11 齿轮加工机床

1、1,第4章 齿轮加工机床,4.1 概 述,齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。由于齿轮传动具有传动比准确、传递功率大、效率高、结构紧凑以及可靠耐用等优点。因此，被广泛应用于各种机械及仪表中。随着现代科学技术和工业水平的不断提高，对齿轮制造质量的要求也越来越高。齿轮的需要量也日益增加。这就要求机床制造业生产出高精度、高效率和高自动化程度的齿轮加工机床，以满足生产发展的需要。,4.1.1 齿轮加工机床的加工原理,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，可分为成形法和展成法两大类。,2,4.1 概 述,4.1.1 齿轮加工机床的加工原理,齿轮加工机床的种类繁多，构

2、造各异，加工方法也各不相同，但就其加工原理来说，可分为成形法和展成法两大类。,1成形法,成形法加工齿轮所采用的刀具为成形刀具，其切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。 例如，在铣床上用盘形铣刀或指状铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮等。,3,4.1.1 齿轮加工机床的加工原理,这种方法的优点是不需要专门的齿轮加工机床，而可以在通用机床(如配有分度装置的铣床)上进行加工。由于轮齿的齿廓为渐开线，其廓形取决于齿轮的基圆直径(d基mzcosa)，故对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，其渐开线齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具。,而在实际生产中，为了减少成形刀具的数量，每一种模数通

3、常只配有8把一套或15把一套的成形铣刀，每把刀具适应一定的齿数范围。 这样加工出来的渐开线齿廓是近似的，加工精度较低。而且，每加工完一个齿槽后，工件需要分度一次，生产率也较低。所以，本方法常用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮，或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。,4,4.1.1 齿轮加工机床的加工原理,在大批量生产中，也有采用多齿廓成形刀具加工齿轮，如用齿轮拉刀、齿轮推刀或多齿刀盘等刀具，此时，其渐开线齿形可按工件齿廓的要求精确制造。加工时在机床的一个工作循环中即可完成全部齿槽的加工，生产率较高，但刀具制造比较复杂且成本较高。,2展成法,展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原

4、理进行的，即把齿轮啮合副(齿条一齿轮、齿轮一齿轮)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，在工件上切出齿廓。 由于齿轮啮合副正常啮合的条件是模数相同，故展成法加工齿轮所用刀具切削刃的渐开线廓形仅与刀具本身的齿数有关，而与被切齿轮的齿数无关。因此，每种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮。此外，还可以用改变刀具与工件的中心距来加工变位齿轮。 这种方法的加工精度和生产率一般比较高，因而在齿轮加工机床中应用最为广泛。,5,4.1.2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圆锥齿轮加工机床两大类。 圆柱齿轮加工机床主要

5、有滚齿机、插齿机等。 圆锥齿轮加工机床可分为直齿锥齿轮加工机床和弧齿锥齿轮加工机床。直齿锥齿轮加工机床主要有刨齿机、铣齿机和拉齿机等； 弧齿锥齿轮加工机床主要有加工各种不同弧齿锥齿轮的铣齿机和拉齿机等。 另外，用于精加工齿轮齿面的机床有剃齿机、珩齿机和磨齿机等。,6,4.2 滚 齿 机,滚齿机是齿轮加工机床中应用最广泛的一种。它多数是立式布置的，用于加工直齿和斜齿外啮合圆柱齿轮及蜗轮；也有卧式布置的，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、花键轴和链轮等。,4.2.1 滚齿原理,滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮副啮合传动原理演变而来的。将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几

6、个或一个，螺旋角增大到很大(即螺旋升角很小)，它就成了蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背，使其具有一定的切削性能，就成为一把齿轮滚刀。 在齿轮滚刀按给定的切削速度作旋转运动的同时，将工件即齿轮坯按一对交错轴斜齿轮副啮合传动即蜗杆蜗轮副啮合传动的运动关系配合滚刀一起转动。这样就在齿轮坯上滚切出具有渐开线齿廓的齿槽，如图42a所示。,7,4.2.1 滚齿原理,所以，滚齿时齿廓的成形方法是展成法，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)，这个复合运动称为展成运动。 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。也就是说，滚齿时齿面的成形过程与齿轮的分度过程是结合

7、在一起的，因而展成运动也就是分度运动。,在滚切过程中，分布在螺旋线上的滚刀各刀齿相继切去齿槽中一薄层金属，每个齿槽在滚刀旋转中由若干个刀齿依次切出，渐开线齿廓则由刀刃一系列瞬间位置包络而成，如图42b所示。,由上述可知，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：即当滚刀转过1转时，工件应该相应地转是1z转(是为滚刀头数，z为工件齿数)。,8,4.2.2 加工直齿圆柱齿轮,其中，滚刀的旋转运动既是形成渐开线齿廓的运动，又是形成直线形齿线的运动。所以，滚切直齿圆柱齿轮实际上是由一个复合成形运动(B11+B12) 和一个简单成形运动A1所组成。但是，习惯上常

8、常根据切削中所起作用来称呼滚齿时的运动，即称工件的旋转运动为展成运动，滚刀的旋转运动为主运动，滚刀沿工件轴线方向的运动为轴向进给运动，并据此来命名实现这些运动的传动链。,根据表面成形原理，加工直齿圆柱齿轮的成形运动应包括；形成渐开线齿廓(母线)的运动和形成直线形齿长(导线)的运动。 如上所述，前者由复合成形运动展成运动实现；后者则由相切法形成，即靠滚刀旋转运动B11和滚刀沿工件轴向的直线进给运动A2来实现，这是两个简单运动，如图42a所示。,9,4.2.2 加工直齿圆柱齿轮,1、滚切直齿圆柱齿轮的传动链,图44所示为滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图，它具有以下三条传动链。 (1)主运动传动链 (2

