第四章齿轮加工机床分解.ppt

第四章齿轮加工机床 齿轮加工机床的工作原理和分类滚齿机其它类型齿轮加工机床简介 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 用齿轮切削工具加工齿轮 蜗轮或齿条轮齿的机床 齿轮传动在各种机械和仪表中应用广泛 现代工业对齿轮传动的速度和精度要求越来越高 齿轮加工机床是机械制造的重要设备 齿轮加工机床的传动计算与调整 加工的结构工作调整是本章重点 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 一 齿轮加工的方法 1 成形法 特点 1 切削刃形状与齿槽形状相同 2 齿数不同 要用不同的成形刀具 一种模数的刀具由8把或15把组成 每一把刀具适应一定的齿数范围 其齿形通常按齿数最小的齿轮设计制造 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 一 齿轮加工的方法 1 成形法 特点 3 机床 刀具结构简单 4 加工精度 加工效率低 齿轮模数m 10mm 多采用盘形铣刀 模数大于10mm用指形铣刀 主要应用于修配加工或重型机械制造中 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 一 齿轮加工的方法 2 范成法 1 工作原理利用齿轮的的啮合原理 齿轮 齿条 齿轮 齿轮 其中一个成为刀具 另一个为工件 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 一 齿轮加工机床的工作原理 2 范成法 2 特点 1 工件齿廓由刀刃的包络线形成 2 加工精度高 生产率高 3 刀具规格数量少 广泛应用于各种齿轮制造 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 二 齿轮加工机床的类型 1 圆柱齿轮加工机床 一般精度加工 滚齿机 插齿机 花键铣床 车齿机等 一般精度指7 8级齿轮精度 有的滚齿机可加工到4 5级精度 精加工齿轮机床有 剃齿机 珩齿机 磨齿机 第一节齿轮加工机床的工作原理和分类 二 齿轮加工机床的类型 2 圆锥齿轮加工机床 直齿圆锥齿轮加工 刨齿机 铣齿机 拉齿机 弧齿圆锥齿轮加工 弧齿圆锥齿轮铣齿机 第二节滚齿机的运动分析 滚齿机是齿轮加工中应用最广泛的机床之一 主要用于加工直齿 斜齿圆柱齿轮 蜗轮或花键 多数机床的工件轴线为立式 对于轴齿轮的加工 采用工件轴线为卧式的滚齿机 第二节滚齿机的运动分析 一 滚齿原理 相当于交错轴螺旋齿轮啮合 其中一个齿轮的齿数减少到几个或一个 螺旋角 增到很大 成为蜗杆 螺旋升角 不大 并加工出前刀面和后角 形成刀具 滚刀的旋转运动B11与工件的旋转运动B12 即为啮合运动 在加工中称为范成运动 是复合运动 要求滚刀转1转时 工件要对应转过K z转 K为滚刀的头数 第二节滚齿机的运动分析 二 滚切直齿圆柱齿轮 1 机床的运动和传动原理图 1 加工运动 1 主运动 滚刀的旋转运动 r min 2 范成运动 滚刀旋转 1转 工件转 K z转 其中 K 滚刀螺旋齿的头数 z 工件齿数 3 轴向进给运动 滚刀沿工件轴线移动 mm r 第二节滚齿机的运动分析 二 滚切直齿圆柱齿轮 1 机床的运动和传动原理图 2 传动原理图主运动传动链 是简单运动传动链 属外联系传动链 范成运动传动链 滚刀 工件 是复合运动传动链 属内联系传动链 要求两端件有严格运动关系 因此 工作台的运动速度受到滚刀作为主运动的速度制约 轴向进给传动链 工件 刀架刀架沿工件轴向进给量的大小 只影响加工效率和表面粗糙度 是外联系传动链 第二节滚齿机的运动分析 二 滚切直齿圆柱齿轮 