第1章金属切削机床第四节滚齿机

1、第四章齿轮加工机床第一节齿轮加工机床的工作原理和分类第二节滚齿机的运动分析第三节YC3180型淬硬滚齿机第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工的方法二、齿轮加工机床的类型一、齿轮加工的方法1.成形法2.展成法1.成形法图4-1成形法加工齿轮a)盘形铣刀加工直齿齿轮b)指形铣刀加工直齿齿轮2.展成法展成法加工齿轮是利用齿轮啮合的原理，其切齿过程模拟某种齿轮副(齿条、圆柱齿轮、蜗轮、锥齿轮等)的啮合过程。这时，把啮合中的一个齿轮做成刀具来加工另外一个齿轮毛坯。被加工齿的齿形表面是在刀具和工件包络(展成)过程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的，在后面几节中将通过滚齿加工和插齿加工等作较详细

2、的介绍。用展成法加工齿轮的优点是，用同一把刀具可以加工相同模数而任意齿数的齿轮。生产率和加工精度都比较高。在齿轮加工中，展成法应用最为广泛。二、齿轮加工机床的类型齿轮加工机床的种类繁多，一般可分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机等；锥齿轮加工机床又分为直齿锥齿轮加工机床和曲线齿锥齿轮加工机床两类。直齿锥齿轮加工机床有刨齿机、铣齿机、拉齿机等；曲线齿锥齿轮加工机床有加工各种不同曲线齿锥齿轮的铣齿机和拉齿机等。第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理二、滚切直齿圆柱齿轮三、滚切斜齿圆柱齿轮一、滚齿原理图4-3滚齿原理a)斜齿轮副啮合b)蜗杆c)齿轮滚刀加工齿轮

3、二、滚切直齿圆柱齿轮(一)机床的运动和传动原理图(二)滚刀的安装(一)机床的运动和传动原理图1.展成运动传动链2.主运动传动链3.竖直进给传动链(一)机床的运动和传动原理图图4-4滚切直齿圆柱齿轮所需的运动1.展成运动传动链图4-5滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图2.主运动传动链如“机床运动分析”一章所述，每一个表面成形运动，不论是简单运动，还是复合运动，都有一个外联系传动链与动力源相联系。在图4-5中，展成运动的外联系传动链为：电动机12uv34滚刀。这条传动链产生切削运动，根据金属切削原理的定义，这个运动是主运动。滚刀的转速n刀(r/min)可根据切削速度v(m/min)及滚刀外径D(mm)来

4、选择，n刀=1000vD。3.竖直进给传动链为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀在自身旋转的同时，必须沿齿坯轴线方向作连续的进给运动A2。这种形成导线的方法是相切法。对于常用的立式滚齿机，工件轴线是竖直方向的，滚刀需作竖直进给运动。竖直进给量f以工件每转滚刀竖直移动的毫米数来表示(mm/r)，这个运动是维持切削得以连续的运动。根据切削原理的定义，这是进给运动。(二)滚刀的安装图4-6滚切直齿圆柱齿轮时滚刀安装角三、滚切斜齿圆柱齿轮1.机床的运动和传动原理图2.滚刀的安装3.工件附加转动的方向1.机床的运动和传动原理图图4-7滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动1.机床的运动和传动原理图图4-9滚

5、切斜齿圆柱齿轮传动原理图2.滚刀的安装图4-10滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角3.工件附加转动的方向图4-11滚切斜齿时工件附加转动的方向第三节YC3180型淬硬滚齿机一、机床的用途和外形二、机床传动系统分析三、仿形装置四、滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮一、机床的用途和外形图4-12YC3180型淬硬滚齿机外形图1床身2立柱3刀架4主轴5后立柱6工件心轴7工作台二、机床传动系统分析(一)传动系统图(二)滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置(三)滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置(一)传动系统图1.主运动传动链2.展成运动传动链3.轴向进给传动链4.差动传动链5.刀架快速升降的传动路线(一)传动

