第四章-齿轮加工机床-zhl分解

第四章齿轮加工机床 第一节工作原理和分类 齿廓表面发生线的生成方法 轨迹法相切法成型法范成法 齿廓表面成形方法和所需成形运动分析 轨迹 轨迹法 母线 特殊齿形曲线 轨迹法成形 导线 直线 轨迹法成形 线切割 成型 轨迹法 母线 齿端截形曲线 成形法成形 导线 直线形 由轨迹法形成 齿轮拉削 范成 轨迹法 母线 渐开线形状 范成法形成 导线 直线形 轨迹法需要一个成形运动 需要两个独立的表面成形运动 插齿机 成型 旋切法 母线 渐开线形状 由成型法形成 导线 直线形状 由旋切法形成 齿轮铣刀 范成 旋切法 母线 渐开线形状 范成法形成 导线 螺旋线 由旋切法形成 滚齿机 齿轮加工机床的类型 按照被加工齿轮种类不同 齿轮加工机床可分为两大类圆柱齿轮加工机床 滚齿机 插齿机 车齿机等锥齿轮加工机床 加工直齿锥齿轮 刨齿机 铣齿机 拉齿机 加工弧齿锥齿轮 铣齿机 加工齿线形状为延伸渐开线 锥齿轮铣齿机 精加工齿轮齿面 珩齿机 剃齿机和磨齿机 第二节滚齿机的运动分析 滚齿原理 由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个 螺旋角 增大到很大 即螺旋升角 很小 它就成了蜗杆 再将蜗杆开槽并铲背 就成为齿轮滚刀 滚齿时齿廓的成形方法是范成法 成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动 B11 B12 为了得到所需的渐开线齿廓和齿轮齿数 滚齿时滚刀和工件之间必须保持严格的相对运动关系 即当滚刀转过1转时 工件应该相应地转K Z转 K为滚刀头数 Z为工件齿数 加工直齿圆柱齿轮的传动原理 三条传动链 两个独立的成形运动 范成运动传动链渐开线齿廓的形成 靠滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12组成复合运动 属 内联系 传动链 它们的运动联系有严格的传动比要求 即滚刀转1转 工件应该相应地转过一个齿 当K 1 K为滚刀的头数 即复合展成运动的内联系传动链 主运动传动链属 外联系 传动链 即从电动机通过传动件把运动和动力传至范成运动传动链 即复合展成运动的外联系传动链 轴向进给运动传动链形成直线导线的运动是滚刀的旋转和滚刀 刀架 沿工件轴线方向的竖直进给运动 即相切法形成直线导线所需要的直线轨迹运动 轴向进给运动传动链为 工件 7 8 uf 9 10 刀架升降丝杠 刀架 它是外联系传动链 加工斜齿圆柱齿轮的传动原理 四条传动链 2个独立的成形运动 范线运动传动链形成渐开线齿廓 即复合展成运动的内联系传动链 主运动传动链属 外联系 传动链 即从电动机通过传动件把运动和动力传至范成运动传动链 即复合展成运动的外联系传动链 轴向进给 运动传动链产生复合螺旋轨迹运动的外联系传动链 与滚切直齿圆柱齿轮时的轴向进给运动相同 轴向进给运动 传动链为 工件 9 10 uf 11 12 刀架升降丝杠 刀架 它是复合螺旋轨迹运动的外联系传动链 附加运动传动链 差动链 刀架 滚刀移动A21 12 13 uy 14 15 合成 6 7 ux 8 9 工作台工件附加转动B22 以保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L时 工件附加转 1转 形成螺旋线齿线 这条传动链属于复合螺旋轨迹运动的内联系传动链 加工蜗轮的传动原理 用蜗轮滚刀滚切蜗轮时 齿廓的形成方法及成形运动与加工圆柱齿是相同的 但齿线是当滚刀切至全齿深时 在范成齿廓的同时形成的 滚切蜗轮需有范成运动 主运动以及滚刀切入工件的切入进给运动 加工时 由滚刀旋转运动B11和工件旋转运动B12范线齿廓的同时 还应由滚刀或工件沿工件径向作切入进给运动A2 使滚刀从蜗轮齿顶逐渐切入至全齿深 A2运动停止 B11和B12运动继续转动 使工件再转一周 采用这种方法加工蜗轮时 滚刀的径向切入进给由手动完成 主运动和范成运动由机动完成 滚刀的安装 滚直齿圆柱齿轮时 要求在切削部位滚刀的螺旋线方向与工件齿长 齿槽 方向一致 这是沿齿向进给切出全齿长的条件 加工前要调整滚刀的安装角 滚刀位于工件前面 滚刀的螺旋升角为 从几何关系可知 滚刀安装角 图螺旋滚刀加工直齿圆柱齿轮安装角a 右旋滚刀滚切直齿轮b 左旋滚刀滚切直齿轮 用螺旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮时 