第四章齿轮加工机床课件

第四章齿轮加工机床

目的和要求：1、理解齿轮加工机床的加工原理；2、熟悉加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的运动和传动原理；3、掌握加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮传动原理图的绘制和传动链的调整计算；4、了解插齿机的加工方法、特点和应用范围。2023/7/201

主要教学内容：第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工方法二、齿轮加工机床类型第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析三、加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析第三节Y3150E滚齿机

一、机床的特点及用途二、机床的运动分析三、滚切直齿圆柱齿轮的传动链及换置计算四、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及换置计算五、刀架快速移动传动路线第四节其它齿轮加工机床一、插齿机的运动分析二、磨齿机2023/7/202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一、齿轮加工方法

制造齿轮的方法很多，可以铸造、锻造、冲压，但目前这些方法的加工精度还不够高。精密齿轮现在主要靠切削法，按轮齿成形原理分两大类

（一）成形法

是用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削轮齿。成形法齿轮刀具1、用单齿廓成形刀具每次仅加工一个齿轮的齿槽，各个齿槽是利用分度装置进行分齿依次切出的。

优点：机床较简单，也可用通用机床加工

缺点：刀具随模数、齿数而变化。（但每种模数通常只配八把刀）一般有较大的齿形误差，精度较低。生产率低（每加工一个齿需分度一次，刀具回程一次）

应用范围：1）单件小批生产精度较低的齿轮

2）大型齿轮（因所用刀具和机床结构较简单）2023/7/203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2、用多齿廓成形刀具可同时加工出齿轮的各个齿槽。

优点：加工精度、生产率高。一次进给完成全部。

缺点：刀具不通用，制造成本高。

应用范围：大批量生产中小型齿轮。2023/7/204（二）范成法(包络法或展成法）

是利用齿轮的啮合原理进行切削的，只需一把刀具就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮，其加工精度和生产率比成形法高，因而应用也最广泛。采用范成法的加工齿轮的机床有滚齿机，插齿机，磨齿机，剃齿机和珩齿机等。

二、齿轮加工机床类型

圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机等；

直齿锥齿轮加工机床：刨齿机、铣齿机、拉齿机；

弧齿锥齿轮加工机床：铣齿机。

齿轮精加工机床：剃齿，珩齿，磨齿，研齿。

齿轮粗加工机床：铣齿，滚齿，插齿。2023/7/205第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理—模拟一对螺旋齿轮啮合过程用滚齿机加工圆柱齿轮轮齿表面时，相当于一对相啮合的轴线相反的螺旋齿轮（斜齿轮）传动，其中一个螺旋齿轮做成刀具，即齿轮滚刀。另一个为被加工齿轮，齿轮滚刀与被加工齿坯之间的传动关系由机床传动链进行保证。滚刀特点：（1）螺旋角很大（即螺旋升角很小）（2）齿数很小（常用齿数Z=1。即为单头滚刀）（3）牙齿很长（成蜗杆形。并将牙齿开槽、铲背）滚刀实际上是：一个经开槽、铲背的蜗杆。齿轮滚刀在滚切过程中，工件的每个齿形是由滚刀在旋转中依次对工件切削的数条刀刃线包络形成。滚刀分屑槽数愈多—在转一转过程中形成刀刃线愈多—工件齿形包络误差愈小。2023/7/206二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析（一）机床的运动和传动原理图分析

主运动B11—滚刀旋转运动；

展成(啮合)运动B12—齿坯与滚刀按一定速比转动。为形成渐开线所需。

进给运动A2—滚刀沿齿坯轴向运动。为形成导线所需。1、主运动B11

电机—1—2—uv—3—4—滚刀

uv为主运动传动比。属“外联系”传动链。2、展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)

齿坯旋转运动B121/z转(1齿)

内传动链为：滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯，

ux为啮合运动传动比。2023/7/207二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析3、垂直进给运动A2

齿坯—7—8—uf—9—10—刀架升降，uf为进给运动传动比。为外联系传动链,实现齿宽方向运动（二）滚刀的安装滚刀螺旋升角为λ0，加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜δ角，称为安装角。

