第四章齿轮加工机床讲课ppt课件

.,1,第四章齿轮加工机床GearCuttingMachine,.,2,本章目的,学习齿轮加工机床的用途、分类、加工方法；掌握滚齿机的加工原理、传动原理及运动分析；传动系统的调整计算；了解滚刀安装角的调整、运动方向的确定。,重点与难点,滚齿机的传动原理滚齿机的传动链调整计算,.,3,第一节概述,加工齿轮轮齿的机床齿轮传动应用广泛齿轮传动在圆周速度和传动精度等方面的要求越来越高促进了齿轮加工机床的发展机械制造业中重要的加工设备,.,4,一、齿轮加工机床的工作原理,齿轮加工机床的种类繁多，构造各异成形法范成法,1.成形法,要求：刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。优点：机床较简单，可利用通用机床加工。缺点：1.对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；2.加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；3.每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。,.,5,母线（渐开线）:采用成形法，机床不需要表面成形运动。形成导线（直线）:相切法。机床需要两个成形运动。一个是铣刀的旋转B1，一个铣刀沿齿坯的轴向移动A。两个都是简单运动。铣完一个齿后，铣刀返回原位，齿坯作分度运动转过360/z（z是被加工齿轮的齿数），然后再铣下一个齿槽，直至全部齿被铣削完毕。,.,6,用单齿廓成形刀具加工齿轮用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。,.,7,采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率很高，但刀具制造复杂，仅用于大量生产中。,.,8,2.范成法,范成法:利用齿轮的啮合原理把齿轮啮合副（齿条-齿轮、齿轮齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。,.,9,范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮;加工时能连续分度，加工精度和生产率一般比较高，应用广泛。此法必须在专门的齿轮机床上加工，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产。,.,10,二、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、剃齿机和磨齿机等。,.,11,第二节滚齿机的运动分析,应用最广泛的齿轮加工机床，多数是立式加工：直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮卧式滚齿机，用于仪表工业中加工小模数齿轮和在一般机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等。,图4-2滚齿原理,.,12,一、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。,.,13,.,14,成形运动,成形方法：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（B11B12）范成运动。当滚刀与工件连续不断地旋转时，便在工件整个圆周上依次切出所有齿槽。,滚刀和工件之间关系,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为：滚刀1/k转工件转1/z转k滚刀头数，Z工件齿数,.,15,1.加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理,滚齿原理,.,16,运动,渐开线齿廓由范成法形成，靠滚刀旋转运动B11和工件旋转运动B12组成的复合成形运动范成运动实现；直线形齿线由相切法形成，靠滚刀旋转运动B11和滚刀沿工件轴线的直线运动A2来实现，两个简单运动,根据表面成形原理，加上直齿圆柱齿轮时的成形运动应包括:形成渐开线齿廓（母线）的运动；形成直线形齿线（导线）的运动。,.,17,滚切直齿齿轮时，用展成法和相切法加工轮齿的齿面，用展成法形成渐开线（母线），需要一个复合的成形运动，这个运动需要一条内联系传动链和一条外联系传动链。用相切法形成直线，需要两个简单的成形运动，一个是滚刀的旋转，与展成法成形运动的一部分B11重合；另一个是直线运动，需要一条外联系传动链（进给传动链）,.,18,图4-4滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图,图4-3滚切直齿圆柱齿轮所需的运动,.,19,展成运动,展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。