9、)展成运动传动链 (3)轴向进给运动传动链,10,4.2.2 加工直齿圆柱齿轮,(1)主运动传动链,电动机(M)-1-2-iv-34-滚刀(B11),是一条将运动源(电动机)与滚刀相联系的外联系传动链。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。其中，Uv为换置机构，用以变换滚刀的转速。这一转速是由滚刀材料、直径、工件材料、硬度以及加工质量要求确定的。,(2)展成运动传动链,滚刀(B11)-4-5-ix-7-工作台(B12),是一条内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动，滚刀与工作台之间必须保持严格的传动比关系。其中，换置机构为ix。，用于适应工件齿数和滚刀头数的变化

10、，其传动比的数值要求很精确。,11,4.2.2 加工直齿圆柱齿轮,根据蜗杆蜗轮啮合原理，工作台(蜗轮)的旋转方向取决于滚刀(蜗杆)螺旋角的旋向，故在这个传动链中，还设有工作台变向机构。,(3)轴向进给运动传动链,工作台(B12)-7-8-if-9-10-刀架(A2),是一条外联系传动链，实现直线形齿形的运动。其中，换置机构为if，用于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。,必须明确指出的是：由于轴向进给运动是一个独立的简单运动，相应的传动链是外联系传动链，因此它可以使用独立的运动源来驱动，这里所以用工作台作为间接运动源，是因为滚齿时的进给量通常以工件每转一转时，刀架的

11、位移量来计量，且刀架运动速度较低，采用这种传动方案，不仅满足工艺上的需要，又能简化机床的结构。,12,4.2.2 加工直齿圆柱齿轮,综上所述，滚切直齿齿轮时，用展成法和相切法加工轮齿的齿面。用展成法形成渐开线 (母线)，需要一个复合的成形运动，这个运动需要一条内联系传动链(展成运动链)和一条外联系传动链(主运动链)。用相切法形成直线，需要两个简单的成形运动。一个是滚刀的旋转，与展成法成形运动的一部分Bn重合；另一个是直线运动。需要一条外联系传动链(进给传动链)。,2滚刀的安装,滚刀刀齿是沿螺旋线分布的，螺旋升角为。加工直齿圆柱齿轮时，为了使滚刀刀齿方向与被切齿轮的齿槽方向一致，滚刀轴线与被切齿

12、轮端面之间应倾斜一个角度，称为滚刀的安装角。,它在数量上等于滚刀的螺旋升角。用右旋滚刀加工直齿齿轮的安装角如图43所示，用左旋滚刀时倾斜方向相反。图中虚线表示滚刀与齿坯接触一侧的滚刀螺旋线方向。,13,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,1、机床的运动和传动原理图,斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线；但齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个运动：一个是产生渐开线(母线)的展成运动；另一个是产生螺旋线(导线)的运动。前者与加工直齿齿轮时相同；后者则有所不同。加工直齿圆柱齿轮时，进给运动是直线运动，是一个简单运动。加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动是螺旋运动，是一个复合

13、运动。,如图45所示，这个运动可分解为两部分，滚刀架的直线运动A21和工作台的旋转运动B22。工作台要同时完成B12和B22两种旋转运动，故B22常称为附加转动。,14,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,滚切斜齿圆柱齿轮时的两个成形运动都各需一条内联系传动链和一条外联系传动链，如图46所示。,展成运动的传动链与滚切直齿时完全相同。产生螺旋运动的外联系传动链进给链，也与切削直齿圆柱齿轮时相同。但是，这时的进给运动是复合运动，还需一条产生螺旋线的内联系传动链。,它连接刀架移动A21和工件的附加转动B22，以保证当刀架直线移动距离为螺旋线的一个导程T时，工件的附加转动为一转。这条内联系传动链习惯上称为差

14、动链。,15,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,图46中，差动链为丝杠-10-11-iy-12-7-工件。 换置器官的传动比iy根据被加工齿轮的螺旋线导程T或螺旋倾角调整。,由图4-6可以看出，展成运动传动链要求工件转动B12，差动传动链又要求工件附加转动B22。这两个运动同时传给工件，在图4-6中的点7必然发生干涉。因此，图46实际上是不能实现的。必须采用合成机构，把 B12和B22合并起来，然后传给工作台，见图4-7。合成机构把来自滚刀的运动(点 5)和来自刀架的运动(点15)合并起来，在点6输出传给工件。,图4-6,图4-7,16,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,由于滚切斜齿圆柱齿轮时，工作台

15、的旋转运动既要与滚刀旋转运动配合，组成形成渐开线齿廓的展成运动，又要与滚刀刀架轴向进给运动配合，组成形成螺旋线齿长的附加运动，所以加工时工作台的实际旋转运动是上述两个运动的合成。 为使工作台能同时接受来自两条传动链的运动而不发生矛盾，就需要在传动链中配置一个运动合成机构，将两个运动合成之后再传给工作台。,滚齿机既可用来加工直齿，又可用来加工斜齿圆柱齿轮。因此，滚齿机是根据滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图设计的。 当滚切直齿圆柱齿轮时，就将差动传动链断开(换置器官不挂挂轮)，并把合成机构通过结构固定成为一个如同联轴器的整体。,17,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,2滚刀的安装,当滚刀与齿轮的螺旋线方向

