第七章 齿轮刀具zyx2012

1、第七章齿轮刀具GearCutter,齿轮是一类非常重要的传动零件，在各种机械仪表中应用十分广泛，以致于齿轮一度成为工业的代表。比如国徽上的齿轮代表工人阶级机械工业出版社徽标也有齿轮齿轮的轮齿加工方法依然主要采取切削加工和磨削的方法来实现齿轮刀具是加工齿轮轮齿的刀具。,常见的齿轮传动类型有：,第一节齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用,刀具分类：1.按被加工的齿轮类型分（1）圆柱齿轮刀具1)渐开线圆柱齿轮刀具：盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘、齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀和剃齿刀等。2)非渐开线圆柱齿轮刀具:如圆弧齿轮滚刀、摆线齿轮滚刀和花键滚刀等。,(2)蜗轮刀具蜗轮滚刀、蜗轮飞刀、蜗

2、轮剃齿刀(3)锥齿轮刀具1)直齿锥齿轮刀具成对刨刀刨齿加工.avi、成对盘铣刀、拉一铣刀盘2)曲线齿锥齿轮刀具如弧齿锥齿轮铣刀盘、摆线齿锥齿轮铣刀盘,2按刀具的工作原理分成形法加工与展成法加工成形法加工特点：用成形刀具加工齿轮。刀具相对简单，设备简单；工件齿槽形状刀具的廓形相同或近似；加工成本低；刀具种类多，加工出的齿轮精度较低；生产率较低，多用于一些精度要求较低的场合。,(1)成形齿轮刀具盘形齿轮铣,指形齿轮铣刀,齿轮拉刀,插齿刀盘.a.盘形齿轮铣刀特点：实际是一把铲齿成形铣刀，可加工直齿，斜齿等，切削过程是刀具旋转，沿齿槽方向进给，铣完后分度，再加工第二个齿。,镶齿盘形齿轮铣刀1、刀体2、

3、刀齿3、锥销,盘形齿轮铣刀可加工直齿、斜齿和带空刀槽的人字齿轮。加工直齿：工件齿槽廓形和刀具齿槽的廓形相对应。端剖面槽形相同；其它剖面工件齿槽形状和刀具的廓形不相同；加工斜齿：原理为无瞬心包络法，但归在这一类。加工单件和小批量齿轮,b.指形齿轮铣刀外形：特点：实际是一把立式铲齿成形铣刀，有铲齿和尖齿等两种，可加工直齿，斜齿，还可加工人字齿轮，切削过程是刀具旋转，沿齿槽方向进给，铣完后分度，再加工第二个齿。其它特点与盘形齿轮铣刀相同。,c.齿轮拉刀和花键拉刀用于加工小尺寸内齿轮和花键的唯一方法外形：特点：原理同拉削原理，常用于大批大量生产齿轮和加工渐开线花键孔中。,d.插齿刀盘仿形原理加工直齿、

4、斜齿圆柱齿轮，也可加工花键轴。特点：效率高，结构复杂，要求精度高，成本高，专用刀具，仅用于大批大量生产的齿轮中，成本比一般的方法高一些，但比展成法低，现较少用。,1刀体，2压板，3切刀齿,(2)展成齿轮刀具展成法加工特点：刀具与工件按啮合关系转动，由刀具齿形包络出工件齿轮的齿形，能够加工出成形齿轮刀具难以实现的许多复杂形状的齿面；通用性好，一把刀具，可加工模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮；可加工不同变位系数的变位齿轮；加工出的齿轮精度高(因为大多无分齿运动)，加工效率高；刀具设计相对复杂，制造要求精度高；设备精度高，初期投入大；多用于一些大批大量生产齿轮的场合；,常用刀具a.齿轮滚刀特点：可完

5、成外啮合的直齿轮、斜齿轮的粗加工和精加工；加工效率高；精度高；应用最为广泛。,b.插齿刀（直齿、斜齿）可加工直齿外啮合齿轮，也能加工内齿轮（内啮合）、直齿圆柱轮、斜齿圆柱齿轮、有台阶的齿轮、双联齿轮、人字齿轮精度、生产率与滚齿加工相当，稍高一些。,c.剃齿刀用于软齿面(2232HRC）的齿轮的精加工；可进一步提高精度和表面质量。加工效率高，刀具寿命长，设备简单。盘形，齿条形和蜗轮剃齿刀三类。,研磨齿,磨齿,第二节插齿刀的结构,插齿刀：展成法加工圆柱齿轮的刀具。可加工外啮合齿轮，也能加工内齿轮（内啮合）、有台阶的齿轮、双联齿轮、人字齿轮。直齿圆柱轮、斜齿圆柱齿轮等。插齿刀象一个圆柱齿轮插齿刀的上