2 滚刀的安装 原则 滚刀螺旋线方向与工件的齿槽方向相一致 刀架调整角度的方向 右旋滚刀 右顺 左旋滚刀 左逆 刀架调整角度的大小 式中 滚刀的安装角 即刀架调整的角度 滚刀的螺旋升角 即刀架角度的大小与方向取决于滚刀的螺旋升角大小与方向 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 1 机床的运动和传动原理图 1 机床的运动除加工直齿的运动外 还需要形成螺旋齿槽的运动 即滚刀架沿轴向运动时 工件应有对应的附加转动 以便形成螺旋加工运动 就象车螺纹一样 刀具沿工件轴线移动一导程时 工件必须转一转 显然 这也是一条内联系传动链 刀架轴向进给1个工件螺旋导程时 工件必须附加转 1转 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 1 机床的运动和传动原理图 1 机床的运动主运动传动链 范成运动传动链 轴向进给传动链 附加运动传动链 工件 刀架 刀架沿工件轴向进给1个工件螺旋导程 工件必须附加转 1转 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 1 机床的运动和传动原理图 2 传动原理图主运动 范成运动和轴向进给运动与加工直齿圆柱齿轮相同附加运动是从刀架由另一条传动链 经合成机构传至工作台 工件 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 2 滚刀的安装 使滚刀的螺旋线与工件齿槽方向一致 1 右旋滚刀加工 1 加工右旋齿轮刀架转动方向 逆时针 角度 2 加工左旋齿轮刀架转动方向 顺时针 角度 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 2 滚刀的安装 使滚刀的螺旋线与工件齿槽方向一致 1 左旋滚刀加工 1 加工右旋齿轮刀架转动方向 逆时针 角度 2 加工左旋齿轮刀架转动方向 顺时针 角度 第二节滚齿机的运动分析 三 滚切斜齿圆柱齿轮 2 滚刀的安装 归纳 滚刀架转动角度的大小与方向 取决于齿轮的螺旋角 滚刀的螺旋升角 的大小和方向 滚刀架的角度滚刀与工件的螺旋方向方向相同时 滚刀与工件的螺旋方向方向相反时 滚刀架角度的方向取决于工件螺旋角 的方向 右逆左顺 第二节滚齿机的运动分析 四 滚切蜗轮 1 机床的运动和传动原理 加工蜗轮时 要求滚刀的中心线与蜗轮的主剖面在同一个平面内 不能通过刀架沿工件轴向作进给运动完成加工 根据进给运动的方法不同 分为径向进给法和切向进给法 第二节滚齿机的运动分析 四 滚切蜗轮 1 机床的运动和传动原理 1 径向进给法即刀具沿工件的径向进给 除主运动和范成运动外 还需要滚刀沿工件的径向作进给运动A2 这种方法简单 用蜗轮滚刀在一般的滚齿机上就能实现 但会造成蜗轮的齿顶有少量过切现象 第二节滚齿机的运动分析 四 滚切蜗轮 1 机床的运动和传动原理 2 切向进给法即刀具沿工件圆周的切向进给 也就是刀具沿自身的轴线进给 为了不破坏范成运动 要求滚刀沿轴线进给一个齿距时 工件必须对应地附加转过一个齿 第二节滚齿机的运动分析 2 切向进给法 切向进给法加工蜗轮需要4个运动及相对应的传动链 主运动传动链 范成运动传动链 滚刀架切向进给传动链 为外联系传动链 附加运动传动链 刀架切向进给一个齿距 工件附加转一个齿距 是内联系传动链 要求滚齿机上具备滚刀架切向进给溜板 并采用带切削锥的蜗轮滚刀 加工前调整好滚刀与工件轴线的距离 加工时该距离保持不变 切向进给法用于批量加工蜗轮 第三节Y3150E型滚齿机 一 机床的用途和外形 中型滚齿机的布局形式有立柱移动式和工作台移动式两种 Y3150E型滚齿机属工作台移动式结构 