16、相同时，滚刀的安装角，图a表示用右旋滚刀加工右旋齿轮的情况。 当滚刀与齿轮的螺旋线方向相反时，滚刀的安装角，图b表示用右旋滚刀加工左旋齿轮的情况。,滚切斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角滚刀的螺旋线方向及螺旋角有关，还与被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角有关。,18,4.2.3 加工斜齿圆柱齿轮,3工件附加转动的方向,工件附加转动B22的方向见图49。 图中ac是斜齿圆柱齿轮的齿线。滚刀在位置I时，切削点在a点。滚刀下降f到达位置时，需要切削的是b点而不是b点。 如果用右旋滚刀切削右旋齿轮，则工件应比切直齿时多转一些(图49a)，切左旋齿轮，则应少转一些 (图49b)。 用右旋滚刀时，刀架向下移动螺旋线

17、导程T，工件应多转(右旋齿轮)或少转 (左旋齿轮)1转。,19,4.3 YC3180型滚齿机,4.3.1 机床的用途及外形,YC3180型滚齿机能加工的工件最大直径为800mm，最大模数为10mm，最小齿数为8。 这种滚齿机除具备普通滚齿机的全部功能外，还可采用硬质合金滚刀对已淬硬的高硬度(5060HRC)齿面齿轮进行半精铣或精铣，以部分地取代磨齿。为此，机床的主电动机功率较大，机床的刚度和抗振性要求也较高。,20,4.3.1 机床的用途及外形,立柱2固定在床身1上。滚刀架3可沿立柱的导轨上下移动。滚刀安装在主轴4上。工件装在工作台7的心轴6上，随工作台旋转。后立柱5和工作台装在同一溜板上，可

18、沿床身的导轨作水平方向的移动。根据工件的直径，调整其径向位置。当用径向进给法切削蜗轮时，这个水平移动是径向进给。,图4-10是YC1380型滚齿机的外形图。,图4-10YC1380型滚齿机的外形图,立柱2,床身1,滚刀架3,主轴4,后立柱5,心轴6,工作台7,21,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,对于这类运动关系复杂的机床，正确的方法必须是根据对机床的运动分析，结合机床的传动原理图，再从传动系统图中找出各传动链对应的传动路线及相应的换置机构，进而理解滚齿机的传动原理是如何自传动系统图具体地体现出来的。,图4-11YC1380型滚齿机的传动系统图，滚齿机的传动系统比较复杂，直接去寻

19、找传动路线，因传动路线长，分支多。,图4-11YC1380型滚齿机的传动系统图,22,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,图4-11YC1380型滚齿机的传动系统图,23,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,1、主运动传动链 由传动原理图中得主运动传动链为电动机(M)12iv34滚刀(B11),首先找出这条传动链的两端件：主电动机(P=15kw、n1500r/min)和滚刀(装在机床滚刀主轴上)。然后从主电动机开始，按传动先后顺序，列出主运动传动链的传动路线表达式为,24,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,换置机构iv是通过三联滑移齿轮副和挂轮A/B来实现的；定

20、比传动3-4，是通过齿轮副33/35和三对锥齿轮副28/28和齿轮副20/80来实现的。,在主运动传动链中，传动原理图中定比传动12，在传动系统图中是通过带传动副90/176实现的；,25,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,滚刀(B11)-4-5-ix-7-工作台(B12),即从滚刀开始，依次可列出展成运动传动链的传动路线表达式为,2、展成运动传动链,26,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,其中，定比传动45由齿轮副 实现，合成机构根据加工直齿轮或斜齿轮分别为U合11或U合1-1，换置机构ix由挂轮 ，定比传动89由 1/96去实现。,27,4.3.2 YC3180型滚

21、齿机的传动系统图,3、轴向进给传动链,即从工作台开始至刀架，依次可列出轴向进给传动链的传动路线表达式为,28,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,与传动原理图对比，从96/1至1/24相当于910段；6速进给箱，定比3030，双速滑移齿轮，相当于 ；在它的后面，是一个进给换向机构，无论是正向40/40或反向 ，传动比都是1。从30/30至滚刀架升降丝杠(导程为3)，相当于1112段。,29,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,由图4-4传动原理图得附加运动传动链为,即从刀架开始至工作台，依次可列出附加运动传动链的传动路线表达式为,与传动原理图相对比，从 至21/21相当于1

22、213段； 相当于iy； 相当于1415段；i合成为合成机构的传动比； 相当于ix；1/96相当于8-9段。,刀架(A21)1213iy1415合成67ix89工作台(B22),4、附加运动传动链,30,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,31,4.3.2 YC3180型滚齿机的传动系统图,32,4.3.3 滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置,每一条传动链应按下列次序分析：确定末端件，即这条传动链的两端是什么机件。列出计算位移，即列出两末端件的运动关系。对照传动原理图，列出运动平衡式。计算换置式。,1主运动传动链,(1) 末端件 主运动链是展成运动的外联系传动链。电动机-主轴。 (2)

23、 计算位移 电动机转速为1500rmin(同步转速，未计转差率)，主轴转速为n。 记作 1500rmin(电动机) - n （主轴） (3) 运动平衡式,(4) 换置式,33,4.3.3 滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置,2展成运动传动链,(1)末端件 滚刀-工件 或 滚刀主轴-工作台,(2)计算位移 1(滚刀)-Kz(工件),(3)运动平衡式,(4) 换置式,通常K=1或2，当z=21161时，e=f=42。这时 。 当z=820时， ix 有可能大于1。为避免在挂轮架处升速，增加噪声，取e=56，f=28,这时 。 当z161时， ix太小，挂轮架的被动轮太大。这时，取e=28，f=56,

