宁工院机械制造装备课件1.4齿轮加工机床

第四节齿轮加工机床

GearCuttingMachine1、无切削加工齿轮的无切削加工方法有铸造、热轧、冷挤、注塑等方法，无切削加工具有生产率高、材料消耗小和成本低等优点。2、切削加工对于有较高传动精度要求的齿轮来说，切削加工仍是目前主要的加工方法。通常要经过切削和磨削加工来获得所需的齿轮精度。齿轮的切削加工有铣齿、滚齿、插齿、刨齿、磨齿、剃齿、珩齿等多种方法。一、齿形加工方法概述二、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,就其原理可分为：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。加工方法有铣削、拉削、插削及磨削等。铣削斜齿在万能铣床上进行，铣削时工作台偏转一个齿轮的螺旋角，工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加转动，形成螺旋线运动。优点：机床较简单，可利用通用机床加工。缺点：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；加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；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。齿轮铣刀成形法铣削齿轮所用的刀具有盘形齿轮铣刀和指形铣刀，前者适用于中小模数（m<8)的齿轮，后者适用于大模数（m=8~40)齿轮。为减少刀具数量，同一模数的齿轮铣刀按其所加工的齿数通常分为8组，每种刀号齿轮铣刀的刀齿形状均按加工齿数范围中最少齿数的齿形设计。所以在加工该范围内其他齿数的齿轮时，会有一定的齿形误差。加工斜齿轮时铣刀的号数应按照法向截面内的当量齿数来选择。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。采用多齿廓成形刀具（如拉刀）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。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。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；加工精度和生产率一般比较高；应用广泛。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。三、滚齿机

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。Gearshaper插齿机，刨齿机Gearshavingmachine剃齿机1、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直径做得很小，齿数减少到几个或一个，螺旋角β增大到很大（即螺旋升角ω很小），牙齿很长，它就成了蜗杆。再将蜗杆开槽并铲’，就成为齿轮滚刀。滚齿过程如图所示:滚刀旋转时，在其螺旋线的法向剖面内刀齿，相当于一个齿条做连续移动。滚齿时，滚刀的转速与齿坯的转速必须严格符合如下关系:n刀/n工=z工/kk—滚刀的头数1、床身2、立柱3、刀架溜板4、刀杆5、刀架体6、支架7、心轴8、后立柱9、工作台10、床鞍成形运动成形方法：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（B11＋B12

）——

范成运动;滚刀的旋转运动是滚齿加工的主运动，工件的旋转运动是圆周进给运动;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;为切出全齿高还需径向进给运动和切出全齿长所需的垂直进给运动。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转——工件转k/z转

k——滚刀头数，Z——工件齿数滚齿加工采用范成原理，适应性好，解决了成形法铣齿时齿轮铣刀数量多的问题，并解决了由于刀号分组而产生的加工齿形误差和间断分度造成的齿距误差，精度比铣齿加工高；滚齿加工是连续分度，连续切削，无空行程损失，加工生产率高；但由于滚刀结构的限制，容屑槽数量有限，滚刀每转切削的刀齿数有限，加工齿面的表面粗糙度大于插齿加工。加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理根据表面成形原理，加工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。（复合展成运动）形成直线形齿线（导线）的运动。（垂直进给运动）切出全齿深所需的径向进给运动。2、滚齿加工的应用运动分析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；径向进给运动是工作台带动工件沿工件径向的运动C3。运动滚切直齿圆柱齿轮实际只需要两个独立的成形运动：一个复合成形运动（B11＋B12）和一个简单成形运动A2。一般根据切削中所起作用来称呼滚齿时的运动，即：工件的旋转运动为范成运动；滚刀的旋转运动为主运动；滚刀沿工件轴线方向的移动为轴向进给运动。

范成运动传动链（内联系运动链）

联系滚刀主轴旋转（B11）和工作台旋转的传动链（B12）传动路线：“刀具—4-5-ux-6-7—工作台”保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运动关系。换置机构ux用于适应工件齿数和滚刀头数的变化。内联系传动链，要求传动比数值绝对准确及滚刀和工件两者的旋转方向互相配合。当滚刀旋转方向一定时，工件的旋转方向由滚刀的螺旋方向确定。主运动传动链（外联系运动链）运动源M——滚刀主轴；使滚刀和工件实现范成运动；传动链“电动机—1-2-uv-3-4—滚刀”；