传动链：滚刀-4-5-ix-6-7-工件。,.,20,主运动,主运动展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系。从切削的角度分析，滚刀的旋转是主运动。传动链为：电动机-1-2-iv-3-4-滚刀。换置机构iv调整渐开线齿廓的成形速度，以适应滚刀直径、滚刀材料、工件材料、硬度以及加工质量要求等的变化。,.,21,竖直进给运动,竖直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。这个运动是使得切削得以连续的运动，是进给运动。A2是一个简单运动，可以使用独立的动力源驱动，这里把工作台作为间接动力源，是因为滚齿机的进给以工件每转时滚刀架的轴向移动量计，单位为mm/r，且刀架运动速度低，采用这种传动方案，不仅可以满足工艺上的需要，又能简化机床的结构。传动链：工件-7-8-uf-9-10-刀架升降l丝杠，外联系传动链换置机构if调整轴向进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。,.,22,滚刀的安装,滚刀刀齿是沿螺旋线分布的，螺旋升角为，加工直齿圆柱齿轮时，为了使滚刀刀齿方向与被切齿轮的齿槽方向一致，滚刀轴线与被切齿轮端面之间应倾斜一个角度，称为滚刀的安装角。它在数量上等于滚刀的螺旋升角为，即=，用右旋滚刀加工直齿齿轮的安装角如图4-3所示，用左旋滚刀时倾斜方向相反。图中虚线表示滚刀与齿坯接触一侧的滚刀螺旋线方向。,.,23,2.加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理,不同处:齿线为螺旋线所需运动:范成运动主运动轴向进给运动附加运动即滚刀移动一个工件螺旋线导程S时，工件应准确地附加转过一转,.,24,图4-5滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动,滚齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线；但齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个运动：一个是产生渐开线（母线）的展成运动；另一个是产生螺旋线（导线）的运动。前者与加工直齿齿轮时相同；后者则有所不同。,加工直齿圆柱齿轮时，进给运动是直线运动，是一个简单运动。加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动是一个复合运动。如图4-5，这个运动可分解为两部分，滚刀架的直线运动A21和工作台的旋转运动B22。工作台要同时完成B12和B22两种旋转运动，所以B22常称为附加转动。,.,25,图4-6滚切斜齿圆柱齿轮的传动链,滚切斜齿圆柱齿轮时的两个成形运动都各需一条内联系传动链和一条外联系传动链，如图4-6所示，展成运动的传动链与滚切直齿时完全相同。,这时的进给运动是复合运动，产生螺旋运动的外联系传动链进给链，与切削直齿圆柱齿轮时相同，此外还需一条产生螺旋线的内联系传动链。,.,26,内联系传动链连接刀架移动A21和工件的附加转动B22，以保证当刀架直线移动距离为螺旋线的一个导程时，工件的附加转动为一转。这条内联系传动链习惯上称为差动链。图4-6中，差动链为丝杠1011iy127工件。换置器官的传动比iy根据被加工齿轮的螺旋线导程或螺旋倾角调整。,.,27,由图4-6可以看出，范成运动传动链要求工件转B12，差动传动链要求工件附加转动B22。这两个运动需同时传给工件，在点7必然发生干涉，所以必须采用合成机构。合成机构把来自滚刀的运动（点5）和来自刀架的运动（点15）合并起来，在点6输出，传给工作台带动工件旋转，如图4-7。,.,28,图4-7滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,.,29,（1）主运动传动链：12iv34。该传动链是联系动力源和滚刀的传动链。（2）范成运动传动链：滚刀45ix67工件。该传动链是联系滚刀和工件的传动链。（3）轴向进给运动传动链：78if910。该传动链是联系工件与刀架的传动链。以上三条传动链与滚切直齿圆柱齿轮时的传动链是一样的。（4）差动传动链：丝杠1011iy127工件。该传动链是联系刀架和工件的传动链，以保证滚刀轴向进给工件螺旋线的一个导程时，工件产生附加转动一转。,.,30,滚齿机既可以用来加工直齿轮，又可以用来加工斜齿轮。