齿轮加工机床的课件

1、第四章 齿轮加工机床齿轮种类举例：圆柱齿轮（直齿、斜齿、人字齿）圆锥齿轮（直齿、斜齿、弧齿）小型齿轮（直径仅数毫米，采用不根切的摆线齿形的手表齿轮。）巨型齿轮（用于无线电望远镜、轧钢机、水轮发电机、雷达天线等，直径数米或十余米）各种精度的齿轮。特殊齿轮（间歇齿轮、非圆齿轮）1针对齿轮的不同要求，机床具有相应的品种 例如： 对应于不同精度的齿轮，设备上就有滚齿机、剃齿机、磨齿机、研齿机等等。 因轮齿的工作表面是一非圆曲面，故加工时机床的运动一般较复杂，认识与了解齿轮加工机床，首先要进行机床的运动分析。2本章主要内容：1、齿轮加工机床的工作原理和分类 2、滚齿机的运动分析 滚切直齿圆柱齿轮；滚切斜

2、齿轮圆柱齿轮 3、 YC3180型脆硬滚齿机 机床的传动系统分析；滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置 ；滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置 4、其他齿轮加工机床的运动分析 插齿机的运动分析 ；磨齿机的运动分析 ；锥齿轮加工机床的运动分析 ；3本章难点：1、滚切斜齿轮圆柱齿轮 的运动分析及差动传动2、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置 3、锥齿轮加工机床的运动分析 44.1齿轮加工机床的工作原理和分类 （一）成形法：1是用与被切齿轮齿槽形状完全符合的成形铣刀切出齿轮的方法；2形成母线（渐开线）：成形法，形成导线：相切法（回转+轴向移动） 分度：360/Z3刨齿，插齿一、齿轮加工的方法*按形成齿形原理，

3、切削齿轮的方法分两类：成形法、展成法521 2517 2014 1612 13齿数范围4321铣刀号数13555 13435 5426 34齿数范围8765铣刀号数4理论误差：齿轮的齿廓形状决定于基圆的大小d基=mzcos采用单分齿法，生产率不高，但加工方法简单，不需要专用机床，适合单件小批生产和加工 精度要求不高的修配行业。6（二）展成法1原理：利用齿轮啮合的原理，一个齿轮为刀具，另一个为齿坯，被加工齿的齿形表面是在刀具和工件保络过程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的；2优点：同一把刀具可以加工相同模数，不同齿数的齿轮生产率和加工精度较高，应用最为广泛。 二、齿轮加工机床的类型：圆柱齿轮加

4、工机床、锥齿轮加工机床1圆柱齿轮加工机床：滚，插2锥齿轮加工机床（1）直齿锥齿轮加工机床：刨齿机，铣齿机，拉齿机（2）曲线锥齿轮加工机床：铣齿机，拉齿机3精加工：研齿机，磨齿机，剃齿机74.2 滚齿机的运动分析 一、滚齿原理：1相当于一对交错轴斜齿轮副啮合滚动过程，其中一个演化为蜗杆，铲背成刃。2、在滚齿机上加工圆柱齿轮时，工件和滚刀相当于一对相互啮合的螺旋齿轮，这时滚刀是一只表面开有刃口的螺旋齿轮，但它的齿数极少（14齿）螺旋角很大。89二、滚切直齿圆柱齿轮（一）机床的运动和传动原理图展成运动（B11，B12）：形成渐开线（母线）滚刀沿工件轴线移动A2：形成导线（相切法）=B12B11A2图

5、4-4 滚切直齿圆柱齿轮所需的运动1012345678910uvuxufB12B11A2图4-5 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图1展成运动的传动链：n工=K/Z工 内联系传动链滚刀(B11)45ux67工件（B12）2主运动传动链：电动机12uv34滚刀（B11）3竖直进给传动链，（A2）相切法，(mm/r)工件78uf810丝杠（A2）外联系传动链（为何？）114几点说明（1）uv调整渐开线形成运动速度的快慢，取决于滚刀材料，直径，工件材料，硬度，模数，精度，Ra。电动机12uv34滚刀（B11） 5ux67工件（B12）（电动机12uv345ux6）7工件（B12） 刀架（A2） 10 9