6、下往复运动是主运动，插齿刀及工件的回转运动形成展成运动。开始切削是插齿刀有径向进给，达到深度要求时，进给停止，展成运动继续至齿轮牙齿全部切完。还有让刀运动。插直齿.avi插斜齿.avi,插齿刀让刀.avi,工作台让刀.avi,插齿刀根据刀具标准JB249678（新标准GB608185）三种结构形式：1型盘形直齿插齿刀P102图71a应用最多的一种加工普通直齿外齿轮、大直径的内齿轮分度圆直径：（do）（40mm、48mm、63mm、75mm、lOOmm、125mm、160mm、200mm）,加工模数与精度：0.31mm（63mm）；非国标精度自定14mm（75mm）；AA、A、B三级16mm（1

7、00mm）；AA、A、B三级（注：在11.5mm时，仅A、B级）48mm（125mm）；AA、A、B三级610mm（160mm）；A、B两级812mm（200mm）；A、B两级,2.型碗形直齿插齿刀P102图71b结构：和盘形插齿刀区别，刀体凹孔较深，容纳紧固螺母规格：50mm、75mm、100mm和125mm四种。模数与精度：13.5mm（50mm）；A、B二级14mm（75mm）；AA、A、B三级16mm（100mm）；AA、A、B三级48mm（125mm）；AA、A、B三级,应用：50mm、75mm、主要用于加工内齿轮；100mm和125mm主要用于加工外齿轮；还可用于加工塔形、双联直齿

8、轮。,3型锥柄直齿插齿刀规格：有25mm和38mm两种加工模数：25mmm12.75mm（以及0.31mm）38mmm13.75mm精度：刀具标准中只规定有A、B两种精度直径较小，整体结构形式。应用：主要用于加工内齿轮以及小模数的外齿轮。,精度等级与实际应用选择：AA级：加工6级精度齿轮A级：加工7级精度齿轮B级：加工8级精度齿轮,硬质合金插齿刀,其它刀具：斜齿插齿刀：工作形式特点：与直齿加工相比，进给运动多附加转动角度结构形式：盘形和锥柄两种盘形：公称直径100mm锥柄：公称直径38mm，分度圆螺旋角：15，23两种,人字齿插齿刀：加工无空刀槽的人字齿轮，结构：盘形，两把一套，螺旋角相等，3

9、0，但旋向相反。公称直径：100mm、150mm、180mm粗加工插齿刀：预切齿轮用，可有较合适的角度，效率较高。复合插齿刀：有粗切齿和精切齿，插齿一周粗精均可完成。修缘插齿刀；镶齿插齿刀。,第三节直齿插齿刀的切削刃及其前、后角,直齿插齿刀的外形：插齿刀往复运动时刀刃运动轨迹形成一齿轮称为产形齿轮直齿插齿刀切削刃的端面投影就是被加工产形齿轮的端面齿形，必须是渐开线。不考虑前角影响，插齿刀端面齿形是渐开线。“产形”齿轮的基圆直径：dbomzocos插齿刀的切削刃形状：一条顶刃（圆弧状）两条侧刃（渐开线状）,插齿刀后角的形成：顶刃后角的形成：顶后刀面做成圆锥面侧刃后角的形成：侧后刀面做成渐开线螺旋

10、面（左边刃向右旋为右螺旋面，右边刃向左旋为左螺旋面）,刃磨与齿形变化：插齿刀磨钝后，需磨前刀面，这时整个齿廓发生变化（变小和窄），为保证齿形，这时应将齿根也均匀的向轴线平移。实质是不同变位系数的变位齿轮。变位系数变化（刃磨后不同端剖面截形）：正变位零变位负变位,*插齿刀有顶刃后角和侧刃后角，重磨后顶圆直径和分圆齿厚减小。不同端剖面应是变位量不同的变位齿轮，新刀变位量最大，重磨后逐渐减小。变位量为零的O-O端剖面称为插齿刀的原始剖面，具有标准齿形。,插齿刀实质上是个变位齿轮,齿顶后角：齿顶高：齿根高：顶圆半径：根圆半径：,任意端剖面的变位系数x0=b0tgp/m,有关剖面齿形的几何参数得计算：任