δ=λ0

右旋滚刀如图，左旋相反。（假设滚刀在前工件在后）2023/7/208三、加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析（1）主运动B11

电机—1—2—uv—3—4—滚刀（2）展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)

齿坯旋转运动B121/z转(1齿)

内传动链为：滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯（3）进给运动A21与B22(螺旋线)

齿坯B12—7—8—uf—9—10—A21（4）差动传动链

A21—11—uy—12—7—齿坯附加转动B22(产生螺旋线的内传动链)uy按被切齿轮的螺旋角调整2023/7/209实际上必须用合成机构把展成运动要求工件转动B12和差动链要求工件附加转动B22迭加起来，然后再传给工作台。滚齿机是根据滚切斜齿轮的传动原理设计的。当滚切直齿轮时，将差动链断开，并把合成机构固定成一个整体。2023/7/2010（5）滚刀的安装安装角δ取决于滚刀螺旋升角λ0

、旋向及齿轮螺旋角β、旋向。二者同向时δ=β

－λ0；二者反向时δ=β＋λ0

右旋滚刀如图，左旋相反。（6）齿坯附加转动的方向图a)为右旋滚刀切右旋齿轮，附加转动B22与B12同

向，即比切直齿时多转些。图b)为右旋滚刀切左旋齿轮，附加转动B22与B12反向，即比切直齿时少转些。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。###2023/7/2011第三节Y3150E滚齿机

一、机床的特点及用途

机床的技术性能参数如下：工件最大直径主要：500mm工件最大加工宽度：250mm工件最大模数：8mm工件最小齿数：Zmin=5×K滚刀头数滚刀主轴转速：

40、50、63、80、100、125、160、200、250r/min刀架轴向进给量：

0.4、0.56、0.63、0.87、1、1.16、1.41、1.6、1.8、2.5、2.9、4mm/r2023/7/2012第三节Y3150E滚齿机

二、机床的运动分析（录象1,2）

抓两端—连中间（1）主运动传动链电动机→主轴（滚刀）（2）展成运动传动链

滚刀转1r→工件转K/zr（3）进给传动链工件转1r→刀架移动mm（4）滚斜齿轮时的差动链刀架移动L→工件转±1r（5）滚切蜗轮径向法滚切2023/7/2013三、滚切直齿圆柱齿轮的传动链及换置计算

a)主运动传动链找末端件：电动机——滚刀确定计算位移：n电

r/min——n刀

r/min

列出运动平衡式：计算换置式：

只要确定了n刀，就可计算出uv

的值，并由此确定出变速箱中啮合的齿轮对和挂轮的齿数。

Y3150E型滚齿机提供的主变速挂轮A/B分别为22/44、33/33和44/22。2023/7/2014

b)范成运动传动链找末端件：滚刀——工件；

确定计算位移：

1/Kr(滚刀）——1/Z工

r（工件）

列出运动平衡式：

u合成表示通过合成机构的传动比。当加工直齿圆柱齿轮时，以轴Ⅸ端使用短齿爪式离合器M1，M1将合成机构的转臂与轴Ⅸ连成一体。此时u合成=1。

2023/7/2015

计算换置式：式中e、f——结构挂轮，根据被加工齿轮的齿数选取，用以调整ux的数值，使其不会过大或过小，便于挂轮的选取。

称为分齿挂轮。

当5≤Z工/K≤20时，取e=48,f=24；当21≤Z工/K≤142时，取e=36,f=36；当Z工/K≥143时，取e=24,f=48。2023/7/2016

c)进给运动传动链找末端件：工件（工作台）——刀架确定计算位移:1r——fmm

列出运动平衡式:

计算换置式:

进给量f是根据工件材料，加工精度及铣削方式（顺铣或逆铣）等情况确定的。选定了f值就可确定出挂轮a1/b1及进给箱中变速组的传动比值。###2023/7/2017四、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及换置计算