Y3150E型滚齿机的最大工件加工直径为500mm 最大模数m 8mm 加工的最小齿数为5齿 主要由 床身 立柱 刀架 工作台 后立柱 床鞍等组成 第三节Y3150E型滚齿机 二 机床的主要组成部件 1 床身内装有液压系统 冷却系统 固定立柱 其床身导轨供床鞍导向 2 立柱立柱内有机械传动装置 其前面 双山形 垂直导轨 与刀架溜板配合 操纵面板和操纵机构主要设在立柱上 第三节Y3150E型滚齿机 二 机床的主要组成部件 3 刀架刀架由刀架体 刀架溜板 滚刀主轴等组成 刀架体相对刀架溜板可调整角度 滚刀还能相对于刀架体进行 窜刀 调整或对刀 4 工作台用于安装工件 工件可直接安装在工作台上 也可用心轴7安装 用心轴安装工件 可以一次安装多个相同的齿轮毛坯 工作台由床鞍带动径向快进快退 或用床鞍上的手动操作机构 作工件的径向调整位置或径向进给深度 后立柱通过支架对心轴进行支承 提高加工时的刚度 第三节Y3150E型滚齿机 三 滚齿机传动系统及调整计算 第三节Y3150E型滚齿机 三 滚齿机传动系统及调整计算 1 主运动 一 加工直齿圆柱齿轮 1 两端件及计算位移主电动机 r min 滚刀主轴 r min 2 传动路线主电机 115 165 21 42 u A B 28 28 28 28 28 28 20 80 滚刀主轴 第三节Y3150E型滚齿机 一 加工直齿圆柱齿轮 1 主运动 3 运动平衡式 得到换置公式 uv u A B n刀 124 583 式中u 轴 轴 间的传动比 27 43 31 39 35 35 A B 主运动变速挂轮的齿数比 22 44 33 33 44 22 第三节Y3150E型滚齿机 一 加工直齿圆柱齿轮 1 主运动 滑移齿轮 配换挂轮 得到变速级数z 9级 主轴转速范围 n刀 40 250r min 采用滑移齿轮 配换挂轮方式 简化变速机构 又可获得较多的变速级数 加工一批同一种规格齿轮时 一批加工前 调整挂轮 每个齿轮的加工过程通过手柄调整三联滑移齿轮 第三节Y3150E型滚齿机 一 加工直齿圆柱齿轮 2 范成运动 1 两端件及计算位移滚刀主轴转1转 工件转K z转 2 传动路线滚刀主轴 80 20 28 28 28 28 28 28 42 56 合成机构 e f 36 36 a b c d 1 72 工作台 第三节Y3150E型滚齿机 3 合成机构工作原理 使用离合器M2时 形成合成机构 设输入轴nx 转臂nH 输出轴n nx nH n nH 1或nx nH nH n nx 2nH n 令 nH 0 则 u合1 nx n 1负号表明输出轴 的转速nx的值与输入轴 的n 相同 方向相反 第三节Y3150E型滚齿机 3 合成机构工作原理 使用离合器M2时 形成合成机构 设输入轴nx 转臂nH 输出轴n nx nH n nH 1或nx nH nH n nx 2nH n 若令 nx 0 则 u合2 nx nH 2表明输出轴 的转速nx是转臂转速nH的2倍 这是采用离合器M2得出的结论 加工斜齿圆柱齿轮采用离合器M2 第三节Y3150E型滚齿机 3 合成机构工作原理 使用离合器M2时 形成合成机构 设输入轴nx 转臂nH 输出轴n nx nH n nH 1或nx nH nH n nx 2nH n 加工直齿圆柱齿轮 采用离合器M1 整个合成机构成为一个联轴器 u 合1 nx n 1表明输出轴 与输入轴 的转速 转向相同 第三节Y3150E型滚齿机 4 运动平衡式 简化得换置公式 结构性挂轮 第三节Y3150E型滚齿机 结构性挂轮可减少挂轮a b c d的数量 并使结构紧凑 例 设被加工齿轮齿数z 500 滚刀头数K 1时 若没有结构性挂轮 依据上面的计算公式 将使被动齿轮b d的齿数过大 且挂轮架的结构尺寸很大 