11、意剖面的分圆齿厚s0=s02b0tg0又s0=s02x0mtgtg0=x0mtg/b0=tgtgp,标准直齿插齿刀顶刃后角p=6,侧刃后角c2,顶刃前角p=5,侧刃投影不是渐开线，齿形角修正(201014.5),第四节正前角插齿刀的齿形误差及其修正计算,起因：为方便切削加工，改善切削效果，插齿刀需从零前角做成正前角。方法：只需将前刀面做成内锥面，锥面的底角即为正前角。P105图75,误差形成：插齿刀前角为0时，刀具端面廓形为标准的渐开线（无误差）插齿刀前角大于0时（正前角），由于后角的形成要求侧后刀面做成渐开线螺旋面，且刀具侧刃曲线（空间曲线）与端面位置不平行，侧刃廓形发生变化，这时就不是标准

12、的渐开线了。（产生误差）,误差形成后的影响：插齿刀端面前角大于0和后角大于0时（p0，p0），插齿刀端面投影的齿形角小于理论渐开线齿形角且数值不均匀（刀齿顶处厚、根部薄），加工出的齿轮则根部被过切、齿顶变宽。,插齿刀误差修正方法：1.加大理论渐开线齿形角，则：0则（标准值）注：这仍改不了加工出的齿轮则根部薄过切、齿顶处厚现象。2.修缘、修根方法：调整侧后刀面形成的渐开线螺旋面，调整基圆柱直径、调整基圆柱螺旋角。,第五节插齿刀的切削角度,目的：找出顶刃和和侧刃的合适角度标准插齿刀顶刃处：p5，p6（这里顶刃处正交平面Po等于切深平面Pp）一、直齿插齿刀的侧刃前角：实质：求出o、o数值即可但侧刃为

13、一曲线，各点处oj、oj数值不同，仅知道p、p值，故可利用oj与p关系求解（类似车刀中不同剖面的任意角度之间的求解关系）,侧刃各点处o数值计算公式：tgojtgpsinm各点处oj数值不同，它随m而变化，在齿根处较小，p增大，oj增大。但增加p又会使刀具的强度削弱，降低刀具的耐用度，影响齿形精度。,二、直齿插齿刀的侧刃后角类似前角的计算方法，也在与前角的同一平面中测量，各点处oj数值也不同，精确计算较麻烦，简略认为侧刃的后角oj等于渐开线齿形面分圆柱螺旋角bo计算公式：tgojtgbotgocos化简后tgojtgpsin侧刃上各点后角都相等。,第六节外啮合插齿刀加工齿轮时的校验,校验内容：1

14、.第一项校验校验被加工齿轮副啮合时是否发生过度曲线干涉条件：插齿刀的渐开线齿形在与过渡曲线衔接的C1点和C2点处的曲率半径C1和C2满足以下条件：C1k1C2k2,校验方法计算式：将有关参数带入C1k1C2k2（z1+z2)tg12z2tga2（z1+z0)tg10z0tga0（z1+z2)tg12z1tga2（z2+z0)tg20z0tga0一般同一把插齿刀加工一对标准齿轮，仅需要检验小齿轮的过渡不与大齿轮齿角干涉即可。即只需校验小齿轮的过渡曲线。,2.第二项校验校验齿轮是否发生被根切原因：插齿刀前刀面磨去较多，使变位系数减小，加工齿轮时其齿角相对于齿轮运动的轨迹可能侵入齿轮的理论减开线齿形

15、内部，而使齿轮发生根切防止被根切条件：C10C20,3.第三项校验校验齿轮是否发生被顶切（1)校验第一类顶切由于变位系数减小，齿轮其齿角相对于插齿刀运动的轨迹插齿刀齿形内部，而被插齿刀将齿轮发生顶切。防止顶切条件：k10k10,（2）校验第二类顶切齿轮其齿顶角相对于插齿刀的根圆之间的径向间隙小于零产生顶切。防止顶切条件：C100C200其中：C10a0ra1rf0C20a0ra2rf0,插齿刀的刃磨插齿刀用钝以后，只能刃磨它的前刀面。插齿刀的前刀面是圆锥面，通常用圆柱砂轮的外圆进行刃磨。,第七节齿轮滚刀的基本蜗杆,齿轮滚刀的基本加工原理：借助于空间交错轴螺旋齿轮的啮合原理加工齿轮，滚刀的轴线与