6、系统图图4-13YC3180型滚齿机的传动系统图1.主运动传动链主运动传动链的传动结构式(各条传动链的传动结构式均见上一节)为电动机12uv34滚刀(B11)(定比)(换置器官)(定比)2.展成运动传动链传动结构式为滚刀(B11) 45 67 ux89工件(B12) (定比)(定比)(换置器官)(定比)3.轴向进给传动链传动结构式为工件910uf1112刀架(定比) (换置器官)(定比)4.差动传动链传动结构式为刀架(A21)1213 uy 141567 ux 89工件(B22) (定比)(换置器官)(定比)(定比)(换置器官)(定比)5.刀架快速升降的传动路线操作时，先将手柄1(图4-13)

7、放在“快速移动”位置上，这个位置就是使进给箱中的离合器处于空挡位置，断开进给箱输出轴与动力源的联系，也就是断开了传动原理图(图4-9)中点12与点11的联系，也就是形成导线所需的成形运动的外联系传动链被切断。(二)滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置1.分析传动链的方法2.分析和换置各条传动链1.分析传动链的方法(1)指出传动链两端的末端件在分析机床某一条传动链时，首先要指出传动链两端有关的末端件，对于内联系传动链，传动链的两端都是运动件；对于外联系传动链，一端为运动件，另一端为运动源或借用的动力源。(2)确定两端运动件的计算位移在传动链中，既有传动比固定的传动副，又有传动比可以改变的换置器官。(

8、3)列出运动平衡方程式按计算位移量和传动副的传动比沿着传动的先后顺序列出运动平衡方程式。(4)推导换置公式传动链两个末端件的相对运动关系(计算位移量)是通过适当地选择换置器官的传动比uv、ux、uf或uy等实现的，这些可以改变的传动比必须从运动平衡方程式中推导出来。2.分析和换置各条传动链1)主运动链2)展成运动传动链3)轴向进给传动链(三)滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置1.展成运动传动链2.差动传动链1.展成运动传动链滚切斜齿圆柱齿轮时的展成运动传动链的传动路线、两末端件之间的相对运动关系(计算位移)与滚切直齿圆柱齿轮时完全相同。但由于滚切斜齿齿轮时需要运动合成，所以，在运动平衡式中，“通

9、过合成机构的传动比”u合是以u合=-1代入的，这与滚切直齿齿轮时不同。由于使用合成机构后轴的旋转方向改变，所以在安装展成运动传动链的分齿交换齿轮时，要按机床使用说明书的规定选用惰轮。2.差动传动链1)找末端件。2)定计算位移。3)运动平衡式4)计算换置公式。图4-14螺旋线展开图图4-15机床仿形装置工作示意图1仿形支架2仿形样板3触头4拖板5刀架滑板三、仿形装置1.工作原理2.滚切小锥度齿轮3.滚切鼓形齿轮1.工作原理图4-16加工小锥度时与的关系2.滚切小锥度齿轮调整机床时，只需按一般齿轮加工方法选定轴向进给量f轴。而径向进给量f径就由零件的样板曲线和轴向进给量f轴唯一确定了。3.滚切鼓形

10、齿轮图4-17鼓形齿的仿形曲线和样板四、滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮第四节内联系传动链换置器官的布局方案图4-18滚齿机内联系传动链换置器官的布局方案第五节其他齿轮加工机床的运动分析一、插齿机的运动分析二、磨齿机的运动分析三、锥齿轮加工机床的运动分析一、插齿机的运动分析1.插齿原理及所需的运动2.插齿机的传动原理图1.插齿原理及所需的运动图4-19内外齿轮的插齿a)内齿轮插齿b)外齿轮插齿1插齿刀主轴2插齿刀3工件1.插齿原理及所需的运动图4-20插齿原理及加工时所需的成形运动2.插齿机的传动原理图图4-21插齿机的传动原理图二、磨齿机的运动分析(一)磨齿原理及所需的运动(二)单齿分度

11、展成法的传动原理图(一)磨齿原理及所需的运动1.成形法的磨齿原理及运动2.展成法的磨齿原理及运动(一)磨齿原理及所需的运动图4-22成形砂轮磨齿的工作原理a)磨削内齿轮b)磨削外齿轮1.成形法的磨齿原理及运动成形砂轮法磨齿机的砂轮截面形状，可修整成与工件齿间的齿廓形状相同(图4-22)。因此，这种磨齿机的工作精度是相当高的。但是，这种磨齿机通常用来磨削大模数齿轮。2.展成法的磨齿原理及运动(1)连续磨削用连续磨削展成法工作的磨齿机利用蜗杆形砂轮来磨削齿轮轮齿，因此称为蜗杆砂轮型磨齿机。(2)单齿分度这类磨齿机根据砂轮的形状又可分为锥形砂轮型和碟形砂轮型两种(图4-23b、c)。图4-23展成法