6、uf 8（2）产生渐开线的展成运动（3）产生直线的竖直进给运动12（4）每一表面成形运动，简单的还是复杂的，都有一个外联系传动链与动力源相接（5）渐开线形成为展成法：复合运动为内联系，主运动为外联系；（6）导线形成为相切法：外联系（进给传动链）（7）共三条传动链：主运动链；展成链，竖直进给链13（二）滚导的安装（滚刀刀齿排列方向与被切齿轮齿槽方向一致） 滚刀的螺旋升角 安装角：滚刀轴线与被切齿轮端面之间的夹角=B12A2B11左旋刀=B12B11A2右旋刀图4-6 滚切直齿圆柱齿轮时滚刀的安装角度1415三、滚切斜齿轮圆柱齿轮 B22B12B11A21图7-4 滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动（一）

7、机床的运动和传动原理图1加工斜齿轮的运动：（1）渐开线形成的展成运动：滚刀的旋转（B11）+工件的旋转（B12）（2）产生螺旋线（导线）的成形运动：滚刀的直线运动(A21)+工件的附加转动(B22)16（3）和车螺纹运动的比较：相同之处：为了形成螺旋线都需要刀具沿工件轴向移动一个导程时，工件必须转一转。不同之处：车削螺纹时用成形法，不需要成形运动；而滚齿时用展成法，滚刀和工件作连续的展成运动。为了形成螺旋线，工件必须在B12的基础上在补充一个转动B22，他是附加在B12上的，称为工件的附加转动。B22B12B11A211712345678910uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆

8、柱齿轮的传动链uy1211B222传动链（1）展成运动的传动链展成链的内联系传动链：主运动传动链（外联系）：滚刀45ux67工件电动机12uv34滚刀1812345678910uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1211B22（2）产生螺旋线运动的传动链外联系：工件78uf910丝杠（进给传动链）差动传动链：丝杠1011uy127工件根据被加工螺旋线的导程调整，轨迹参数调整193、传动合成机构电动机12uv34滚刀（B11） 567ux89工件（B12） 1234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1413B22

9、合成56（1）产生渐开线的展成运动 201234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1413B22合成56（2）产生螺旋线的差动传动链 电动机12uv34 B22910uf1112A21 （工件） （刀架） 5 67ux 8 1514uy13动力源输入线轴向进给传动链差动传动链2122（二）滚刀的安装 当滚刀与齿轮的螺旋线方向相同，安装角：= 当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反，安装角：=+右旋滚刀加工右旋齿轮右旋滚刀加工左旋齿轮23（三）工件附加转动方向：B22的方向同时与滚刀的螺旋线方向和被加工齿轮的螺旋线方向有关。 abcbcB12B22fab

10、cbcB12B22f图4-11 滚切斜齿轮时工件附加转动的方向右旋滚刀加工右旋齿轮右旋滚刀加工左旋齿轮 工件竖直移动工件螺旋线导程的过程中，当滚刀与齿轮螺旋线方向相同时，工件应多转一周；当滚刀与齿轮螺旋线方向相反时，工件应少转一周。243.3 YC3180型脆硬滚齿机 一、机床的用途和外形1特点及应用：结构优良，动静刚度高，工作精度高，适于滚切脆硬(5060HRC)的直齿、斜齿圆柱齿轮，蜗轮，小锥齿轮，鼓形齿等齿轮的仿形加工。 工件最大直径800mm，最大模数10mm，最小工件齿数8。2结构：刀架，工作台，后立柱等齿轮加工机床通用特性代号加重型组、系代号主参数251-床身2-立柱3-刀架4-主

11、轴5-后立柱6-工件心轴7-工作台2627二、机床的传动系统分析 （一）传动系统图1主运动传动链：（1）传动结构式：电动机12uv34滚刀(B11)（2）方法：先找出两个末端件：电动机、滚刀，再从主电机开始分析（3）传动路线： 1234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1413B22合成5628主运动传动链291234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1413B22合成562展成运动传动链（1）结构式：（2）传动路线： 滚刀（B11）4567ux89工件（B12）30展成运动传动链 定比45