16、被切齿轮的轴线不平行，不相交。,运动形式:滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动(展成运动)。滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动。滚直齿1.avi，滚斜齿1.avi齿轮滚刀相当于小齿轮，齿数少，齿很长，螺旋角大（8090度），最后演变为蜗杆。,滚刀结构：开有轴向槽，形成滚刀的前刀面及容屑槽；前刀面倾斜磨削，形成前角；经过铲齿背，形成顶后刀面和后角；铲出侧后刀面。每一刀齿具有“四面、三刃、两尖”的几何结构。,为了保证正确加工，滚刀的三个切削刃都必须位于基本蜗杆上。基本蜗杆多为右旋的，也有左旋的。,滚刀是一个开出容屑槽和切削刃的单头（多头）螺旋齿轮，即蜗杆，通常称其为滚刀的基本蜗杆该蜗杆的法向模数

17、和压力角分别等于被切齿轮的模数和压力角。,基本蜗杆种类：1.渐开线基本蜗杆：基本蜗杆螺纹表面为渐开螺旋面特点：加工出的齿形精度是理想的渐开线齿形；端剖面（垂直轴线的剖面）齿形是理想的渐开线；与基圆柱面相切的剖面齿形为斜角等于的直线；（注意：该剖面不过轴心线，与轴心线距离为基圆柱半径）轴线剖面内齿形是曲线，制造困难，不好测量。,2.阿基米德蜗杆：实质为一螺杆，基本蜗杆螺纹表面为阿基米德螺旋面。特点：过轴线剖面齿形为直线，制造方便，测量简单；轴向截形应与渐开线蜗杆齿形在分度圆处相切，即齿形角应是渐开线蜗杆分度圆处的齿形角。端剖面（垂直轴线的剖面）齿形是阿基米德线；加工出的齿形精度可以较小。,3.法

18、向直廓蜗杆：实质也为一螺杆，基本蜗杆螺纹表面为法向直廓螺旋面特点：加工工艺方便，用直线车刀在齿的某一法剖面中加工即可；法剖面齿廓为直线，测量简单；端剖面（垂直轴线的剖面）齿形是延长渐开线；加工出的齿形不是是理想的渐开线齿形，有误差；主要用于大模数、多头、螺旋槽滚刀或粗加工滚刀。,基本蜗杆参数基本蜗杆相当于斜齿圆柱齿轮，故其参数同斜齿圆柱齿轮的参数和定义主要参数：基本蜗杆分度圆柱导程角：基本蜗杆法向分圆齿距；,第八节齿轮滚刀的结构,一、齿轮滚刀的结构形式1.整体滚刀多用高速钢制造，套装式结构;硬质合金整体滚刀较少，且多用于小模数；标准滚刀为右旋、单头;螺旋升角较小，加工精度较高；粗加工用滚刀有时

19、做成双头，以提高生产率刀齿容屑槽分螺旋和直槽两种;轴肩与内孔同心,装刀检测径跳多为零前角;顶刃后角1012,侧刃后角大约3.,容屑槽形式a.直槽零前角滚刀：P114图715a刀具刀齿两侧的前角绝对值大小相等但正负号相反刀齿两侧的强度不同，耐用度不同。,直槽制造方便，但左右侧刃前角不等，零度前角直槽滚刀左侧刃前角小于零，04时采用。,螺旋槽04时采用，为使左右侧刃前角相等，让螺旋槽垂直于滚刀螺纹，即k=0,b.螺旋槽滚刀：P114图715b刀具前刀面为螺旋槽，右旋刀为左螺旋槽，左旋刀为右螺旋槽；螺旋角等于导程；刀齿两侧的前角大小相等螺旋槽零前角滚刀；刀齿刀具两侧的强度相同，耐用度一样。,2.镶齿

20、滚刀齿轮模数较大时，做成镶齿结构。特点：节省高速钢制造，硬质合金；能保证刀片的热处理性能；耐用度较高。,（3）硬质合金滚刀用于小模数齿轮或精加工硬齿面齿轮，代替磨齿。常采用大的负前角，可达3045,二、齿轮滚刀的直径（直径数值可自定）直径大特点：分圆柱直径大，可减小齿形误差；能减少齿轮上的轴向波纹度刀齿数增加，减轻每个刀齿的切削负担；可用较粗的心轴，提高轴的刚性；浪费刀具材料。且制造安装不便；滚齿机内部零件受到较大扭矩，冲击振动较大；增加切入长度和切入时间，影响效率。直径数值的确定：da02（td/2+Hk）,三、齿轮滚刀长度要求：滚刀端头的刀齿负荷不宜过重；必须完整包络出被加工齿轮的整个齿形