12、磨齿机的工作原理a)蜗杆砂轮磨齿b)锥形砂轮磨齿c)碟形砂轮磨齿(二)单齿分度展成法的传动原理图1.主运动链2.砂轮轴向运动传动链3.展成运动传动链4.进给传动链5.分度运动传动链(二)单齿分度展成法的传动原理图图4-24单齿分度展成法的传动原理图1.主运动链主运动链是为磨出整个齿宽(导线)，实现刀具(砂轮)旋转主运动B1的传动链。这是一条外联系传动链，它的两个末端件是电动机砂轮，传动路线如图4-24中的12uv34所示。由换置器官的传动比uv来调整砂轮的转速。2.砂轮轴向运动传动链砂轮轴向运动传动链是为了磨出整个齿宽(导线)，实现砂轮轴向运动A2的传动链。它的两个末端件是电动机和砂轮，而传动

13、路线如图4-24中的56uf789所示，由换置器官的传动比uf来调整砂轮沿工件轴向的进给量。这是外联系传动链。3.展成运动传动链展成运动传动链是展成运动的内联系传动链，它把工件的移动A32和转动B31联系在一起，图4-24中为101112ux1314合成机构1516。合成机构作用见下文。4.进给传动链进给传动链是展成运动的外联系传动链，图4-24中为1718us1911，用来把动力源接入展成运动传动链。换置器官传动比us用来调整渐开线成形运动速度的快慢。5.分度运动传动链分度运动由分度盘(点20至点21)控制。当磨完一个齿后，分度盘上的离合器合上，分度盘转一定的转数，经换置器官uy(点22至点

14、23)和合成机构(点24至点15)把运动传给工件，使工件转过一个齿。分度完毕，离合器脱开，分度盘定位。分度时，展成运动不停止，分度运动B4和展成运动中的B31都传给工件，故需合成机构先把它们合并起来。三、锥齿轮加工机床的运动分析(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动(二)弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图和工作过程(三)直齿锥齿轮刨齿机的工作原理(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动图4-25一对相啮合的锥齿轮(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动图4-26一个锥齿轮变为平面齿轮(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动图4-27平面齿轮及齿线a)平面齿轮圆齿条b)齿线是直线c)齿线是圆弧线(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动图4

15、-28用假想平面齿轮切削弧齿锥齿轮a)假想平面齿轮的形成b)切齿刀盘的刀头c)假想平面齿轮和齿轮毛坯的展成运动1工件毛坯2切齿刀盘3刀头4假想平面齿轮5摇台6交换齿轮7导线(一)锥齿轮的切齿原理及所需运动图4-29平顶齿轮(二)弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图和工作过程1.主运动传动链2.展成运动传动链3.进给传动链4.分度运动传动链(二)弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图和工作过程图4-30弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图1.主运动传动链弧齿锥齿轮铣齿机用轨迹法形成轮齿的齿线(圆弧线)，需要一个成形运动，即铣刀盘的旋转运动B1。这个简单运动只需要一条外联系传动链。它的两个末端件为电动机和摇台刀具主轴。由传

16、动原理图可以列出这条链的传动结构式为电动机12uv34铣刀盘(B1)2.展成运动传动链图4-31计算平面齿轮齿数3.进给传动链图4-32弧齿锥齿轮铣齿机工作过程4.分度运动传动链分度运动是在滚切一个齿结束后，在摇台换向过程中进行的。进给鼓轮有端面槽，它操纵分度机构的离合器的接合状态。摇台换向时，进给鼓轮端面槽使分度机构离合器接合，并通过合成机构使工件得到附加的转动。分度运动的传动结构式为进给鼓轮719分度机构2021合成机构1516uy1718工件(三)直齿锥齿轮刨齿机的工作原理图4-33直齿锥齿轮刨齿机工作原理图a)刨齿刀b)假想平面齿轮和齿轮毛坯的展成运动1直齿锥齿轮2摇台3刨齿刀4假想平

