件作无间隙啮合运动，工件齿槽齿形曲线由刀刃多次切削的包络线所形成（新吉大书传动原理图P195图4-25自看）（三）插齿机的运动1. 主运动A（表面成形）插齿刀作轴向往复直线运动往复行程/分2. 展成运动：（内链）（表面成形）保持一对齿轮的啮合运动关系插齿刀工件3. 园周进给运动：（表面成形）插齿刀转动的快慢直接影响工件转动快慢，并决定了插齿刀的切削负荷，加工精度，生产率。f园周的大小由插齿刀每位复行程中，刀具在分度园上所转过的弧长表示，f园周，则齿形曲线精度。4. 让刀运动：（辅助运动）为避免擦伤工件、刀具磨损，在插齿刀回程时应与工件让开一距离，在工作行程前又恢复原位。用刀具主轴座摆动来实现（由凸轮控制）也可由工件工作台移动实现但惯量大，振动大。5. 径向切入运动（辅助运动）插齿时，若刀径向切入太深，损坏刀具，工件。 应逐渐地作径向切入运动f径向mm/往复行程加工斜齿时，采用斜齿插齿刀，如图P181图7-7，幻灯片P181，图7-7螺旋方向与工件相反，螺旋角相等，并将刀具主轴安装在螺旋导轨中。 工件螺旋角不同则插齿刀螺旋导轨要更换， 一般用于特殊订货时，大量生产中。插齿机布局自看新吉大书P195图4-26传动原理图：P312二、磨齿机（书P196）（新吉大书P196）（一）用途用于对淬硬的齿轮进行精加工，6级以上，或难加工材料。（二）方法1. 成形法：成形砂轮型磨齿机砂轮的截面形状修整成所需齿形生产率高，精度不太高（内齿加工一般用此法，展成法较难）2. 连续分度展成法：新吉大书P197，图4-28（a）山西书P322图利用蜗杆砂轮磨齿，工作原理相当于滚齿机，分度运动与展成运动重合，连续分度。加工直齿：工件轴向直线移动加工斜齿：工件齿槽与砂轮螺旋线方向一致，工件作附加回转。传动精度高，砂轮轴、工件轴，各用一同步电机。并用电气校正系统，传动链简化，精度，最高可达4级，常用于加工，一般56级生产率高，用于大批量小模数齿轮精加工（420厂有瑞士磨床）3. 单齿分度展成法：根据砂轮形状可分为锥形砂轮P322图c d）根据砂轮形状可分为碟形砂轮新吉大书P197图4-28b）根据砂轮形状可分为大平面砂轮新吉大书P197图4-28b）书P322图1b）工作原理都是利用齿条，齿轮齿合原理加工时，砂轮并沿工件轴向假想齿条展成运动，工件沿产形齿条节线作纯滚动。工件砂轮m（周节）工件往复滚动一次，完成一个或两个齿面磨削，需多次分度加工。图4-28 d)如图7-24 P198a）锥形砂轮，可达5级幻灯片 P198大平面，用一个大直径砂轮的端平面，构成假想齿条的一个齿侧面。砂轮：（图中未画）新吉大书P197 图4-28 c) （自看）万能滚园盘机构工件要相对于假想齿条作纯滚动需传动机构。工作原理：如图7-25 P200（参看新吉大书P198图4-30）幻灯片图7-25凸轮10驱动导轨，用钢带拉紧滚园盘6，使工件2沿假想齿条的节线作纯滚动，产生渐开线齿形。磨削完一个齿后，工件继续滚动，脱离砂轮。由分度机构4分度，进行下一个齿槽的磨削。三、锥齿轮加工机床工作原理：展成法：常采用，并引用平顶齿轮或平面齿轮作产形齿（即相当于一对锥齿啮合，但为刀具成形方便将节锥角 = 180，如图P204图7-28）。可参看新吉大书P204，图4-3，P207图4-43，幻灯片P204，图7-28。成形