滚刀安装角的调整要保证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 由于滚刀和工件的螺旋方向都有左 右方向之分 则它们之间共有四种不同的组合 滚刀安装角 被加工齿轮螺旋角 滚刀的螺旋升角 当被加工的斜齿轮与滚刀的螺旋线方向相反时取 号 方向相同时取 号 滚切斜齿轮时 应尽量采用与工件螺旋方向相同的滚刀 使滚刀安装角较小 有利于提高机床运动平稳性及加工精度 工件的附加转动方向 滚刀在位置I时 切削点在a点 滚刀下降 f到达位置 时 需要切削的是b 点而不是b点 如果用右旋滚刀切削右旋齿轮 则工件应比切直齿时多转一些 切左旋齿轮 则应少转一些以便滚刀到达需要切削的b 点 用右旋滚刀时 刀架向下移动螺旋线导程S 工件应多转 右旋齿轮 或少转 左旋齿轮 1转 第三节YC3150滚齿机 YC3180结构组成 Y3180传动系统图 主运动传动链 两端件 电动机 滚刀主轴计算位移 1500 r min n r min 展成运动传动链 两端件 滚刀主轴 工件计算位移 1转 k z转 锁住i合成 1 进给运动传动链 两端件 工作台 滚刀架计算位移 1转 f mm 差动传动链 滚斜齿 两端件 滚刀架 工作台计算位移 T 1r 锥齿轮差动机构系杆主动 恒星轮被动i合成 2 展成运动传动链 滚斜齿 两端件 滚刀主轴 工件计算位移 1转 k z转 不锁住从恒星轮输入 从另一恒星轮输出i合成 1挂轮架加一惰轮 第四节传动链换置器官的布置 传动链换置器官的布置 第五节其他齿轮加工机床的运动分析 插齿机 常用的圆柱齿轮加工机床 滚齿机插齿机插齿机主要用于 加工直齿圆柱齿轮特别是内齿轮和多联齿轮加工原理 一对圆柱齿轮的啮合 插齿机 一 插齿原理 插齿刀实质上是一个齿轮 端面磨有前角齿顶及齿侧均磨有后角 插齿机的主运动 主运动 插齿刀沿其轴线 工件的轴线 所作的直线往复运动 立式插齿机上 刀具垂直向下时为工作行程 向上为空行程 切削速度v m min 及行程长度L mm 已确定 则插齿刀每分钟往复行程数 n刀 1000v 2L 主运动 插齿刀沿工件轴向作直线往复运动在刀具与工件轮坯作 无间隙啮合运动 过程中 在轮坯上渐渐切出齿廓 加工过程中 刀具每往复一次 仅切出工件齿槽的一小部份 齿廓曲线是在插齿刀刀刃多次相继切削中 由刀刃各瞬时位置的包络线所形成的 范成运动 加工过程中 插齿刀和工件轮坯应保持一对圆柱齿轮的啮合运动关系插齿刀 工件转1个齿 转1个齿1 Z刀转 1 Z工转这两个运动组成一个复合运动 范成运动 圆周进给运动 插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的决慢 同时也决定了插齿刀每一次切削的切削负荷插齿刀的转动为圆周进给运动大小 用插齿每次往复行程中 刀具在分度圆圆周上所转过的弧长表示 即圆周进给量的单位为mm 往复行程 降低圆周进给量将会增加形成齿廓的刀刃切削次数 从而提高齿廓曲线精度 让刀运动 作用 避免空行程时擦伤工件齿面和减少刀具磨损 刀具和工件之间应该让开 使之产生一定间隙实现方式 安装工件的工作台移动来实现 也可由刀具主轴摆动得到 大尺寸及新型号的中 小尺寸插齿机 普遍采用刀具主轴摆动来实现让刀运动 径向切入运动 由于插齿刀立即径向切人工件至全齿深 会因切削负荷过大而损坏刀具和工件 工件应逐渐地向插齿刀 或插齿刀向工件 作径向切人运动 根据工件的材料 模数 精度等条件 可采用一次 两次和三次径向切入至全齿深的径向切入方法 径向进给量的大小 用插齿刀每次往复行程中工件或刀具径向切人的距离表示 其单位为mm 往复行程 插齿机的传动原理 主运动传动链电动机M 1 2 uv 3 4 5 曲柄偏心盘A 插齿刀主轴uv为调整插齿刀每分钟往复行程数的换置机构 圆周进给运动传动链 曲柄偏心盘A 插齿刀往复移动 5 4 6 uf 7 8 9 蜗杆蜗轮副B 插齿刀主轴 插齿刀转动 Uf 调整插齿刀圆周进给量大小的换置机构范成运动传动链插齿刀主轴 插齿刀转动 蜗杆蜗轮副B 9 8 10 ux 11 12 蜗杆蜗轮副C 工作台 工件转动 ux 调整插齿刀与工件轮坯之间传动比的换置机构 以适应插齿刀和工件齿数的变化 圆柱齿轮磨齿机 用磨削方法对齿轮齿面进行精加工的精密机床用途 淬硬齿轮的精加工齿轮精度 可达6级或更高一般先由滚齿机或插齿机切出轮齿后再磨齿模数较小的齿轮可直接磨齿方法 成形法 成形砂轮 成型 相切法 范成法 1 连续磨齿 蜗杆砂轮磨齿 工作原理同滚齿机 展成 相切法 2 分度磨齿 