第四章机械加工齿轮加工专用机床

1、第四章第四章 齿轮加工机床齿轮加工机床第一节 概 述第二节 滚齿机第三节 其它类型齿轮加工机床第四节 齿轮加工刀具第一节第一节 概概 述述一、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，加工方法也各不相同，但就其加工原理来说，不外是成形法和范成法两类。 成形法加工齿轮，要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。 范成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副(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。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圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床

2、两大类。圆柱齿轮加工机床滚齿机插齿机锥齿轮加工机床刨齿机铣齿机拉齿机第二节第二节 滚齿机滚齿机 滚齿机多数是立式的。用来加工直齿和斜齿的外啮合圆柱齿轮及蜗轮；也有卧式的，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。一、滚齿原理 滚齿加工是由一对交错轴齿轮啮合传动原理演变而来的。视频 滚齿加工刀具叫做滚刀，滚刀是理论上应由螺旋角接近90度的斜齿轮开槽得到，但这种刀具难于加工得到，一般用阿基米得蜗杆代替。参与啮合齿的截面视频 滚刀的旋转在截面上相当于齿条的移动，毛坯与这个假想的齿条啮合，将齿形切出。螺旋角=0螺旋角=11.3螺旋角=80螺旋角=45螺旋角=60(一) 加工

3、直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理（1）主运动（2）范成运动（3）轴向进给运动(二) 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理（1）主运动（2）范成运动（3）轴向进给运动（4）附加运动(三) 加工蜗轮时的运动和传动原理1径向进给法2切向进给法有轴向运动，相有轴向运动，相当于假想的齿条当于假想的齿条移动速度改变，移动速度改变，为保证啮合关系，为保证啮合关系，工件齿轮也要按工件齿轮也要按比例改变比例改变(四) 滚齿机的运动合成机构 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。行星架固定行星架固定在轴在轴X上上行星架空套行星架空套在轴在轴X上上行星机构计算H1 2XHX-IXIXH23aaz zn

4、ninnz z XHIXH1nnnn XHIX2nnn两倍来自刀架的运动两倍来自刀架的运动与一倍来自滚刀的运与一倍来自滚刀的运动相减。由于转速可动相减。由于转速可以换向，这个公式相以换向，这个公式相加、相减都能实现。加、相减都能实现。二、滚齿机传动系统及其调整计算 中型通用滚齿机常见的布局形式有立柱移动式和工作台移动式两种。Y3150E属于后者。刀架溜板立柱床身刀杆刀架体支架心轴后立柱工作台床鞍(一) 加工直齿圆柱齿轮的调整计算 1主运动传动链 其运动平衡式：II-III27 31 35;43 39 35u22 33 44;44 33 22ABII-IIIAB124.583vnuu刀化简得共有

5、共有9种转速种转速2范成运动传动链 其运动平衡式：1u合1切直齿时，24xa cfkb dez化简后： u520,48,24zefk取21142,36,36zefk取143,24,48zefk取表示滚刀转速为表示滚刀转速为1时，工件的转时，工件的转速，即工件转速速，即工件转速/滚刀转速滚刀转速滚刀头数滚刀头数/工件齿数工件齿数等式是根据转等式是根据转速之比为齿数速之比为齿数的反比列写的的反比列写的头数头数k不变时，齿数不变时，齿数z越越大，大，f/e越大，使等式右越大，使等式右边不至于过大过小，便边不至于过大过小，便于配挂轮于配挂轮a,b,c,d3轴向进给运动传动链 工作台旋转一圈时，刀架的轴

6、向进给为f 其运动平衡式：轴向挂轮可变传动比 化简得1XVII-XVIII10.4608fafuub工作台工作台转一圈转一圈(二) 加工斜齿圆柱齿轮的调整计算1主运动传动链 加工斜齿圆柱齿轮时，机床主运动传动链的调整计算和加工直齿圆柱齿轮时相同。2范成运动传动链3轴向进给运动传动链 由M1换成M2时，由 可知，轴X与IX的转向相反，要加挂惰轮。XHIX2nnn 和加工直齿圆柱齿轮时相同。24xa cfkb dez u主运动 范成运动 轴线进给运动 附加运动 渐开线端面齿形 螺旋线轴向齿形 4附加运动传动链 刀架沿轴向移动一个导程L时，工件附件运动正负1转。2222225236113225727