12、 ux 定比89 31 当加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动通过合成机构右端的Z45传入合成机构，差动运动来自挂轮a2/b2和c2/d2，通过锥齿轮副24/24和蜗杆蜗轮副2/40传入合成机构。合成运动通过合成机构左端的分齿挂轮e/f传出。当运动通过齿轮Z45传入时，u合成=-1，当运动通过蜗轮Z40传入时， u合成=2 但加工直齿圆柱齿轮时，不需要差动运动，卸去差动挂轮a2/b2和c2/d2，并肩转臂H锁死，u合成=1 323轴向进给传动链（1）传动结构式：（2）传动路线： 工件910uf1112刀架1234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy14

13、13B22合成5633轴向进给传动链344差动传动链（1）传动结构式： 刀架A211213uy141567ux89工件B22（2）传动线路： 1234789101212uvuxufB12B11A21图4-8 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链uy1413B22合成5635差动传动链365刀架快速升降传动链 先将手柄1放在快速移动位置上，使进给箱中离合器处于空档，断开进给箱输出轴与动源联系，即形成导线所需的外联系传动链被切断，启动轴向快速电机。 调整刀架位置，快速接近工件或退回原位；检验工作台附加运动的方向是否正确37（二）滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置 *滚切直齿圆柱齿轮共需两个运动，3条传动链：形成

14、渐开线（母线）的展成运动B11+B12内联系传动链（展成链）和一条外联系传动链（主运动链）； 形成直线（导线）的刀架轴向直线运动A2外联系传动链（轴向进给链）1分析传动链的方法：（1）找两端的末端件：内联系，两端都为运动件；外联系，一端动件，一端动源或借用的动力源；（2）确定两端运动的计算位移：两末端件之间的相对运动关系；r/min，mm/min，mm/r（3）列出运动平衡方程，按计算位移量和传动副的传动比沿传动先后顺序列出运动平衡方程式，（4）推倒换置公式。 382滚齿机传动链及换置分析（1）主运动链：1 找末端件：电动机滚刀2 定计算位移：1500r/minn刀3 列运动平衡方程： 394

15、 导出换置公式： n刀根据切削速度v及滚刀的外径D确定，40（2）展成运动传动链1 找末端件：滚刀工件2 定计算位移：1/K转（滚刀）1/z转（工件）3 列运动平衡方程： 4 导出换置公式： 41分析：若无e/f， ，K通常为1或2，如z很大则ux很小，挂轮中主动轮很小，被动轮很大。挂轮架结构庞大。如z较小，则ux会出现升速。这里用e/f来调整挂轮传动比ux的数值，使其分子、分母的相差倍数不致过大。当工件齿数：8z20，取e=56，f=28， 当工件齿数：21z161，取e=f=42， 当工件齿数：z161，取e=28，f=56， e、f选取：42（3）轴向进给传动链1 找末端件：工作台刀架2

16、 定计算位移：1转（工作台）f（刀架轴向移动）4 导出换置公式：3 列运动平衡方程：轴向进给量f是根据工件材料、加工精度及表面粗糙度等情况选定的。实际不必计算uf值。43（三）滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置 差动传动链：刀架直线移动A21与工件旋转B22之间还需一条内联系传动链以形成螺旋线 1展成运动链：u合=1，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挂轮时，要按规定选取惰轮。2差动传动链：（1）找末端件：刀架工件（2）定计算位移：导程T(刀架轴向位移)1转（工件） （3）运动平衡式： 44 此时u合=2 （4）计算换置公式： Tm端z图4-14 螺旋线的展开由螺旋线

17、展开图可得如下几何关系 45三、仿形装置（一）工作原理 1仿形支架 2仿形样板 3传感器 4拖板 5 刀架滑板形成齿轮轮齿表面的方法仍然是展成法和相切法。（二）滚切小锥度齿轮46（三）滚切鼓形齿轮鼓形齿轮在齿长方向和在同一圆柱上的齿厚有小的凸度，凸出的高度称为鼓形齿轮的鼓形量。47四、滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮 差动传动链的“附加”运动是使工件“抵消”多加的转角或补回减少的转角。21z161z161484.4 内联系传动链置换器官的布局方案一、滚齿机传动原理图的布局方案（一）ux、uy均在合成机构的输入端（二）ux在合成机构的输入端，uy位于输出端 （三）uy在合成机构的输入端， u