碟形砂轮 大平面砂轮 锥形砂轮 利用齿条和齿轮的啮合原理 砂轮代替齿条 展成 相切法 蜗杆砂轮磨齿机 范成法 连续磨齿 用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮原理和滚齿机相同轴向进给运动一般由工件完成加工过程连续 生产率最高 缺点 砂轮修整困难 不易达到高的精度 磨削不同模数的齿轮时需更换砂轮 联系砂轮与工件的内联传动链中的各个传动环节转速很高 易产生噪声 磨损快 适用于中小模数齿轮的成批和大量生产 锥形砂轮型磨齿机 范成法 分度磨齿 原理 利用齿条和齿轮啮合砂轮截面形状按照齿条的齿廓修整砂轮按切削速度旋转 沿工件齿线方向作直线往复运动砂轮两侧锥面的母线就形成了假想齿条的一个齿廓 齿轮在此假想齿条上作无间隙的啮合滚转运动被磨削齿轮转动一个齿 1 z转 的同时 其轴心线移动一个齿距 m 的距离 展成法 相当于齿轮在不动的齿条上滚动 便可磨出工件上一个轮齿一侧的齿面 磨削过程 磨齿时 一个齿槽的两侧齿面分别进行磨削工件向左滚动时 磨削左侧的齿面向右滚动时 磨削右侧的齿面工件往复滚动一次 磨完一个齿槽的两侧齿面后 工件滚离砂轮 并进行分度 即工件在不作直线移动的情况下绕其轴线转过一个齿再重复上述过程 磨削下一个齿槽 锥形砂轮型磨齿机的传动原理图 砂轮旋转B1 主运动 和直线移动A2 轴向进给运动 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 范成运动 为磨出全部轮齿 加工过程中还需有一个周期的分度运动 特点 优点 万能性高 砂轮形状简单 缺点 内联系传动链长 砂轮形状不易修整得准确 精度难以提高 生产率较低 应用 小批和单件生产 双碟形砂轮型磨齿机 范成法 分度磨齿 用两个碟形砂轮的端平面来形成假想齿条的一轮齿两侧齿面 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 与锥形砂轮型磨齿机基本相同 但轴向进给运动通常是由工件来完成 特点 由于砂轮的工作棱边很窄 且为垂直于砂轮轴线的平面 易于获得高的修整精度 磨削接触面积小 磨削力和磨削热很小 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 是各类磨齿机中磨齿精度最高的一种 缺点 砂轮刚性较差 磨削用量受到限制 生产率较低 原理 为了提高磨齿精度 这类磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构实现范成运动滚圆盘6因受钢带5及9约束而转动 从而工件主轴一边随横向溜板移动 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 实现范成运动 滚圆盘直径d盘和滚圆直径d滚以及钢带厚度的关系为 d滚 d盘 工件来回滚动一次 完成两个齿面的磨削后 继续滚动至脱离砂轮 随即由分度传动链传动 通过分度机构4使工件进行一次分度 然后开始下一个齿槽的磨削循环 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 锥齿轮加工机床 锥齿轮的齿形 理论上应是球面渐开线 为了便于制造 实际上采用近似的背锥上的渐开线 锥齿轮的齿线形状常用的有直线和圆弧线 锥齿轮加工机床的工作原理 可分为成形法和范成法两种 范成法应用较普遍 锥齿轮的范成原理 基本原理 一对锥齿轮的啮合传动原理一个锥齿轮转化为刀具 另一个转化为工件强制它们按一对锥齿轮啮合运动关系作相对运动 范成切出渐开线齿廓为了简化机床和刀具 转化为刀具的锥齿轮采用冠轮或近似冠轮的形式 锥齿轮的轮齿 从大端向小端逐渐收缩锥齿轮中的一个齿轮2的节锥角 21增大至90 这时齿轮2的节锥变成环形平面 这样的锥齿轮称作冠轮 冠轮背锥母线的长度为无限大 其 当量圆柱齿轮 变为齿条 因此任意截面上的齿廓都是直线 直齿锥齿轮刨齿机 用两把刨刀的刀刃代替冠轮一个齿槽的两个齿廓 使刨刀沿冠轮半径方向作切削运动A1 形成了假想冠轮2 强制此假想冠轮和工件 锥齿轮坯 按啮合关系作范成运动 B21 B22 加工出直齿锥齿轮的一个齿 由于假想冠轮上只有一个齿槽 所以加工完一个齿后 工件必须进行分度运动B3 才能加工另一个齿 弧齿锥齿轮铣齿机 弧齿锥齿轮铣齿机 见样本 齿轮的精加工机床 剃齿 非强制啮合的展成加工 用于未经淬火的齿轮的精加工 精度 7 6级 Ra0 8 0 4 主运动 剃齿刀正 反