24、这时 。,展成链是展成运动的内联系传动链,34,4.3.3 滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置,3进给传动链,(1)末端件,工作台-滚刀架,(2)计算位移,进给以工作台每转时滚刀架的竖直移动量(mm)计.,1(工作台) - f(滚刀架),(3)运动平衡式,(4)换置式,35,4.3.4 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置,1主运动传动链 主运动链与滚切直齿齿轮时相同。 2展成运动传动链 展成链与滚切直齿圆柱齿轮相同。但合成机构不被锁住。展成运动从恒星轮传入，从另一恒星轮传出。两恒星轮转速相同，但转向相反，故传动比为-1。因此，展成链的换置式不变，但滚刀和工件的相对旋转方向与滚切直齿齿轮时相反。为了

25、要相同，应在展成链的挂轮架内加一个惰轮。 3进给传动链 进给链与滚切直齿齿轮时相同。 4差动传动链,36,4.3.4 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置,4差动传动链,切削斜齿圆柱齿轮时，进给是复合运动，需要一条内联系传动链来保证螺旋线的导程。这条传动链习惯上称为差动链。 (1)末端件 滚刀架-工件 螺旋线由滚刀架的竖直运动和工作台的附加转动来保证。 (2)计算位移 当滚刀架竖向移动螺旋线的导程T时，工件应多转或少转1转。,T(滚刀架)-1转(工件),(3)运动平衡式,(4)换置式,37,4.3.4 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置,(4)换置式 传动比i合成=2。代入运动平衡式，,得：,斜齿圆

26、柱齿轮的已知值为齿数z，法向模数m和螺旋倾角。 它们与导程T的关系见图4-12：,故,38,4.3.4 滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其换置,将,代入,和,得,第一、二项可消去，这就是滚刀架升降丝杠采用模数制螺纹(导程为3)的原因。,换置式为,39,4.3.5 用径向进给法滚切蜗轮,用径向进给法滚切蜗轮时，主运动链和展成链与滚切直齿齿轮时相同。进给为床身溜板连同工作台和后立柱在床身的导轨上作水平的径向进给。径向进给行程较短(等于齿全高加上开始切削前的一小段)。行程终点的要求较高(因影响齿厚)，故常用手摇。 床身右端的液压缸和活塞用于在加工完毕后使工件退离滚刀以便于装卸；装卸工件完毕后使工件复位。这

27、个快退快进的距离是一定的(等于活塞行程)。 此外，这台机床还有其他一些功能，如滚刀架的快速升降，备有仿形装置以便加工某些形状特殊的齿轮等，见机床说明书。,40,4.4 传动链换置器官的布置,4.4.1 外联系传动链换置器官,图b因如把主运动链的换置器官iv置于公用段，则当改变iv的传动比以改变滚刀转速时，展成链的传动比也随之而变。,如果外联系传动链与内联系传动链有公用段，则外联系传动链的换置器官不得布置于公用段内。 图4-13是滚齿机的主运动链和展成链。其中4-5段是两传动链的公用段。,41,4.4.2 内联系传动链换置器官,滚齿机有两条内联系传动链展成链和差动链，其换置器官分别为ix和iy。

28、ix和iy可以布置在不同的位置上。图414表示三种布置方案。,1、ix和iy均在合成机构的输入端(图a) 2、ix在合成机构的输入端，iy在合成机构的输出端(图b) 3、ix在合成机构的输出端，iy在合成机构的输入端(图c),42,4.4.2 内联系传动链换置器官,1、ix和iy均在合成机构的输入端,换置式,展成链的运动平衡式换置式,差动链的运动平衡式及换置式,43,4.4.2 内联系传动链换置器官,2、ix在合成机构的输入端，iy在合成机构的输出端,差动链的运动平衡式及换置式,展成链的运动平衡式换置式,将iyb值代入，得换置式,44,4.4.2 内联系传动链换置器官,3、ix在合成机构的输出

29、端，iy在合成机构的输入端,将ixc的值代入，得换置式,展成链的运动平衡式及换置式,差动链的运动平衡式及换置式,45,4.4.2 内联系传动链换置器官,对比这三个方案,方案(2)的展成链换置式ixb中有sin无理数因子， ixb的计算不可能准确，配出的挂轮只能是一个近似值。 方案(1)和(3)中ixa和ixc只有整数K和z。 ixa和ixc可以完全没有计算误差。 因此，方案(2)不可取。 在方案(1)和(3)中，ixa和ixc是一样的，但iya和iyc有所不同。在iya中有z而iyc中没有z。,1,3,2,46,4.4.2 内联系传动链换置器官,对比这三个方案,1,3,2,一对相啮合的斜齿圆柱

30、齿轮，模数相等；用同一把滚刀，故K相等；螺旋倾角相等，但旋向不同，一个左旋，一个右旋。 方案(3)的iyc中没有z，故在加工完一个再加工另一个相啮合的齿轮时，iyc不需改变。只要在挂轮架中加上或去掉一个惰轮以更改其旋向就可以了。 虽然iyc中有sin无理数因子，换置有一定的误差，使螺旋倾角有一定的误差，但一对齿轮用同一套差动挂轮，误差是相同的，因而仍能很好地啮合。,47,4.4.2 内联系传动链换置器官,对比这三个方案,1,3,2,根据以上分析，滚齿机传动原理图应取方案(3)。图47取的就是这个方案。,48,4.5 其它类型齿轮加工机床,4.6.1 插齿机,插齿机主要用于加工内、外啮合的 圆柱

31、齿轮，尤其适用于加工在滚齿机上不能加工的多联齿轮，内齿轮和齿条，但插齿机不能加工蜗轮。,1、插齿原理,插齿机也是按展成法原理来加工圆柱齿轮的。 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，如图所示，其模数和压力角与被加工齿轮相同。,49,4.5.1 插齿机,插齿时，插齿刀沿工件轴向作直线往复运动以完成切削运动，在刀具与工件轮坯作“无间隙啮合运动”的过程中，在轮坯上逐渐地切出全部齿廓。 在加工过程中，刀具每往复一次，仅切出工件齿槽的一小部分，齿廓曲线渐开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，如图b所示。,50,4.5.1 插齿机,2、插齿机的运动,由图