7、2acLe a cubdf b d 合2222sin9yna cub dm k 22u合24a cfkb dez sinnm zL齿轮导程丝杆导程XHIX2nnn附加运动传动链的特点 （1）附加运动传动链的精度，决定着螺旋角的精度。在配挂轮的时候，先配范成挂轮，再配附加挂轮。对于8级精度的齿轮，精确到小数点后4位，对于7级精度的齿轮，精确到小数点后5位。 （2）附加运动传动链中齿数被抵消掉，说明不同齿数的齿轮可共用附加运动挂轮，这时螺旋角误差也是相同的，可以获得良好的啮合。 （3）导程L含有，与丝杆中的 抵消，使计算简便。 （4）左旋和右旋，是靠加惰轮实现的。2222sin9yna cub d

8、m k 同一台滚齿机生产的齿轮螺旋角的系统误差相同 (三) 滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算24xa cfkb dez直齿圆柱齿轮范成传动链计算公式 u假设齿数为大于100的质数由于质数是不可以分解的，b和d必须要有一个数是这个质数的整数倍 滚齿机通常不具有齿数大于100的质数挂轮，单靠范成传动链实现不了所需的运动。 为了加工齿数大于100的齿轮，将范成传动链和附加传动链用行星机构进行运动合成，来实现范成运动。 (1) 主运动和轴向进给运动传动链相同 (2) 范成运动传动链 其运动平衡式：024xa cfkb dez u142,36,36zefk取143,24,48zefk取z0

9、是与z接近的一个数，从挂轮表上查到，可能不是整数滚刀转一圈，工作台应该转k/z，但只转了k/z0，还剩k/z- k/z0由附加运动实现。(3) 附加运动传动链 其运动平衡式：22u合024a cfkb dez 1XVII-XVIII10.4608fafuub022229 ()yzza cub dfk滚刀转一圈，工作台应该转k/z，范成运动链已经转了k/z0，这是附加运动转的角度调整计算总结直齿斜齿大质数直齿主范轴附II-IIIAB124.583vnuu刀24xa cfkb dezu1XVII-XVIII10.4608fauubf24xa cfkb dez u024xa cfkb dez u1X

10、VII-XVIII10.4608fauubf1XVII-XVIII10.4608fauubfII-IIIAB124.583vnuu刀II-IIIAB124.583vnuu刀2222sin9yna cub dm k 022229 ()yzza cub dfk调整计算实例 在Y3150E型滚齿机上加工大质数齿轮，齿数为103，滚刀头数为1，轴向进给为1.41mm/r，试确定范成运动和附加运动挂轮的齿数。 (1)确定e，f 因为z=103，选择e=36，f=36 (2)查表，选挂轮a=30， b=46， c=25，d=7030 2524 146 70103 1/ 25a cb d0103 1/ 25

11、z 可知 (3)按轴向进给量标称值查表1XVII-XVIII132 4946 35fauub00.46081.409881219ffu (4)计算轴向进给量实际值 (5)计算附加运动挂轮022229 ()9 (103 1/ 25 103)0.8021763391.409881219 1yzza cub df k222241 450.80217391325 92a cb d 精确到小数点后5位，可以加工7精度齿轮。理论值由挂轮配出来的实际值(四) 刀架快速移动的传动路线 在启动快速电机之间，先必须用手柄P3将VXIII上的三联滑移齿轮空置。三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整 (一) 滚刀刀架的结构

12、刀杆套筒铜套方头螺杆圆锥滚子轴承齿轮支架轴承座主轴滑动轴承垫片推力球轴承刀架回转齿轮 滚齿时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置，即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。(二) 滚刀安装角的调整右旋齿轮右旋滚刀左旋齿轮右旋滚刀左旋齿轮左旋滚刀右旋齿轮左旋滚刀第三节第三节 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床一、插齿机 插齿机主要用于加工直齿圆柱齿轮，尤其适用于加工在滚齿机上不能加工的内齿轮和多联齿轮。(一) 插齿原理 插齿刀实质上是一个端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的齿轮。小齿轮小齿轮大齿轮大齿轮前角 后角 (二) 插齿机的运动1主运动2范成运动3

