第四章機(jī)械加工齒輪加工專用機(jī)床

1、第四章第四章 齒輪加工機(jī)床齒輪加工機(jī)床第一節(jié) 概 述第二節(jié) 滾齒機(jī)第三節(jié) 其它類型齒輪加工機(jī)床第四節(jié) 齒輪加工刀具第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、齒輪加工機(jī)床的工作原理 齒輪加工機(jī)床的種類繁多，構(gòu)造各異，加工方法也各不相同，但就其加工原理來說，不外是成形法和范成法兩類。 成形法加工齒輪，要求所用刀具的切削刃形狀與被切齒輪的齒槽形狀相吻合。 范成法加工齒輪是利用齒輪的嚙合原理進(jìn)行的，即把齒輪嚙合副(齒條齒輪、齒輪齒輪)中的一個轉(zhuǎn)化為刀具，另一個轉(zhuǎn)化為工件，并強(qiáng)制刀具和工件作嚴(yán)格的嚙合運(yùn)動而范成切出齒廓。二、齒輪加工機(jī)床的類型 按照被加工齒輪種類不同，齒輪加工機(jī)床可分為圓柱齒輪加工機(jī)床和錐齒輪加工機(jī)床

2、兩大類。圓柱齒輪加工機(jī)床滾齒機(jī)插齒機(jī)錐齒輪加工機(jī)床刨齒機(jī)銑齒機(jī)拉齒機(jī)第二節(jié)第二節(jié) 滾齒機(jī)滾齒機(jī) 滾齒機(jī)多數(shù)是立式的。用來加工直齒和斜齒的外嚙合圓柱齒輪及蝸輪；也有臥式的，用于儀表工業(yè)中加工小模數(shù)齒輪和在一般機(jī)械制造業(yè)中加工軸齒輪、花鍵軸等。一、滾齒原理 滾齒加工是由一對交錯軸齒輪嚙合傳動原理演變而來的。視頻 滾齒加工刀具叫做滾刀，滾刀是理論上應(yīng)由螺旋角接近90度的斜齒輪開槽得到，但這種刀具難于加工得到，一般用阿基米得蝸桿代替。參與嚙合齒的截面視頻 滾刀的旋轉(zhuǎn)在截面上相當(dāng)于齒條的移動，毛坯與這個假想的齒條嚙合，將齒形切出。螺旋角=0螺旋角=11.3螺旋角=80螺旋角=45螺旋角=60(一) 加工

3、直齒圓柱齒輪時的運(yùn)動和傳動原理（1）主運(yùn)動（2）范成運(yùn)動（3）軸向進(jìn)給運(yùn)動(二) 加工斜齒圓柱齒輪時的運(yùn)動和傳動原理（1）主運(yùn)動（2）范成運(yùn)動（3）軸向進(jìn)給運(yùn)動（4）附加運(yùn)動(三) 加工蝸輪時的運(yùn)動和傳動原理1徑向進(jìn)給法2切向進(jìn)給法有軸向運(yùn)動，相有軸向運(yùn)動，相當(dāng)于假想的齒條當(dāng)于假想的齒條移動速度改變，移動速度改變，為保證嚙合關(guān)系，為保證嚙合關(guān)系，工件齒輪也要按工件齒輪也要按比例改變比例改變(四) 滾齒機(jī)的運(yùn)動合成機(jī)構(gòu) 滾齒機(jī)所用的運(yùn)動合成機(jī)構(gòu)通常是圓柱齒輪或錐齒輪行星機(jī)構(gòu)。行星架固定行星架固定在軸在軸X上上行星架空套行星架空套在軸在軸X上上行星機(jī)構(gòu)計算H1 2XHX-IXIXH23aaz zn

4、ninnz z XHIXH1nnnn XHIX2nnn兩倍來自刀架的運(yùn)動兩倍來自刀架的運(yùn)動與一倍來自滾刀的運(yùn)與一倍來自滾刀的運(yùn)動相減。由于轉(zhuǎn)速可動相減。由于轉(zhuǎn)速可以換向，這個公式相以換向，這個公式相加、相減都能實現(xiàn)。加、相減都能實現(xiàn)。二、滾齒機(jī)傳動系統(tǒng)及其調(diào)整計算 中型通用滾齒機(jī)常見的布局形式有立柱移動式和工作臺移動式兩種。Y3150E屬于后者。刀架溜板立柱床身刀桿刀架體支架心軸后立柱工作臺床鞍(一) 加工直齒圓柱齒輪的調(diào)整計算 1主運(yùn)動傳動鏈 其運(yùn)動平衡式：II-III27 31 35;43 39 35u22 33 44;44 33 22ABII-IIIAB124.583vnuu刀化簡得共有

5、共有9種轉(zhuǎn)速種轉(zhuǎn)速2范成運(yùn)動傳動鏈 其運(yùn)動平衡式：1u合1切直齒時，24xa cfkb dez化簡后： u520,48,24zefk取21142,36,36zefk取143,24,48zefk取表示滾刀轉(zhuǎn)速為表示滾刀轉(zhuǎn)速為1時，工件的轉(zhuǎn)時，工件的轉(zhuǎn)速，即工件轉(zhuǎn)速速，即工件轉(zhuǎn)速/滾刀轉(zhuǎn)速滾刀轉(zhuǎn)速滾刀頭數(shù)滾刀頭數(shù)/工件齒數(shù)工件齒數(shù)等式是根據(jù)轉(zhuǎn)等式是根據(jù)轉(zhuǎn)速之比為齒數(shù)速之比為齒數(shù)的反比列寫的的反比列寫的頭數(shù)頭數(shù)k不變時，齒數(shù)不變時，齒數(shù)z越越大，大，f/e越大，使等式右越大，使等式右邊不至于過大過小，便邊不至于過大過小，便于配掛輪于配掛輪a,b,c,d3軸向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈 工作臺旋轉(zhuǎn)一圈時，刀架的軸