有了结构性挂轮 按前要求使用 第三节Y3150E型滚齿机 5 工作台运动方向确定 按照机械设计中的原理判断 依据滚刀的螺旋方向 右旋滚刀 左手定则 左旋滚刀 右手定则 第三节Y3150E型滚齿机 一 加工直齿圆柱齿轮 3 轴向进给运动 1 两端件及计算位移工件转1转 刀架进给f mm 2 传动路线工作台 72 1 2 25 39 39 a1 b1 23 69 u M3 2 25 丝杠的导程L 3 螺母 刀架 第三节Y3150E型滚齿机 3 运动平衡式 式中a1 b1 轴向进给挂轮传动比 26 52 32 46 46 32 52 26 u 轴 轴 间的传动比 39 45 30 54 49 35 通过轴向进给挂轮和轴 轴 间三联滑移齿轮变速组 共可得z 12级进给量 可得换置公式 uf a1u b1 f 0 4608 第三节Y3150E型滚齿机 4 小结 1 加工直齿圆柱齿轮有3个运动 需要3个传动链 其中范成运动传动链为内联系传动链 两端件的计算位移 滚刀主轴转1转 工件转K z转 2 合成机构采用M1离合器 u 合1 nx n 1 3 范成运动中工作台的转向 由滚刀的螺旋方向及转向决定 右旋滚刀 左手定则 左旋滚刀 右手定则 4 刀架扳动调整角度的大小 刀架调整角度的方向 右旋滚刀 右顺 左旋滚刀 左逆 第三节Y3150E型滚齿机 二 加工斜齿圆柱齿轮 1 主运动 与加工直齿圆柱齿轮相同 因为采用离合器M2 u合1 1 其换置公式为 2 范成运动 上式负号表明加工斜齿圆柱齿轮时 轴 与轴 的转向相反 用于改变工作台转动方向的介轮配换方法 与加工直齿圆柱齿轮的正好相反 第三节Y3150E型滚齿机 二 加工斜齿圆柱齿轮 3 轴向进给运动 与加工直齿圆柱齿轮的调整计算方法相同 加工时实际进给量f略大 1 两端件及计算位移 4 附加运动 刀架轴向进给1工件螺旋导程L 工件附加转 1转 2 传动路线刀架 螺母 丝杠 25 2 2 25 a2 b2 c2 d2 36 72 合成机构 e f 36 36 a b c d 1 72 工作台 第三节Y3150E型滚齿机 二 加工斜齿圆柱齿轮 3 运动平衡式 4 附加运动 设被加工齿轮的齿数为z 螺旋角为 法向模数为mn 可求出齿轮的螺旋导程 可得运动平衡式 式中u合2 合成机构中附加传动链的传动比 u合2 2 第三节Y3150E型滚齿机 二 加工斜齿圆柱齿轮 3 运动平衡式 4 附加运动 可得换置公式 公式中 表示工作台附加转动的方向与被加工齿轮的螺旋角方向有关 4 附加运动方向的判别当刀具垂直向下加工运动 俯视工件时 工件的转向 右旋齿轮 逆时针 左旋齿轮 顺时针 第三节Y3150E型滚齿机 5 附加传动链调整与计算注意事项 1 换置公式中包含了无理数sin 致使挂轮a2 b2 c2 d2难以计算出精确值 为了把误差限制在允许的范围内应采取如下措施 限制计算误差8级精度齿轮加工 传动比的计算应准确到小数点后第4位数字 7级精度齿轮加工 传动比的计算应准确到小数点后第5位数字 第三节Y3150E型滚齿机 5 附加传动链调整与计算注意事项 1 换置公式中包含了无理数sin 致使挂轮a2 b2 c2 d2难以计算出精确值 为了把误差限制在允许的范围内应采取如下措施 相啮合齿轮成对加工附加传动链的计算误差 影响的齿轮螺旋角 的精度 若采取相啮合齿轮成对加工 虽然被加工齿轮螺旋角 有误差 但两个齿轮的螺旋角 误差大小相同 方向相反 能满足啮合要求 第三节Y3150E型滚齿机 5 附加传动链调整与计算注意事项 2 刀架的丝杠导程采用3 解决了被加工齿轮的导程中存在的因子 计算问题 简化了换置挂轮a2 b2 c2 d2的计算 3 在加工过程 附加传动链不得中途断开或调整 第三节Y3150E型滚齿机 二 加工斜齿圆柱齿轮 