32、可知，加工直齿圆柱齿轮时，插齿机应具有以下运动。,1）主运动,插齿机的主运动是插齿刀沿其轴线所作的直线往复运动。 在一般立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向上为空行程。 若切削速度v(单位为m/min)及行程长度L(单位为mm)已确,定，则可按下式计算出插齿刀每分钟往复行程数(双行程min),51,4.5.1 插齿机,2) 展成运动,即在插齿刀转过一个齿时，工件也转过一个齿； 或者说，插齿刀转过1Z刀转(Z刀为插齿刀齿数)时，工件转过1Z工转(Z工为工件的齿数)。,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。,插齿刀和工件的旋转运动组成了一个形成渐开线齿廓的复合运动展成

33、运动。,52,4.5.1 插齿机,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快慢，同时也决定了插齿刀每一次切削的切削负荷，加工精度和生产率，所以我们称插齿刀的转动为圆周进给运动。,圆周进给量的大小用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，其单位为mm往复行程。,53,插齿刀向上运动(空行程)时，为了避免擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应该让开，使其产生一定的间隙，而在插齿刀向下开始工舴行程之前，应迅速恢复到原位，以便刀具进行下一次切削，这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。,4.5.1 插齿机,4）让刀运动,插齿机的让刀运动可由安装工件的工作台移动来实现，

34、也可由刀具主轴摆动得到。 由于刀具主轴的惯量较小所以新型插齿机，普遍采用刀具主轴摆动来实现让刀运动。,54,开始插齿时，如插齿刀立即径向切入工件至全齿深，将会因切削负荷过大而损坏刀具和工件。为了避免这种情况，工件应逐渐地向插齿刀(或插齿刀向工件）作径向切入运动，如图所示。,4.5.1 插齿机,5）径向切入运动,开始加工时，工件外圆上的a点与插齿刀外圆相切，在插齿刀和工件作展成运动的同时，工件相对于刀具作径向切入运动。当刀具切入工件至全齿深后(至b点)，径向切入运动停止，然后工件再转过一整转，便能加工出全部完整的齿廓。,径向进给量的大小，用插齿刀每往复行程中工件或刀具径向切入的距离表示，其单位为

35、mm往复行程。根据工件的材料、模数、精度等条件，也可采用两次和三次径向切入方法，即刀具切入到工件全齿深可分两次或三次进行。每次径向切入运动结束后，工件都需要转过一整转。,55,4.5.1 插齿机,3、插齿机的传动原理,插齿机的传动原理如图所示。图中表示了三个成形运动的传动链,主运动传动链: “电动机M一 12一iv一345一曲柄偏心盘A一插齿刀主轴” iv为调整插齿刀每分钟往复行程数的换置机构。,圆周进给运动传动链: “曲柄偏心盘A一546一if一 789一蜗杆蜗轮副B一插齿刀主轴” if为调整插齿刀圆周进给量大小的换置机构。,56,4.5.1 插齿机,展成运动传动链: “插齿刀主轴(插齿刀转

36、动)一蜗杆蜗轮副B一9810一ix一1112一蜗杆蜗轮副C一工作台” 其中ix为调整插齿刀与工件轮坯之间传动比的换置机构，用以适应插齿刀和工件齿数的变化。 让刀运动及径向切入运动不直接参与工件表面的形成过程，因此没有在图中表示。,57,4.5.1 插齿机,在插齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，必须采用斜齿插齿刀(见图413)，其螺旋角与工件螺旋角相等而螺旋方向相反。 为了使插齿刀刀刃在运动时实现形成斜齿的螺旋运动，将刀具主轴安装在螺旋导轨中，当刀具主轴往复运动时，刀具主轴上的螺旋导轨与固定的螺旋导轨面相对滑动，使刀具主轴产生相应的附加回转运动。,刀具主轴上的螺旋导轨,固定的螺旋导轨,58,4.5.1

37、插齿机,螺旋导轨的导程应等于插齿刀及工件的导程。 加工螺旋角不同的工件时，需更换插齿刀及螺旋导轨。 由于螺旋导轨的制造难度较大，一般需要向制造厂特殊订货，因此这种方法仅适用于大批大量生产中。,59,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,1、按成形法工作的磨齿机,磨齿机是用磨削方法对淬硬齿轮的齿面进行精加工的精密机床。通过磨齿可以纠正磨削前预加工中的各项误差。齿轮精度可达6级或更高。 按齿廓的形成方法，磨齿有成形法和展成法两种，大多数的磨齿机均以展成法来磨削齿轮。 下面介绍几种常用的磨齿机的工作原理及其特点；,这类磨齿机又称成形砂轮型磨齿机。 它所用砂轮的截面形状被修整成工件轮齿间的齿廓形状。图414a所

38、示是磨削内啮合齿轮用的砂轮截面形状；图413b所示是磨削外啮合齿轮用的砂轮截面形状,60,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,成形砂轮型磨齿机的优点是加工时砂轮和工件接触面积大，生产率较高。 缺点是砂轮修整时容易产生误差，并且在磨削过程中，由于砂轮各部分的磨损不均匀，直接影响加工精度和表面质量。 这种类型的磨齿机一般用于大量生产中磨削精度要求不太高的齿轮。 此外，展成法由于结构上的限制，难以用来磨削内齿轮，因此，内齿轮的磨齿一般均采用成形法进行加工。,成形法磨齿时，砂轮高速旋转并沿工件轴线方向作往复运动。一个齿磨完后，工件需分度一次，再磨第二个齿。砂轮对工件的切入进给运动，由安装工件的工作台作径向进给