合成机构滚切斜齿圆柱齿轮时，将短齿离合器M1换成长齿离合器M2。M2的端面齿长度足够同时与合成机构壳体（系杆H）的端面齿及空套在壳体上的齿轮Z72的端面齿相啮合，使它们联接在一起，系杆H与外部接通。由范成运动传动链和差动传动链传来的运动分别通过齿轮Z56和Z72输入合成机构，运动合成后由Ⅸ轴输出。

M1,M2的结构（图1、图2）

M1,M2的连接方式（图1、图2）2023/7/2018

以n56、n72、nⅨ分别代表齿轮Z56、Z72和轴Ⅸ的转速，则按差动轮系的转化，可得：若n72=0，则;

若n56=0，则;

u合1、u合2分别为范成运动链和差动传动链通过合成机构的传动比。2023/7/2019

滚切斜齿圆柱齿轮传动链分析

a)主运动传动链

与滚切直齿圆柱齿轮的运动传动链完全相同。

b)范成运动传动链只需用u合1=-1取代u合，其余与滚切直齿圆柱齿轮完全相同。

c)进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮完全相同。

2023/7/2020

d)差动传动链（附加传动链）找末端件：

刀架——工件确定计算位移：Lmm——1r（附加）

Ｌ－－被加工斜齿轮螺旋线导程；m端－－齿轮的端面模数；

m法－－齿轮的法面模数；

β－－齿轮的螺旋角。2023/7/2021

列出运动平衡式：对于差动运动传动链,u合成=u合2=2,

计算换置公式：式中称为差动挂轮。

“±1”由附加运动传动链传给工件的附加运动方向，可能与范成运动中的工件转向相同，也可能相反。2023/7/2022对于附加运动传动链的运动平衡式和换置公式作如下分析：

①附加运动传动链是形成螺旋线的内联系传动链，其传动比数值的精确度直接影响工件轮齿的齿向精度，所以挂轮传动比应配算准确。但是，换置公式中包含有无理数sinβ，这就给精确配算挂轮带来困难，因为挂轮个数有限，且与展成运动共用一套。为保证展成运动挂轮传动比绝对准确，一般先选定展成运动挂轮，剩下的挂轮供附加运动传动链中挂轮选择，故无法配算得非常准确。其配算结果和计算结果之间的误差，对于8级精度的斜齿轮，要精确到小数点后第四位数字，对于7级精度的斜齿轮，要精确到小数点后第五位数字，才能保证不超过精度标准中规定的齿向允差。2023/7/2023②Y3150E型滚齿机把从“合成机构—ix—工件”这一段传动链设计成展成运动传动链和附加运动传动链的公用段，这种结构方案，可使附加挂轮与被加工齿轮齿数z无关。它的好处在于：当用一把滚刀加工一对相啮合的斜齿轮时，由于其模数相同，螺旋角绝对值也相同。即使这对齿轮的齿数不同，仍可用同一套附加运动挂轮，而且只需计算和调整挂轮一次。附加运动的方向，则通过惰轮的取舍来保证。尤为重要的是，由于附加挂轮近似配算所产生的螺旋角误差对两个斜齿轮是相同的，因此仍可获得良好的啮合。③刀架丝杠采用模数螺纹，导程为3π。由于丝杠的导程值中包含π，可消去运动平衡式中被加工齿轮轮齿螺旋线导程S里的π，使换置计算简便。2023/7/2024

五、刀架快速移动传动路线

利用快速电动机可使刀架作快速升降运动，以便调整刀架位置及在进给前后实现快进和快退。由图可知刀架快速移动的传动路线为：快速电动机一13/26(链传动)一M3一2/25一ⅩⅪ(刀架轴向进给丝杆ⅩⅪ)此外，在加工斜齿圆柱齿轮时，启动快速电动机，可经附加运动传动链带动工作台旋转，还可检查工作台附加运动的方向是否符合附加运动的要求。2023/7/2025刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换。在Y3150E型滚齿机上，启动快速电动机之前，必须先将操纵手柄P3放于“快速移动”位置上，此时轴ⅩⅧ上的三联滑移齿轮处于空档位置，脱开轴ⅩⅦ和轴ⅩⅧ之间的传动联系，同时接通离合器M3，此时方能启动快速电动机。在加工斜齿圆柱齿轮过程中，附加运动传动链不允许断开，让滚刀在快速进退刀时按原来螺旋线轨迹运动，避免工件产生“乱牙”损坏刀具及机床。滚齿机传动路线动画演示之1，之22023/7/20262023/7/2027（1）主运动传动链电动机→主轴（滚刀）