21、；各刀齿磨损不均，齿轮中线处刀齿磨损较严重。确定滚刀长有充分的“窜刀”长度，标准滚刀长度为导程的45倍。注意：滚刀的最小长度、包络的最后的齿的厚度、刀头和刀尾处的不完整齿、滚刀加工时的倾斜安置等。,四、齿轮滚刀的切削锥意义：滚刀头部的刀齿负荷不宜过重；不能落在齿坯外；方法：做出切削锥P117图7-20,容屑槽直槽（槽/滚刀轴线）：适用于小螺旋升角滚刀螺旋槽（槽滚刀轴线）适用于大螺旋升角滚刀滚刀直径d0和螺旋升角0d0-螺旋升角0-滚刀的造形误差圆周齿数d0太大-相同速度下转速n-生产率，刀坯锻造难度增大制造困难，成本，成本增加。精加工滚刀适当增大直径。,齿轮滚刀的头数滚刀头数主要影响生产率和齿

22、形精度。头数，0，造形误差，Ra，齿轮齿距精度单头滚刀，0小，造形误差小，包络刃数多，齿面光洁；多头滚刀，0大，造形误差大，但生产率高。双头比单头生产率提高3040，三头比单头生产率提高50。精加工齿轮滚刀都用单头的，粗加工和半精加工可用多头的,第九节阿基米德齿轮滚刀的齿形误差,产生误差的原因：一个是渐开线蜗杆，另一个是阿基米德蜗杆两者截形比较：端面截形：轴向截形：齿形误差的比较：P118图721两种不同蜗杆加工出的齿轮齿形比较：,两者对应用的影响比较：（阿氏蜗杆相当于齿顶与齿根进行了修形）干涉的可能：出现的噪声和冲击；强度比较：计算结论：阿基米德蜗杆导程越小，则齿形误差越小实际应用：精加工使

23、用大直径分圆阿基米德蜗杆,第十节齿轮滚刀的合理使用,一、齿轮滚刀选用原则：滚刀法向模数与齿形角与被加工齿轮相等滚刀的精度等级与被加工齿轮相等附：滚刀精度与被加工齿轮精度（与插刀不同）AA级：加工7级精度齿轮A级：加工8级精度齿轮B级：加工9级精度齿轮C级：加工10级精度齿轮,二、齿轮滚刀的重磨：滚刀的耐用度一般在200min400min之间，相当于粗加工的磨损量VB=0.81mm，这是时需要刃磨。方法：采用直母线的锥形砂轮重磨滚刀的前刀面。P119图7-25砂轮锥母线方向过滚刀轴线。,三、重磨齿轮滚刀产生的误差与检验：刃磨后必须保证前角不变；前刀面径向性误差：P119图7-26a,d（由于前刀

24、面不过滚刀轴线，砂轮与滚刀的相对位置调整不准造成）前刀面与滚刀的轴线的平行性误差：P119图7-27（由于滚刀在磨刀机床安装不准造成）圆周齿距误差：（由于磨刀机床分度不准造成）,检验：检验前刀面径向性误差：P120图7-28a,b又分为零前角和正前角两种刀角（零前角前刀面径向性误差检验P120图7-28b）检验前刀面与滚刀轴线的平行性误差：（直槽滚刀前刀面与滚刀轴线的平行性误差检验：P120图7-28c）检验圆周齿距误差检验：（P120图7-28d）,第十一节蜗轮滚刀的结构与工作方式,蜗轮滚刀的结构：根据尺寸大小分为套装式与整体式两种蜗轮滚刀的工作原理：模拟“工作蜗杆”的啮合过程满足：啮合中心矩要求；轴线要求；总之蜗轮滚刀的基本参数必须与工作蜗杆相同（基本参数包括廓形、头数、旋向、导程等）蜗轮滚刀是仅能加工一种蜗轮的专用刀具。,涡轮滚刀的进给方式：径向径给和轴向进给两种种方式径向进给P121图7-30展成运动：蜗杆旋转一周，蜗轮转过齿数等于滚刀的头数刀具沿蜗轮半径方向进给，逐渐切入直到规定的中心距。,轴向进给P121图7-31把刀具的轴线调整与蜗轮中心规定的距离，滚刀沿自己轴线方向进给，直至完全切入整个蜗轮，切入时仍需要必须的展成运动。,切向进给特点：加工表面较光滑（包络蜗轮的切线数目较多）有切削锥，刀具的刀齿负荷均匀滚刀耐用度高；生产效率较低；需