39、运动得到。这种磨齿方法使机床的运动比较简单。,61,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,1）蜗杆砂轮型磨齿机,2、按展成法工作的磨齿机,蜗杆形砂轮相当于滚刀，其旋转运动B11(即主运动)与工件的旋转运动B12组成一个复合成形运动，形成渐开线齿廓(即展成运动传动链)。 加工直齿圆柱齿轮时，轴向进给运动A2由工件(即工作台)完成。 加工斜齿圆柱齿轮时，工件齿槽与砂轮螺旋线方向应一致，同时还应具有相应的附加回转运动B22 (图415a中未标注)。,蜗杆砂轮型磨齿机是用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮，其工作原理与滚齿机相同，如图415a所示。,62,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,这类机床在加工过程中是连续

40、磨削不需分度，且蜗杆砂轮具有很高的转速，故其生产率在各类磨齿机中是最高的； 对于模数较小的齿轮，也可直接从轮坯上磨出轮齿。 其缺点是砂轮修整困难，不易达到高的精度。磨削不同模数的齿轮时需要更换砂轮；由于砂轮转速很高，使联系砂轮与工件的内联系传动链中的各个传动环节转速也很高，如采用机械方式传动，易产生噪声，磨损较快，为此，目前常采用两个同步电动机分别传动砂轮和工件，靠电气系统保证它们之间的严格传动比关系，不但简化了传动链，也提高了传动精度。 这种机床适用于中小模数齿轮的成批和大量生产。,63,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,2）锥形砂轮型磨齿机,是利用齿条和齿轮啮合原理来磨削齿轮的，它所使用的砂轮截

41、面形状是按照齿条的齿廓修整的。 当砂轮按切削速度高速旋转(B1)，并沿工件齿线方向作直线往复运动 (A2)时，砂轮两侧面的母线就形成了假想齿条的一个齿廓，如图4-15b所示。,在这类机床上磨削齿轮时，是按单齿分度法磨削的，每一个齿槽的两侧面均需分别进行磨削。 工件向左滚动时，磨削左侧的齿面，向右滚动时，磨削右侧的齿面。工件往复滚动一次，磨完一个齿槽的两侧齿面后，工件退离砂轮，并进行分度。分度时，工件在不作直线移动的情况下绕其轴线转过一个齿。 可见，工件上全部轮齿齿面需经多次分度和磨削后才能完成。,64,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,如果强制被磨削齿轮在此假想齿条上作无间隙的纯滚动运动，即被磨削齿

42、轮在转过1/z转(B31)也就是转一个齿的同时，其轴心线移过一个齿距(m)的距离(A32)，便可磨出工件上一个轮齿一侧的齿面。因此，渐开线齿廓是由工件转动B31和移动A32所组成的复合运动形成，而直线形齿线则由砂轮旋转Bl和直线移动A2用相切法形成。,由上述可知，锥形砂轮型磨齿机的成形运动有： 砂轮旋转B1和直线移动A2，这是形成齿线所需的两个简单运动； 工件转动B31和直线移动A32，是形成渐开线齿廓所需的一个复合运动展成运动。 此外，为磨出全部轮齿，加工过程中还需一个周期的分度运动，这类磨齿机典型的传动原理如图416所示；,65,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,66,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机

43、,1)主运动 主运动是砂轮旋转运动B1，由外联系传动链“M112一iv一34一砂轮主轴(砂轮转动)”实现， iv为调整砂轮转速的换置机构。 2)轴向进给运动 轴向进给运动是砂轮的往复直线运动A2，由外联系传动链“M28 7一ifl一65一曲柄偏心盘机构P一砂轮架溜板(砂轮移动)”实现。ifl为调整砂轮轴向进给速度的换置机构。,67,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,3)展成运动 展成运动是工件转动B31和直线移动A32形成的一个复合运动，由内联系传动链“回转工作台(工件旋转B31)一2221一合成一1918一Ux一11109一纵向工作台(工件直线移动A32)”和外联系传动链“M31413一Uf212

44、10”来实现。,前者保证展成运动的运动轨迹，即工件转动与移动之间的严格运动关系，后者使工件获得一定速度和方向的展成运动。 换置机构Uf2中除变速机构外，还有自动换向机构，使工件在加工过程中能来回滚转，依次完成各个齿的磨齿工作循环。Ux是用来调节工件齿数和模数变化的换置机构。,68,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,这种机床的优点是通用性高，砂轮形状(直线)简单；缺点是内联系传动链长，砂轮形状不易修整得准确，精度难以提高，生产率也较低。主要用于小批和单件生产。,4)分度运动 工件的分度由分度运动传动链“分度机构一15一16一Ui一1720一合成一2122一回转工作台”实现，机床的自动控制系统将分度机构

45、离合器接合，使分度机构在旋转一定角度后即脱开，并由分度盘准确定位。在分度机构接合一次的过程中，工件在展成运动的基础上，附加转过一个齿，这是由调整换置机构Ui来保证的。,69,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,双碟形砂轮型磨齿机也是按单齿分度法磨削的。,3）双碟形砂轮型磨齿机,该磨齿机用两个碟形砂轮的端平面(实际是宽度约为0.5mm的工作棱边所构成的环形平面)来形成假想齿条的一个轮齿两侧齿面，同时磨削齿槽的左右齿面。如图c所示。,70,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,磨削过程中的成形运动和分度运动，与锥形砂轮型磨齿机基本相同，但轴向进给运动通常是由工件来完成。由于砂轮的工作棱边很窄，且为垂直于砂轮轴线的平