18、x位于输出端 49（一）ux、uy均在合成机构的输入端1展成链的运动平衡方程式 K为滚刀头数分齿挂轮传动比ux的换置公式： 式中： 2、差动传动链的运动平衡方程式： 50：被加工斜齿轮螺旋线的导程；t：滚齿机刀架丝杠导程。 差动挂轮传动比uy的换置公式： 51（二）ux在合成机构的输入端，uy位于输出端1差动挂轮传动比uy的换置公式： 2展成链的运动平衡方程式 ux中含有无理数，不易得到准确齿数的挂轮52（三）uy在合成机构的输入端， ux位于输出端1分齿挂轮传动比ux的换置公式： 2差动传动链的运动平衡方程式： 将： 代入得： 53（四）三种方案的分析1一对相啮合的斜齿轮满足的条件：2分齿挂

19、传动比ux的三个公式中，2）计算复杂且含无理数，不易得出准确齿数的挂轮；1）、3）计算简单，常取Cx=24，易于分解，能得准确齿数；3uy中，1）、2）都含被加工齿轮的齿数，在加工一对相啮合的斜齿轮时，需根据每个齿轮的齿数重新选配挂轮，使螺旋角很难相同；3)中不含齿数，即uy 与齿数无关，保证了的啮合的螺旋角是一样的；至于不同的旋向，可用惰轮来解决。 543.5 其他齿轮加工机床的运动分析 一、插齿机的运动分析插齿机用来加工内、外啮合的圆柱齿轮的轮齿齿面，尤其是内齿轮和多联齿轮中的小齿轮，但不能加工涡轮。55（一）插齿原理及所需的运动1展成法2展成运动：刀B11+工件B12形成母线（展成法）

20、插刀上下往复运动A2形成刀线（轨迹法） 插斜齿轮时，插齿刀的附加转动 径向切入运动 让刀运动563、缺点： 不能加工蜗轮；加工斜齿轮时需采用专用的斜齿插齿刀和螺旋导向导轨不及滚齿机方便。57 5859最大加工直径外齿 250mm内齿120+刀具直径mm最大加工模数6mm最大加工齿宽60mm刀具安装面至工作台面距离160-230mm插齿刀最大冲程长度70mm工作台台面直径 340mm插齿刀每分钟冲程数250-900插齿刀每往复冲程圆周进给量 刀具直径（100mm）粗切0.180-2.263mm精切0.04-2.263mm插齿刀每往复冲程圆周进给量 刀具直径（100mm）粗切0.011-0.051

21、mm精切0.011mm主轴电机功率3/4kw机床外形尺寸（长宽高）251022302210mm机床重量5000kg60（二）插齿刀的传动原理图1展成链：891011，内联系传动链2圆周进给：点4点8，外联系传动链(展成链的动源）3插齿刀的往复运动：1点4点，外联系传动链，主运动传动链61二、磨齿机的运动分析（一）磨齿原理及所需的运动1成形法的磨齿原理及运动工作精度高，大模数齿轮622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轮齿卧杆砂轮磨齿机；*工作原理与滚齿机相同*采用两个同步电机分别传动砂轮和工件；（2）单齿分度*碟形砂轮型、大平面砂轮型、锥形砂

22、轮型三种；*基本工作原理：利用齿轮、齿条的啮合原理，需多次分度加工；63（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轮齿；*工作原理与滚齿机相同*采用两个同步电机分别传动砂轮和工件；*砂轮修正成蜗杆较困难。不易得到很高的精度。（2）单齿分度*碟形砂轮型、大平面砂轮型、锥形砂轮型三种；*基本工作原理：利用齿轮、齿条的啮合原理，须多次分度加工；碟形砂轮磨齿机，利用两个碟形砂轮来代替齿条上的两个齿侧面大平面砂轮磨齿机，用大平面砂轮的端面磨削齿轮齿面。锥形砂轮型磨齿机，用锥形砂轮的侧面代替齿条一个齿的齿侧来磨削砂轮64（3）单齿分度加工所需的运动以锥形砂轮型磨齿机为例：*形成渐开线

23、（母线）展成运动：相当于齿轮在齿条上滚动，A32+B31*形成导线（直线）相切法：B1+A2*分度运动A32B31A2B165（二）单齿分度展成法的传动原理图1主运动：实现旋转运动B1：外联系传动链，电动机砂轮，241234567891011121314151617181920212223uvufuxuyusB31B1B4A32图4-24 单齿分度展成法的传动原理图A212uv3466241234567891011121314151617181920212223uvufuxuyusB31B1B4A32图4-24 单齿分度展成法的传动原理图A22砂轮的轴向运动传动链：电动机砂轮：A2，外联系56