13、圆周进给运动4让刀运动5径向切入运动(三) 插齿机的传动原理1主运动2范成运动3圆周进给运动 曲柄偏心盘(四) 插齿机的布局 插齿机按其径向切入运动和径向调位运动的分配方案不同，基本上有两种布局形式：工作台移动式和刀架移动式。刀具主轴插齿刀立柱工件回转工作台床鞍床身二、圆柱齿轮磨齿机 磨齿机是用磨削方法对齿轮齿面进行精加工的精密机床，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达6级或更高。(一) 蜗杆砂轮型磨齿机优点：磨齿生产率最高缺点：砂轮修整困难，不同模数 时要换砂轮，传动环节转 速高导致磨损快适用场合：大量生产，中小模数 齿轮直接磨齿(二) 锥形砂轮型磨齿机磨齿机的运动：砂轮旋转B1砂轮移动A

14、2工件转动B31工件直线移动A32分度运动优点：万能性高，砂轮形状简单缺点：砂轮不易修整得精确，生产率较低适用场合：小批和单件若模数比图中齿轮大，可先磨一侧，再磨另一侧 (三) 双碟形砂轮型磨齿机 以双碟形砂轮同时磨削两侧齿面，成形运动和分度运动与锥型砂轮基本相同，但轴向进给一般由工件完成。 双碟形砂轮工作面垂直于轴向，易于获得很高的修整精度，磨削面积小，发热也小，磨齿精度较高。双碟形砂轮型磨齿机上工件与砂轮的位置关系 砂轮不是在分度圆上与齿轮啮合，而是在基圆上与齿轮拟合，从而实现“零度磨削”，进而实现两个齿面同时磨削。PROE文件滚圆盘机构工作原理1碟形砂轮2工件3工件主轴4分度机构5钢带6

15、滚圆盘7支架8纵向溜板9钢带10曲柄盘11横向溜板三、锥齿轮加工机床(一) 锥齿轮的范成原理 用范成法加工各种锥齿轮渐开线齿廓的基本原理都是相同的，即都是由一对锥齿轮的啮合传动原理演变来的，将一对齿轮中的一个转化为工件，另一个转化为刀具，为简化机床结构，刀具一般为冠轮。PROE文件 弧齿锥齿轮的加工原理与直齿锥齿轮基本相同，这时冠轮的形状为圆弧，切齿刀盘上交错内外铣刀，刀盘既有自转也有公转，形成一个虚拟的冠轮。弧齿锥齿轮(二) 弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理主运动范成运动进给运动分度运动练习： 在其他条件不变，而只改变下列某一条件的条件下，滚齿机上哪些传动链的换向机构要改变方向 (1) 由滚切右旋

16、齿改变为滚切左旋齿 附加运动B22 (2)由逆铣滚齿改为顺铣滚齿(改变轴向进给方向) 轴向运动 主运动的线速度与进给运动方向相同，为顺铣 主运动的线速度与进给运动方向相反，为逆铣a)逆铣 b)顺铣 (3)由使用右旋滚刀改变为左旋滚刀 范成运动右旋滚刀顺时针旋转(俯视)左旋滚刀逆时针旋转(俯视) (4)由加工直齿齿轮改变为加工斜齿齿轮 范成运动 加工直齿齿轮不需要附加运动，行星架与X轴固连 加工斜齿齿轮需要附加运动，行星架与X轴不固连XIXnnXHIX2nnn第四节第四节 齿轮加工刀具齿轮加工刀具一、成形法齿轮铣刀 a) 盘形齿轮铣刀 b)指状齿轮铣刀 盘形齿轮铣刀是铲齿成形铣刀，指状形齿轮铣刀

17、是成形立铣刀。 齿轮模数较小时(m=0.316mm)采用盘形齿轮铣刀，模数大时(m=10100mm)采用指状齿轮铣刀。 盘形齿轮铣刀结构简单，成本低，并可在普通铣床上加工，每铣完一齿要进行分度，故加工精度和生产率均较低，多在加工精度要求不高的(89级)单件、小批量生产和修配工作中使用。 指状齿轮铣刀主要用于加工大模数齿轮和无空刀槽的人字齿轮。视频视频二、齿轮滚刀 适用直齿轮、斜齿轮的粗、精加工，生产率较高，应用最广泛。 滚齿的主运动是滚刀的旋转运动。进给运动包括齿坯的转动及滚刀沿工件轴线向下进给移动。调节滚刀与工件的径向距离，就可控制滚齿时的背吃刀量。 滚切斜齿轮时，工件还有附加运动，它与滚刀