外联系传动链，使滚刀和工件共同获得一定速度和方向的运动；换置机构uv——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。轴向进给运动传动链（外联系运动链)滚刀刀架沿立柱移动实现工作台——刀架传动链：“7-8-uf-9-10”换置机构uf——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。简单运动外联系传动链进给量：工件转一转刀架位移量2.加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理滚切斜齿圆柱齿轮需要两个成形运动，即形成渐开线齿廓的展成运动和形成齿长螺旋线的运动。除形成渐开线需要复合展成运动外，螺旋线的实现也需要一个复合运动。因此，滚刀沿工件轴线移动（垂直进给）与工作台的旋转运动之间也必须建立一条内联系传动链。要求工件在展成运动B12的基础上再产生一个附加运动B22，以形成螺旋齿形线。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。附加运动传动链刀架（滚刀移动A21）-12-13-uy-14-15-「合成」-6-7-ux-8-9-工作台（工件附加转动B22）；保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L时，工件附加转1转，形成螺旋线齿线；内联系传动链；换置机构uy——适应工件螺旋线导程S和螺旋方向的变化。如图设工件的螺旋线为右旋，当滚刀沿工件轴向进给f，滚刀由点a到点b,这时工件除了作展成运动B12以外，还要再附加转动b′b，才能形成螺旋齿形线。3、蜗轮加工蜗轮滚刀加工蜗轮的原理是模拟蜗杆与蜗轮的啮合传动过程。加工蜗轮所用的滚刀与该蜗轮实际工作时的蜗杆完全相同，只是在上面作出了切削刃，这些切削刃位于原蜗杆的齿廓螺旋线上。加工时蜗轮滚刀与被加工蜗轮的相对位置、传动比也与原蜗杆与蜗轮的啮合位置和传动比相同。所以，蜗轮滚刀是一种专用刀具，每加工一种蜗轮就要设计一种专用滚刀。加工蜗轮时，展成运动和主运动与加工直齿齿轮相同。由于蜗轮的轴向平面内蜗轮齿底部是圆弧形，滚刀轴线就在圆弧中心，所以不需要垂直进给运动。为切出全齿深，滚刀相对于蜗轮的切入运动有两种方式：一种是径向进给（与加工直齿相同），另一种是切向进给。如图为切向进给方式，为保证滚刀与蜗轮的啮合传动关系不变，在滚刀切向进给的同时，给蜗轮附加一个转动，保证在蜗轮的中心平面内蜗轮与蜗杆保持纯滚动的关系。4、滚齿时滚刀的安装为保证加工出的齿形的正确性，滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。因此，滚刀在安装时，应根据滚刀的螺旋角使滚刀相对于工件转动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过的角度称为滚刀的安装角。如图为加工直齿齿轮时，滚刀的安装角的调整示意图。安装角等于滚刀的螺旋角。滚刀的旋向不同，转角的方向也不同。如图为加工斜齿齿轮时的安装角调整示意图。安装角为由滚刀螺旋角和工件螺旋角决定。当二者旋向相同时，安装角为工件螺旋角与滚刀螺旋升角之差；反之为二者之和。四、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插齿机一、概述

1、插齿原理插齿加工相当于一对圆柱齿轮的啮合传动过程，其中一个是工件，另一个是刀具。插齿刀实质上是一个齿轮——

端面磨有前角齿顶及齿侧均磨有后角主运动——插齿刀沿工件轴向作直线往复运动在刀具与工件轮坯作“无间隙啮合运动”过程中，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份，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。3、插齿加工的特点（1）由于插齿刀在设计时没有滚刀的近似齿形误差，故插齿加工的齿形精度比滚齿高。（2）齿面的表面粗糙度值小。（3）运动精度低于滚齿。（4）齿向偏差比滚齿大。（5）插齿的生产率比滚齿低。（6）插齿可以加工内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿轮等滚齿无法完成的加工。2、插齿机的运动1．主运动主运动——插齿刀沿其轴线（工件的轴线）所作的直线往复运动。立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向上为空行程。切削速度v（m／min）及行程长度L（mm）已确定，则插齿刀每分钟往复行程数：

n刀=1000v/2L2．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

1／Z刀转——1／Z工转这两个运动组成一个复合运动——范成运动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。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。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）作径向切人运动。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人的距离表示，其单位为mm／往复行程。4、插齿加工的应用1、直齿圆柱齿轮加工由插齿的加工原理可知，插齿的展成运动是插齿刀与被加工齿轮之间的啮合运动。这是一条内联系传动链，二者的转速比应严格符合下式的关系

n工=n刀(z刀/z工)

在插齿加工中，主运动是插齿刀的轴向往复运动，为切出全齿高，还有一个径向进给运动。2、斜齿圆柱齿轮加工加工斜齿圆柱齿轮时的展成运动和主运动