46、面，易于获得高的修整精度；磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小；机床具有砂轮自动修整与补偿装置，使砂轮能始终保持锐利和良好的工作精度，因而磨齿精度较高，最高可达4级，是各类磨齿机中磨齿精度最高的一种。其缺点是砂轮刚性较差，磨削用量受到限制，所以生产率较低。 为了提高磨齿精度，这类磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构实现展成运动。,这种机构的工作原理如图417所示。,71,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,纵向溜板8上固定有支架7，横向溜板11上装有工件主轴3，其前端安装工件2，后端通过分度机构4与滚圆盘6连接。钢带5及9的一端固定在滚圆盘6上，另一端固定在支架7上，并沿水平方向张紧。当横向溜板11由曲柄盘l0

47、驱动作横向直线往复运动时，滚圆盘因受钢带5及9的约束而转动，从而工件主轴一边随横向溜板移动，一边转动，带动工件2沿假想齿条的节线作纯滚动，实现了展成运动，如图417b所示。,72,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,根据材料力学分析，钢带绕在圆盘外圆上时，它的外层是伸长的，内层是缩短的，中间层长度则基本上不变，所以通常把水平张紧的钢带厚度的中间层作为纯滚动的节线W-Wo，而把与这条线相切的圆(就是以滚圆盘回转中心为中心，由该中心到钢带厚度中间层的距离为半径的圆)叫做“磨削节圆”。滚圆盘直径d盘和滚圆直径d滚以及钢带厚度方的关系为,d盘 =d滚+,73,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,工件来回滚动一次，完成

48、两个齿面的磨削后，继续滚动至脱离砂轮，随即由分度传动链传动，通过分度机构4使工件进行一次分度，然后开始下一个齿槽的磨削循环。利用滚圆盘实现展成运动可以大大缩短传动路线，且没有传动间隙，从而传动误差小，加工精度高。,74,锥齿轮大端的齿廓，理论上应是球面渐开线，为了便于制造，实际上采用近似的背锥上的渐开线。 锥齿轮的齿长形状常用的有直线和圆弧，也有长幅外摆线和延伸渐开线。 制造锥齿轮的主要方法有两种：成形法和展成法。 用成形法加工时，由于锥齿轮沿齿线方向不同位置的基圆直径是变化的，也就是说沿齿线方向不同位置的法向渐开线齿廓形状是变化的，而成形刀具的齿廓形状是不变的，因此难于达到要求的精度。成形法

49、仅用于粗加工或精度要求不高的场合。 在锥齿轮加工机床中普遍采用展成法。,4.5.3 锥齿轮加工机床,75,4.5.3 锥齿轮加工机床,1、锥齿轮的展成原理,将一对锥齿轮啮合传动中的一个锥齿轮转化为刀具，另一个转化为工件，并强制它们按一对锥齿轮的啮合运动关系作相对运动，便能切出渐开线齿廓。,用展成法形成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而来。,76,4.5.3 锥齿轮加工机床,图420是直齿锥齿轮刨齿机的工作原理。,刨齿刀3的构造和两把刀刃切齿的情况如图420a所示。,图420b中，摇台1由锥齿轮副20/25传入，通过蜗杆副1/120传至蜗轮，从而使摇

50、台摆动，实现假想冠轮的转动；,齿坯4旋转B12与假想冠轮的转动组成展成运动；同时齿坯4还有分度运动；刨齿刀3的往复直线运动A，由曲柄连杆摆盘机构经曲柄盘6、连杆5和摇盘2实现。,77,4.5.3 锥齿轮加工机床,图42lb所示刀盘上交错地装有内、外切齿刀6和5，当它旋转时，刀刃的运动轨迹就构成假想冠轮2的一个轮齿两侧齿面。,弧齿锥齿轮的加工原理和上述原理基本相同，不过这时冠轮齿线形状为圆弧，需采用作旋转运动的切齿刀盘来进行加工，如图42la所示。,图4-21 弧齿锥齿轮的加工原理,78,4.5.3 锥齿轮加工机床,刀具摇台 1绕其自身轴线的缓慢回转，相当于假想冠轮的旋转运动B21。如果把工件看

51、作为与假想冠轮啮合的齿轮作旋转运动B22，且B22和B21保持冠轮与锥齿轮啮合传动的运动关系，则在两者作对滚运动过程中，就加工出弧齿锥齿轮一个齿槽的两侧渐开线齿廓。,79,4.5.3 锥齿轮加工机床,由于假想冠轮上只有一个轮齿，因而刀具摇台与工件需上下来回摆动，以便切完一个齿槽后，刀具摇台往回摆轮，使假想冠轮上的齿切齿刀盘返回至起始位置，待工件完成分度运动后，再继续下一个切齿循环，加工另一个齿槽。 按上述方法加工弧齿锥齿轮的机床，称为弧齿锥齿轮铣齿机。,80,4.5.3 锥齿轮加工机床,图422所示是弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图，图中包括成形运动、分度运动及其传动联系。,2、弧齿锥齿轮铣齿机的

52、传动原理,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，即铣齿刀盘的旋转运动B1。这个运动是切削主运动。它的两端件为电动机M和摇台刀具主轴。铣刀盘所需的转速可通过主运动传动链中的换置机构iv来调整。,81,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,展成运动还需要一条外联系传动链，以便把动源引入展成运动传动链中，控制展成运动的速度和行程的大小，这就是进给运动传动链，它的两端件是电动机和摇台。这条传动链可分为两部分：即由电动机M至进给鼓轮和由进给鼓轮经齿扇至摇台来分析。,摇台和工件的对滚运动形成渐开线齿廓，由展成运动B11和B22实现。展成运动传动链联系摇台(假想近似冠轮的转动B21)和工