因此，滚齿机是根据滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图设计的。当滚切直齿圆柱齿轮时，就将差动传动链断开（换置机构不挂交换齿轮），并将合成机构调整成为一个如同“联轴器”的整体，只起等速传动的作用。滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。,.,31,滚刀的安装,切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角不仅与滚刀滚的螺旋线方向及螺旋升角有关，还与被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角有关，当滚刀与齿轮的螺旋线方向相同时，滚刀的安装角=-，图4-8a所示；当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角=+，图4-8b所示。,.,32,图4-8滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角,.,33,工件附加转动的方向,工件附加转动B22的方向见图4-9。图中ac是斜齿圆柱齿轮的齿线。滚刀在位置时的切削点在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，图4-9a，切左旋齿轮，则应少转一些。用右旋滚刀时，刀架向下移动螺旋线导程T，工件应多转（右旋齿轮）或少转（左旋齿轮）1转。,.,34,图4-9用右旋滚刀切斜齿时工件的附加转动方向,.,35,YC3180型滚齿机能加工的工件最大直径为800mm，最大模数为10mm，最小齿数为8，这种滚齿机除具备普通滚齿机的全部功能外，还可采用硬质合金滚刀对已淬硬的高硬度（50-60HRC）齿面齿轮进行半精铣或精铣，以部分地取代磨齿。为此，机床的主电动机功率较大，机床的刚度和抗振性要求也较高。,第三节YC3180型滚齿机,.,36,滚齿机的传动系统比较复杂，应联系传动原理图进行分析。首先，分析为加工这样的工件需要几个运动；哪几个运动是简单运动，哪几个运动是复合运动；需要几条传动链。每一动链应按下列次序分析：确定末端件，即这条传动链的两端是什么机件。列出计算，即列出两末端件的运动关系。对照传动原理图，列出运动平衡式。计算换置式。,.,37,.,38,立柱2固定在床身l上。滚刀架3可沿立柱的导轨上下移动。滚刀安装在主轴4上。工件装在工作台7的心轴6上，随工作台旋转。后立柱5和工作台装在同一溜板上，可沿床身l的导轨作水平方向的移动。根据工件的直径，调整其径向位置。当用径向进给法切削蜗轮时，这个水平移动是径向进给。,.,39,.,40,主运动传动链,（1）末端件主运动链是展成运动的外联系传动链。它的一端是电动机，一端是主轴。（2）计算位移电动机转速为1500rmin(同步转速，未计转差率)，主轴转速为n（3）运动平衡式,.,41,(4)换置式主运动链是外联系传动链，调整不需很准确，因此可以用一个9速的分级变速箱来调整。,.,42,展成运动传动链,(1)末端件展成链是展成运动的内联系传动链。它联系滚刀的旋转和工件的旋转，故两末端件是滚刀和工件或滚刀主轴和工作台。(2)计算位移展成链保证末端件的传动比相当于一对交错轴齿轮副的啮合传动，即滚刀每1转，工件转Kz转，K为滚刀头数，z为工件齿数，记作：,.,43,(3)运动平衡式与传动原理图相对比，从8020至4545相当于定比传动45段；i合成是合成机构的传动比；是展成链的转换器官ix，1/96是定比传动8-9段，加工直齿圆柱齿轮时，合成机构被锁住，传动比i合成=1。（4）换置式,.,44,进给传动链,（1)末端件进给以工作台作为间接动力源，故末端件是工作台和滚刀架。(2)计算位移进给以工作台每转时滚刀架的竖直移动量(mm)计，故计算位移为：,.,45,（3）运动平衡式：(4)换置式,.,46,一、滚切斜齿圆柱齿轮,1差动链切削斜齿圆柱齿轮时，进给是复合运动，需要一条内联系传动链来保证螺旋线的导程。传动链习惯上称为差动链。（1）末端件螺旋线由滚刀架的竖直运动和工作台的附加转动来保证，故末端件为滚刀架和工件。（2）计算位移当滚刀架竖向移动T时，工件应多转或少转1转。T是螺旋线的导程，,.,47,(3）运动平衡式(4）换置式合成机构是一个锥齿轮差动机构。4个锥齿轮齿数都相等。差动链的蜗轮z=40与系杆（转臂）相联系。在差动链中，系杆为主动，恒星轮为被动，传动比i合成2。代人运动平衡式，得：,.,48,.,49,2.展成链展成链与滚切直齿圆柱齿轮相同。但合成机构不被锁住。展成运动从恒星轮传入，从另一恒星轮传出。两恒星轮转速相同，但转向相反，故传动比为-1。因此，展成链的换置式不变，但滚刀和工件的相对旋转方向与滚切直齿齿轮时相反。