24、uf789673展成运动传动链：A32+B31 101112ux1314合成1516241234567891011121314151617181920212223uvufuxuyusB31B1B4A32图4-24 单齿分度展成法的传动原理图A2684进给运动传动链：是展成运动的外联系传动链： 1718us191110241234567891011121314151617181920212223uvufuxuyusB31B1B4A32图4-24 单齿分度展成法的传动原理图A269241234567891011121314151617181920212223uvufuxuyusB31B1B4A32

25、图4-24 单齿分度展成法的传动原理图A25分度运动传动链分度盘70（一）锥齿轮的切齿原理机所需的运动1成形法：利用单片铣刀或指状铣刀，在卧式铣床上加工（1）沿齿线方向的不同位置的法向齿形是变化的；（2）用于粗加工或精度要求不高的场合三|、锥齿轮加工机床的运动分析71 722展成法切齿原理（1）为了制造及机床结构易于实现，将一个锥齿轮转化为平面齿轮，即22=180，节圆半径 两个锥齿轮若能分别同一个相同的平面齿轮啮合，则这两个锥齿轮就能彼此啮合。73平面齿轮的齿线为直线：加工直齿锥齿轮；平面齿轮的齿线为圆弧线：加工弧齿锥齿轮；74（2）机床的结构必须使加工过程实现一个锥齿轮与一个平面齿轮的啮合

26、过程：平面齿轮是一个圆齿条，实际啮合过程是由机床结构实现的，切齿刀具旋转时，刀刃的运动轨迹构成假想平面齿轮的两个齿侧面，齿线的形状为圆弧形75当摇台旋转时，由刀具形成的两个齿侧面就和工件2啮合，插台的摆动(B21)和工件的旋转(B22)范成运动分度运动B22B2176 按假想平面齿轮工作原理设计的机床，刀具的刀尖必须沿齿根运动，即沿平面齿轮的锥面（180+2）的表面移动，不同的锥齿轮，其齿根角不同，对的调整使机床复杂。（3）平顶齿轮*构成假想平面齿轮所用刀具的刀刃是直线的，制造容易精度高。 77*平顶齿轮：顶面是平的，刀尖运动轨迹固定，不随改变，平顶齿轮的节锥角为（180-2），当量圆柱齿轮的

27、齿廓仍为渐开线，但为刃磨方便，把刀刃磨成直线。理论误差。7879 Y2280型弧齿锥齿轮铣齿机8081（二）圆弧锥齿轮铣齿机的传动原理和工作过程1主运动传动链（1）电动机摇台刀具主轴，形成铣刀盘的螺旋运动B1（2）（3）外联系传动链电动机12uv34铣刀盘B1822展成运动传动链（B21 B22），假想平面齿轮和工件作展成运动（1）摇台工件：内联系传动链摇台（B21）11112ux13141516uy1718工件(B22)（2）摇台转过一个齿（1/z平面转）工件转过一个齿（1/z工转）83z平面与z工和节锥半角有关设R1，R2为工件和平面齿轮的节圆半径R1=R2sin又因： 所以： 同理： 因

28、为：cos1，所以：z平顶=z平面 843进给传动链（1）电动机12uv35uf67进给鼓轮齿扇891011摇台（外联系）展成运动的外联系传动链，动力源。85（2）展成运动速度控制：进给速度：以每一个齿间的加工速度来计算，两个末端件的运动关系：电动机转过 转时，进给鼓轮转1转，加工完1个齿间电动机12uv35uf67进给鼓轮：根据加工完1个齿间所需的时间t调整uf86（3）展成运动的行程控制：*摇台摆角：摇台摆动到上下极限位置时的夹角*齿扇891011摇台（外联系）87*摆角应大于假想平面齿轮和齿坯的一个齿啮合过程所需的角度和完全脱开啮合后进行分度所需要的角度；*设为摇台摆角；扇为齿扇摆角，则：齿扇转过扇/360转时，摇台转过/360884分度运动传动链（1）分