1430×Φ115/Φ165×21/42×iⅡ—Ⅲ×A/B×28/28

×28/28

×28/28×20/80=n刀

iⅡ—Ⅲ—三种传动比；

A/B

—三种传动比。2023/7/2028第四节其它齿轮加工机床一、插齿机的运动分析用途：主要用于加工直齿圆柱齿轮，特别适合于加工多联齿轮和内齿轮，这是滚齿机无法加工的。但插齿机不能加工蜗轮。（一）插齿原理及所需的运动插齿原理：插齿机是按展成法来加工圆柱齿轮的，插齿时，插齿刀沿工件轴向所作的直线往复运动是主运动，插齿刀和工件轮坯在无间隙的啮合运动过程中，在轮坯加工上加工出全部轮齿轮廓，加工过程中，刀具每往复一次仅切出工件齿槽的一小部分，工件齿槽的齿形曲线是由插齿刀刀刃多次切削的包络线组成。插齿刀类型2023/7/2029插齿运动：以加工直齿圆柱齿轮为例，图4-20。1、主运动是插齿刀沿工件轴向所作的直线往复运动。一般刀具垂直向下为工作行程，向上为回程。如切削速度为vm/min，行程长度为Lmm，则插齿刀每分钟往复行程

n刀=1000v/2L（往复行程数/分）2、展成运动加工过程中，插齿刀和工件应保持一对圆柱齿轮的啮合。运动关系：即刀转1/Z刀(r)工件转1/Z(r)3、圆周进给运动插齿刀的转动为圆周进给运动。f圆周由插齿刀每次往复行程中，刀具在分度圆周上所转过的弧长表示。mm/往复行程↓f圆周=>↑切削次数=>↑曲线精度2023/7/20304、让刀运动插齿刀作回程，为避免擦伤工件齿面和刀具磨损，工件和刀具间应让开一小段间隙，工作行程时，恢复原位。让刀运动由工作台移动实现——振动较大或刀具主轴摆动，较好。5、径向切入运动如插齿刀径向切入太深因切削负荷过大会损坏刀具和工件。在工件和插齿刀作展成运动同时，刀具相对工件作径向切入运动，直到全齿深后，停止切入。

2023/7/2031（二）插齿机的传动原理图插削直齿园柱齿轮时机床的传动原理图如图4-21。1、主运动传动链A2：电机—1—2—Uv—3—5—4—曲柄偏心盘-插齿刀。Uv—调节每分钟往复行程数。简单运动，外联系传动链。2、周向进给运动：4—5—6—Uf—7—8—插齿刀主轴。Uf—调节周向进给量，以插齿刀上下往复一次时插齿刀在节园上所转过的弧长来表示。3、展成运动：插齿刀B11—8—9—Ux—10—11—工作台B12。Ux—调节工件与刀齿之间的传动比使插齿刀转1/Z刀转，工件转1/Z工转。在插齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，必须采用斜齿插齿刀，其螺旋角与工件螺旋角相等，而方向相反，适合大批量生产。（录象）2023/7/2032二、磨齿机（录象）珩齿录象