18、轴向运动配合，可在工件圆柱表面切出螺旋齿槽。 滚齿运动滚刀齿轮范成及附加运动主运动轴向运动滚刀的产形螺旋面 1.渐开线滚刀 端面截形为渐开线，轴平面截形是曲线，可切出理想的渐开线齿轮，制造和检验较为困难，生产中很少采用。 2. 阿基米德滚刀 端面截形为阿基米德螺旋线，轴平面截形是直线，左、右齿面上廓形角都是X，可用直线切削刃、零前角车刀车出精确的阿基米德螺旋面。3. 法向直廓滚刀 齿槽法向N-N为直线齿廓的滚刀称齿槽法向直廓滚刀，齿纹法向N1-N1为直线齿廓的称齿纹法向直廓滚刀，都可用直线刃车刀加工。 法向直廓滚刀在端面内截形是延伸渐开线，因此理论上也不能满足渐开线齿轮的啮合要求。即使修正原始

19、廓形角，其产生齿廓误差也比阿基米德滚刀大，故多用于粗加工或大模数齿轮加工。 滚刀的头数通常12个，每一个绕轴线很多圈。滚刀圆柱面上开几条容屑槽，就形成了许多刀齿，每一刀齿上有前面、后面和切削刃，然后需对每齿进行齿顶、齿侧铲齿，以作出后角。滚刀刀齿的形成滚刀齿顶后角和齿侧后角滚刀的容屑槽 a)螺旋槽 b)直槽齿轮滚刀的使用 1. 齿轮滚刀的选择 齿轮滚刀标准中行规定了AA级、A级、B级和C级四种精度等级，分别用用于加工67级、 78级、 89级、910级精度的齿轮。 滚刀的精度等级标注在滚刀的端面上。一般工具厂制造的标准齿轮滚刀均为阿基米得滚刀。 滚刀与齿坯啮合应满足：被切齿轮的法向模数和分度圆

20、压力角与滚刀的法向模数和法向廓形角相同。 2.齿轮滚刀的安装 滚刀安装到机床后，要用百分表检查两端轴台的径向圆跳动，其值不能超过允许值（一般加工外径为200mm以下的8级精度齿轮时应不大于0.03mm），而且两轴台的跳动方向和数值应尽可能一致，即两端径向圆跳动的最高点在同一方向向。以保证滚刀与刀轴的倾斜度最小。三、蜗轮滚刀和飞刀 1. 蜗轮滚刀的工作原理 蜗轮滚刀是利用蜗杆与蜗轮的啮合原理工作的。蜗轮滚刀相当于被切蜗轮相啮合的工作蜗杆，在它上面开出切削刃，就是蜗轮滚刀。 蜗轮滚刀一般为阿基米得蜗杆。若工作蜗杆是渐开线蜗杆，滚刀应该是渐开线蜗杆，不能任意选择。 蜗轮滚刀是专用刀具，只能根据被加工

21、蜗轮副的有关参数进行专门的设计和制造。 蜗轮滚刀基本参数有：模数、齿形角、螺旋升角、旋向、螺旋头数、齿距、分度圆直径。 蜗轮滚刀加工参数有：安装中心距、轴交角、传动比2. 蜗轮滚刀的进给方式 a) 径向进给 优点：蜗轮不需要附加转动，滚齿机的传动链短，齿距精度高。 缺点：刀齿负荷不均匀，滚刀寿命短，包络齿形的切削刃很少，齿形表面精度和表面质量较低。 b)切向进给 优点：齿形精度和表面质量较好，滚刀寿命长，中心距易于控制。 缺点：滚齿机必须有切向进给机构，还需要附加运动，传动链较长，影响传动精度，齿距精度较低。可能不能径向装配。 当阿基米德蜗杆的分圆柱螺旋升角较大，齿形角较小时，用切向进给方式切出的蜗轮，只有在蜗轮对称平面中（O-O剖面）的齿形是正确齿形，而两侧的齿形歪斜得很厉害（B-B剖面） ，无法和蜗杆作径向装配，只能沿蜗轮切向才能装入。 3. 切削部分长度 径向进给蜗轮滚刀的切削部分长度L1应比工作蜗杆b1大一个轴向齿距L1=b1+m 切向进给蜗轮滚刀的切削部分长度由圆锥部分和圆柱部分，圆锥取2.5m3m，锥角取1012，圆柱部