53、件主轴(工件的旋转B22)，其传动路线为“摇台 (B21)一89一ix一1011一合成一1213ij一1415一工件 (B22)”保证两端件具有严格的运动关系，即摇台转过1Z冠转时，工件转过1Z工转。ix是展成运动链的换置机构。,82,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,前一部分的传动路线为：“电动机Ml一2一iv一34一7一if一1617一进给鼓轮”。当进给鼓轮转一周时，通过鼓轮上的曲线槽和滚子使齿扇摆动一次，通过后续的传动件使摇台也往复摆动一次，正好加工完一个齿槽，因此进给鼓轮转动的快慢，也就决定了展成运动速度的快慢。,通常进给速度以每一个齿槽的加工时间t来计算，从而可求得它的两端件的运动关系为：

54、电动机转过 转时，进给鼓轮转1转。 此时加工完一个齿槽。根据加工一个齿槽所需的时间t来调整进给链换置机构if的传动比，从而控制展成运动的速度。,83,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,后一部分由进给鼓轮经齿扇至摇台的传动结构路线为：“齿扇一18一19U一 2098一摇台。,”当齿扇往复运动时，经过一系列的传动件，使摇台摆动，摇台摆角是指摇台摆动到上下极限位置时的夹角 (在此夹角内，加工完1个齿)。这部分进给传动链也称为摇台摆角传动链，它控制展成运动的行程，此行程通过传动链中换置机构U的传动比来调整。,84,4.5.2 圆柱齿轮磨齿机,分度运动是在滚切一个齿结束后，在摆台换向过程中进行的。进给鼓轮有端

55、面槽，它操纵分度机构中的离合器的接合状态。,摇台换向时，进给鼓轮的端面槽使分度机构离合器接合，通过分度运动传动链“进给鼓轮一1721一分度机构一2223一 合成一1213ii一14一15一工件(B3)”使工件得到附加的转动，实现分度运动。在进给鼓轮端面的控制下，分度机构接合一次，工件转过一个齿，这可通过调整传动链分度挂轮ii的传动比来实现。,85,传统的齿轮齿形加工是在齿轮未淬硬前，用滚齿或插齿的方法切出，经剃齿后淬硬，精度要求高的齿轮，在热处理后还要进行精加工，如磨、珩、研和剃齿。一般说来，珩齿、研齿和硬剃齿的发展是现今齿轮制造技术的一个趋势。滚齿和插齿的高精度和高速切削也是值得注意的动向。

56、,4.6 齿轮制造技术的发展动向,1新型滚齿机和插齿机,重庆机床厂生产的YC3180型淬硬滚齿机，吸收了国内外先进技术，机床结构优良，动静刚性好，工作精度高，特别适合于滚切淬硬(5060HRC)的直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用来滚切蜗轮，同时也能进行小锥度、鼓形齿等齿轮的仿形加工。该机床也同样适合于非淬硬齿轮的滚切。工件最大直径800mm，最大模数10mm，最小工件齿数为8。,86,4.6 齿轮制造技术的发展动向,这种滚齿机除具备一般滚齿机的全部功能外，还能采用硬质合金滚刀对高硬度齿面齿轮用滚切工艺进行半精加工或精加工，以滚代磨，所以它是提高齿轮加工精度、降低齿轮成本的理想加工设备。,当前，国外新

57、开发的高速滚齿机，主轴转速可达3000rmin。其中Liebherr公司生产的 LC82和LCll2滚齿机，最大加工直径分别为80和120mm，当采用金属陶瓷滚刀时，切削速度可达600mmin。该机床甚至可以采用金属陶瓷滚刀和硬质合金滚刀时不使用冷却液(干滚)。虽然采用金属陶瓷滚刀，价格比较昂贵，但是效率的提高，重磨刀具费用的下降等影响，当加工一批零件后，每个零件的实际滚切费用与高速钢滚刀滚切相比，反而下降了40，每件加工时间缩短了30。,87,4.6 齿轮制造技术的发展动向,2新型珩齿、剃齿和磨齿机,利用珩齿加工技术能使齿面上形成微小的、肉眼看不到的对角线痕迹可以很好地保存润滑油、减小噪声、

58、延长齿轮寿命、抵抗齿面产生点蚀，并减小轮齿中的应力和增加齿轮的传动扭矩。德国Hurth公司生产的ZH250数控珩齿机，最大可加工直径为250mm、齿宽100mm的齿轮。,在插齿机方面，新型的插齿机效率也极其之高，SigmaPool公司生产的Rapidl5插齿机，插齿刀行程可达每分钟3000次，还可进行轮齿的倒圆角，这在一般的加工中是一个分开的工序。,88,4.6 齿轮制造技术的发展动向,在该机床上，外齿轮工件与内齿轮珩轮交叉一个角度啮合，并一起旋转，但两个工件主轴的配合能使啮合点产生一个很复杂的球面摆动运动，利用多轴控制的数控系统使工件与刀具的每一个接触点产生最佳的接触性能。即使采用较粗的珩轮，仍能获得较小的表面粗糙度。这台机床的另一优点是可以采用大面积的内珩轮，既可增大使用范围，又可提高在珩轮两次修整之间的产量。 Hurth公司已研制出一种新的能进行硬剃齿机床，使用该公司的ZS240数控系统，可实现5轴控制，进行新的球面剃齿方法。该方法的基本原理是采用一个快速旋转的剃齿刀对安装在顶尖中旋转的工件进行剃齿，这样可实现切入式剃