为了要相同，应在展成链的挂轮架内加一个惰轮。主运动链和进给链，与滚切直齿齿轮时相同。,.,50,二、用径向进给法滚切蜗轮,用径向进给法滚切蜗轮时，主运动链和展成链与滚切直齿齿轮时相同。进给为床身溜板连同工作台和后立柱在床身的导轨上作水平的径向进给。径向进给行程较短（等于齿全高加上开始切削前的一小段）。行程终点的要求较高（因影响齿厚），故常用手摇。床身右端的液压缸和活塞用于在加工完毕后使工件退离滚刀以便于装卸；装卸工件完毕后使工件复位。这个快退快进的距离是一定的（等于活塞行程）。此外，这台机床还有其他一些功能，如滚刀架的快速升降，备有仿形装置以便加工某些形状特殊的齿轮等，见机床说明书。,.,51,第四节传动链换置器官的布置,一、外联系传动链换置器官如果外联系传动链与内联系传动链有公用段，则外联系传动链的换置器官不得布置于公用段内。,图4-13主运动链换置器官的布置,.,52,二、内联系传动链换置器官滚齿机有两条内联系传动链：展成链和差动链，其换置器官分别为ix和iy。ix和iy可以布置在不同的位置上。,.,53,图4-14a，ix和iy均在合成机构的输人端展成链的运动平衡式：换置式：差动链的运动平衡式：换置式,.,54,图4-14b，ix在合成机构的输人端，iy在输出端差动链的计算与方案1相似，换置式：展成链的运动平衡式：将iyb之值代人，得换置式：,.,55,图4-14c，ix在合成机构的输出端，iy在输人端展成链的计算与方案1相似，换置式为：差动链的运动平衡式：将ixc的值代人，得换置式：,.,56,对比这三个方案，可知：1）方案（2）的展成链换置式场中有sin无理数因子，方案（1）和（3）中ixa和ixc只有整数K和Z。ixb的计算不可能准确，配出的挂轮只能是一个近似值。ixa和ixc完全没有计算误差。因此，方案（2）不可取。,.,57,2）在方案（1）和（3）中，ixa和ixc是一样的，但iya和iyc有所不同。在iya中有z而iyc中没有z。一对相啮合的斜齿圆柱齿轮，模数相等；用同一把滚刀，故K相等；螺旋倾角相等，但旋向不同，一个左旋，一个右旋。方案（3）的iyc中没有z，故在加工完一个再加工另一个相啮合的齿轮时，iy不需改变。只要在挂轮架中加上或去掉一个惰轮以更改其旋向就可以了。虽然iyc中有sin无理数因子，换置有一定的误差，并使倾角有一定的误差，但一对齿轮用同一套差动挂轮，误差是相同的，因而仍能很好地啮合。根据以上分析，滚齿机传动原理图应取方案（3）。,.,58,58,第五节其它类型齿轮加工方法,.,59,59,一、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，装上附件，还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮,.,60,60,内外齿轮的插齿,.,61,61,插齿机,.,62,62,（一）插齿原理及所需的运动,插齿原理类似一对圆柱齿轮相啮合,其中一个是工件,另一个则演化为齿轮形刀具.它的模数和压力角与被加工齿轮相同,但每个齿的渐开线齿廓和齿顶上,都作成切削刃(一个顶刃、两个侧刃)，即成为齿轮形插齿刀。,图4-16插齿原理及加工时所需的运动,.,63,63,插齿刀沿工件轴向作直线往复运动以完成切削主运动，在刀具与工件轮坯作“无间隙啮合运动”过程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分，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。,.,64,64,.,65,65,2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1Z刀转1Z工转这两个运动组成一个复合运动范成运动,.,66,66,3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。,.,67,67,4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。,.,68,68,5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）作径向切入运动。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入的距离表示，其单位为mm往复行程。,.,69,插齿刀也是按展成原理加工齿轮的刀具。插齿刀的外形像一个直齿圆柱齿轮。作为一种刀具，它必须有一定的前角和后角，将插齿刀的前刀面磨成一个锥面，锥顶在插齿刀的中心线上，从而形成正前角。为了使齿顶和齿侧都有后角，且重磨后仍可使用，将插齿刀制成一个“变位齿轮”，而且在垂直于插齿刀轴线的截面内的变位系数各不相同，从而保证了