5 滚刀架的快速垂直运动 条件 轴 上三联滑移齿轮放至空档位置 M3不能脱开 点动快速电动机 通过传动链使附加运动的传动链快速运动 以便检查附加运动中工作台的与刀架的相对运动方向是否正确 或让刀具快速靠近工件或退出工件 因为附加传动链一旦调整好就不能中途断开 快速电动机与轴 上三联滑移齿轮有互锁关系 只有三联滑移齿轮放到空档位置时 才可能点动快速电动机 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 1 插齿原理 主要用于加工直齿圆柱齿轮 尤其能够加工内齿轮或多联齿轮 插齿加工相当于两个直齿圆柱齿轮的啮合运动 插齿刀实质上是在端面上磨出前角 齿顶和齿侧磨出后角的齿轮 插齿刀沿工作轴线作往复运动 形成产形齿轮 同时与工件作无间隙的啮合运动 其刀具的包络线形成了被加工齿轮的齿廓 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 2 插齿机的运动 1 主运动 插齿刀沿轴线的往复运动 立式插齿机上 往下为工作行程 向上为空行程 当切削速度为v 行程长度为L 插齿刀每分钟的行程数为 n刀 1000v 2L 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 2 插齿机的运动 2 范成运动 即插齿刀 产形齿轮 与被加工齿轮的啮合运动 两端件及计算位移为 插齿刀转1 z刀 工件转1 z工这是复合运动 为内联系传动链 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 2 插齿机的运动 3 圆周进给运动 插齿刀转动的快慢 决定了加工齿轮的快慢 以插齿刀往复一次 刀具分度圆上转过的弧长表示 单位mm 往复行程 圆周进给量小 意味着形成齿廓的刀刃切削次数增多 提高了齿廓曲线的精度 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 2 插齿机的运动 4 让刀运动 插齿刀具向上空行程时 为了减少擦伤工件齿面和刀具磨损 刀具与工件应相对让开一个小距离 而在工作行程前 刀具应恢复原位 这种让开与回复的运动称为让刀运动 让刀运动可由工作台或刀具实现 因工作台连同工件的惯性大 让刀运动的振动也大 限制了切削速度的提高 因此现在多采用刀具的摆动实现让刀运动 第四节其它类型齿轮加工机床 一 插齿机 2 插齿机的运动 5 径向进给运动 插齿时 要逐渐切入一定的齿深 单位 mm 往复行程 当切到一定齿深后 工件还应转过一整转 才能完成一次齿深的加工 可根据工件的材料 模数 加工精度等条件 决定采取 一次切入全齿深 两次或三次切入全齿深 每次达到切入深度后 均要使工件再转一整转 第四节其它类型齿轮加工机床 二 圆柱齿轮磨齿机 1 蜗杆砂轮磨齿机 用直径很大 且修整成蜗杆形的砂轮磨削工件 与滚齿的工作原理基本相同 轴向进给一般由工件实现 主要用于加工6级以上精度的圆柱齿轮 尤其适应加工淬火的齿轮 磨齿机多采用范成法加工 第四节其它类型齿轮加工机床 二 圆柱齿轮磨齿机 1 蜗杆砂轮磨齿机 1 在磨齿机中加工效率最高 2 模数较小的齿轮可以直接从轮坯上磨出 3 砂轮修整困难 不易达到很高的加工精度 4 磨削不同模数的齿轮 要更换砂轮 适用于中小模数齿轮的成批和大量生产 特点 第四节其它类型齿轮加工机床 二 圆柱齿轮磨齿机 2 锥形砂轮磨齿机 砂轮截面为齿条齿廓形状 砂轮高速旋转 并沿工件齿槽方向直线往复运动时 砂轮的两侧锥面形成了假想齿条的一个齿廓 范成运动时 工件转过一个齿 其中心线同时移动一个齿距 m 即磨出工件一个齿廓上的一侧齿面 一个齿槽的两侧齿面分别磨削 工件向左滚动 磨出右侧齿面 工