17、面齿轮第六节数控滚齿机一、齿轮加工机床数控化二、六轴数控滚齿机三、YKS3120型数控滚齿机的传动系统及各轴间的联动关系一、齿轮加工机床数控化图4-34数控滚齿机的表面成形运动二、六轴数控滚齿机1.数控滚齿机的类型2.六轴数控滚齿机的布局及运动轴系1.数控滚齿机的类型图4-35六轴数控滚齿机的运动轴1床身2径向滑座3轴向滑座4切向滑座5滚刀架6后立柱7工作台2.六轴数控滚齿机的布局及运动轴系在床身1的左侧装有立柱(径向滑座)2，可沿床身1的导轨作水平方向左右移动(X轴)，用于调整滚刀相对工件的径向位置或作径向进给运动；也有的数控滚齿机，安装工件的工作台7，沿床身1右侧的导轨作水平方向移动，调整

18、工件的径向位置或作径向进给运动。在径向滑座(立柱)2上装有轴向滑座3，可沿立柱上的导轨上下移动(Z轴)，进行轴向进给直线运动。切向滑座4可沿轴向滑座3的导轨前后移动(Y轴)，进行切向进给运动。滚刀架5可以绕自己的水平轴线转位(A轴)，以调整滚刀和工件间的相对位置(安装角)，该轴作为机床运动的伺服调整轴，为了满足滚齿加工的切削角度需要，进行刀架转角运动；在加工单齿时，该轴不运动，处于锁紧状态。滚刀安装在滚刀架的主轴上，作旋转运动(B轴)，这是滚切齿轮的主运动。后立柱6支承在工作台7上，工件安装在工作台的心轴上，随同工作台7一起旋转(C轴)，它是展成运动和差动运动的主要组成部分。三、YKS3120

19、型数控滚齿机的传动系统及各轴间的联动关系(一)YKS3120型数控滚齿机的传动系统(二)数控滚齿机各轴间的联动关系(一)YKS3120型数控滚齿机的传动系统1.主运动传动链(B轴)2.工件(工作台)主轴传动链(C轴)3.轴向进给传动链(Z轴)4.径向进给传动链(X轴)5.切向进给传动链(Y轴)6.刀架回转传动链(A轴)(一)YKS3120型数控滚齿机的传动系统图4-36YKS3120型六轴数控滚齿机的传动系统1.主运动传动链(B轴)主运动传动链两端的末端件是主轴电动机MB和滚刀，通过两级齿轮传动。这条传动链的传动路线为主轴电动机MB 6075 2288 滚刀主轴电动机MB的转速范围为75060

20、00r/min，速比为1 5，滚刀主轴的转速nB=1501200r/min，无级调速。2.工件(工作台)主轴传动链(C轴)这条传动链的两个末端件是伺服电动机MC和工件，通过两级齿轮传动，传动路线为伺服电动机MC 3485 26156 工件(工作台)伺服电动机MC的转速范围为153000r/min，速比为1 15，工作台的转速nC=1200r/min，无级调速。3.轴向进给传动链(Z轴)这条传动链的两个末端件是伺服电动机MZ和Z轴丝杠，通过同步齿形带传动，传动路线为伺服电动机MZ 3296 Z轴丝杠(t=5mm)轴向进给速度范围为11000mm/min(无级)，伺服电动机MZ的最高转速达3000

21、r/min，速比为1 3，轴向快速移动速度为5m/min。4.径向进给传动链(X轴)这条传动链的两个末端件是伺服电动机MX和X轴丝杠，通过同步齿形带传动，传动路线为：伺服电动机MX 3296 X轴丝杠(t=5mm)径向进给速度范围为11000mm/min(无级)，伺服电动机MX的最高转速达3000r/min，速比为1 3，径向快速移动速度为5m/min。5.切向进给传动链(Y轴)这条传动链的两个末端件是伺服电动机MY与Y轴滚珠丝杠之间采用直联的一级传动，传动路线直接写为伺服电动机MYY轴丝杠(t=5mm)切向(Y轴)快速移动速度为3m/min。6.刀架回转传动链(A轴)这条传动链的两个末端件是伺服电动机MA与滚刀架，通过降速比1 50的行星齿轮减速器和蜗杆副传