多用于淬硬齿轮的齿面精加工，6～3级精度。磨齿机分两大类：成形法磨齿和展成法磨齿展成法磨齿分：连续磨齿(砂轮为蜗杆形)分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型、锥形，利用齿条和齿轮啮合原理)###2023/7/2033习题4-1、分析比较应用展成法与成形法加工圆柱齿轮各有何特点?4-2、在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮分别需要调整哪几条传动链？画出传动原理图，并说明各传动链的两端件及计算位移是什么?说明各传动链换置机构的作用?4-3、滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，工件的展成运动(B12)和附加运动(B22)的方向如何确定?以Y3150E型滚齿机为例，说明在使用中如何检查这两种运动方向是否正确?4-4、在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时，如何确定滚刀刀架扳转角度与方向?4-5、在滚齿机上加工一对斜齿轮时，当一个齿轮加工完成后，在加工另一个齿轮前应当进行哪些挂轮计算和机床调整工作？2023/7/2034习题4-6、在Y3150E型滚齿机上，采用单头右旋滚刀，滚刀螺旋升角＝2o19’，滚刀直径为55mm，切削速度，轴向进给量取，加工斜齿圆柱齿轮，螺旋方向右旋，螺旋角，模数mn＝2mm，8级精度。要求：(1)画图表示滚刀安装角、刀架扳动方向，滚刀和工件的运动方向；(2)列出加工时各传动链的运动平衡式，确定其挂轮齿数。4-7、在其它条件不变，而只改变下列某一条件情况下，滚齿机上哪些传动链的换向机构应变向?(1)由滚切右旋齿改为滚切左旋齿；(2)由使用右旋滚刀改变为左旋滚刀；(3)由加工直齿齿轮改变为加工斜齿齿轮。2023/7/2035习题(复习)4-1分析在卧式铣床上用盘形铣刀铣削直齿圆柱齿轮时机床所需要的运动。这种加工方法主要用于什么场合？

4-2插齿刀的本质是什么？其侧后刀面的形状是什么？

4-3插齿刀的齿形误差是如何产生的？任何修正？

4-4生产中标准齿轮滚刀采用哪种基本蜗杆？何时采用螺旋形容屑槽？

4-5画简图表示用螺旋升角为ω的右旋滚刀滚切螺旋角为β的左旋齿轮时的刀具倾角δ。

4-6在有差动机构的滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时，工件的螺旋角误差是如何产生的？

4-7滚齿机的滚刀安装角δ的误差是否影响工件螺旋角β的精度？为什么？

4-8在有差动机构的滚齿机上滚切一对在平行轴上相互啮合的斜齿圆柱齿轮时，当加工完齿数为Z1的第一个齿轮（左旋）后，再加工齿数为Z2第二个齿轮（右旋）时，机床的哪些传动链需要调整？如何调整？

4-9滚齿机的滚刀刀架运动轨迹是什么？滚刀模数如何选取？2023/7/2036齿轮刀具

齿轮刀具分为成形法和范线法加工用齿轮刀具两大类。

成形法齿轮刀具

a)盘形齿轮铣刀

b)指形齿轮铣刀2023/7/2037

插齿刀的类型a)盘形b)碗形c)锥柄

2023/7/2038齿轮滚刀齿轮滚刀是加工外啮合直齿和斜齿圆柱渐开线齿轮最常用的刀具。主要参数：外径、头数、齿形、螺旋升角及旋向等。外径越大、则加工精度越高。标准齿轮滚刀规定：同一模数有两种直径系列。

Ⅰ型直径较大，适用于AA级精密滚刀，加工7级精度的齿轮；

Ⅱ型直径较小，适用于A、B、C级精度的滚刀，加工8、9、10级精度的齿轮。单头滚刀的精度较高，多用于精切齿，多头滚刀精度较差，但生产率高。2023/7/2039

齿轮滚刀的结构齿轮滚刀是一个蜗杆形刀具，为了形成切削刃，在垂直于蜗杆螺旋线方向或平行于轴线方向开出容屑槽，形成前刀面，并对滚刀的顶面和侧面进行铲背，铲磨出后角。

下图为齿轮滚刀的基本蜗杆的外形图。根据一对螺旋齿轮的啮合原理，基本蜗杆应当是一个端截面为渐开线的斜齿轮，这类滚刀称为渐开线