6、向進(jìn)給為f 其運(yùn)動平衡式：軸向掛輪可變傳動比 化簡得1XVII-XVIII10.4608fafuub工作臺工作臺轉(zhuǎn)一圈轉(zhuǎn)一圈(二) 加工斜齒圓柱齒輪的調(diào)整計算1主運(yùn)動傳動鏈 加工斜齒圓柱齒輪時，機(jī)床主運(yùn)動傳動鏈的調(diào)整計算和加工直齒圓柱齒輪時相同。2范成運(yùn)動傳動鏈3軸向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈 由M1換成M2時，由 可知，軸X與IX的轉(zhuǎn)向相反，要加掛惰輪。XHIX2nnn 和加工直齒圓柱齒輪時相同。24xa cfkb dez u主運(yùn)動 范成運(yùn)動 軸線進(jìn)給運(yùn)動 附加運(yùn)動 漸開線端面齒形 螺旋線軸向齒形 4附加運(yùn)動傳動鏈 刀架沿軸向移動一個導(dǎo)程L時，工件附件運(yùn)動正負(fù)1轉(zhuǎn)。2222225236113225727

7、2acLe a cubdf b d 合2222sin9yna cub dm k 22u合24a cfkb dez sinnm zL齒輪導(dǎo)程絲桿導(dǎo)程XHIX2nnn附加運(yùn)動傳動鏈的特點(diǎn) （1）附加運(yùn)動傳動鏈的精度，決定著螺旋角的精度。在配掛輪的時候，先配范成掛輪，再配附加掛輪。對于8級精度的齒輪，精確到小數(shù)點(diǎn)后4位，對于7級精度的齒輪，精確到小數(shù)點(diǎn)后5位。 （2）附加運(yùn)動傳動鏈中齒數(shù)被抵消掉，說明不同齒數(shù)的齒輪可共用附加運(yùn)動掛輪，這時螺旋角誤差也是相同的，可以獲得良好的嚙合。 （3）導(dǎo)程L含有，與絲桿中的 抵消，使計算簡便。 （4）左旋和右旋，是靠加惰輪實現(xiàn)的。2222sin9yna cub d

8、m k 同一臺滾齒機(jī)生產(chǎn)的齒輪螺旋角的系統(tǒng)誤差相同 (三) 滾切齒數(shù)大于100的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪的調(diào)整計算24xa cfkb dez直齒圓柱齒輪范成傳動鏈計算公式 u假設(shè)齒數(shù)為大于100的質(zhì)數(shù)由于質(zhì)數(shù)是不可以分解的，b和d必須要有一個數(shù)是這個質(zhì)數(shù)的整數(shù)倍 滾齒機(jī)通常不具有齒數(shù)大于100的質(zhì)數(shù)掛輪，單靠范成傳動鏈實現(xiàn)不了所需的運(yùn)動。 為了加工齒數(shù)大于100的齒輪，將范成傳動鏈和附加傳動鏈用行星機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動合成，來實現(xiàn)范成運(yùn)動。 (1) 主運(yùn)動和軸向進(jìn)給運(yùn)動傳動鏈相同 (2) 范成運(yùn)動傳動鏈 其運(yùn)動平衡式：024xa cfkb dez u142,36,36zefk取143,24,48zefk取z0

9、是與z接近的一個數(shù)，從掛輪表上查到，可能不是整數(shù)滾刀轉(zhuǎn)一圈，工作臺應(yīng)該轉(zhuǎn)k/z，但只轉(zhuǎn)了k/z0，還剩k/z- k/z0由附加運(yùn)動實現(xiàn)。(3) 附加運(yùn)動傳動鏈 其運(yùn)動平衡式：22u合024a cfkb dez 1XVII-XVIII10.4608fafuub022229 ()yzza cub dfk滾刀轉(zhuǎn)一圈，工作臺應(yīng)該轉(zhuǎn)k/z，范成運(yùn)動鏈已經(jīng)轉(zhuǎn)了k/z0，這是附加運(yùn)動轉(zhuǎn)的角度調(diào)整計算總結(jié)直齒斜齒大質(zhì)數(shù)直齒主范軸附II-IIIAB124.583vnuu刀24xa cfkb dezu1XVII-XVIII10.4608fauubf24xa cfkb dez u024xa cfkb dez u1X

10、VII-XVIII10.4608fauubf1XVII-XVIII10.4608fauubfII-IIIAB124.583vnuu刀II-IIIAB124.583vnuu刀2222sin9yna cub dm k 022229 ()yzza cub dfk調(diào)整計算實例 在Y3150E型滾齒機(jī)上加工大質(zhì)數(shù)齒輪，齒數(shù)為103，滾刀頭數(shù)為1，軸向進(jìn)給為1.41mm/r，試確定范成運(yùn)動和附加運(yùn)動掛輪的齒數(shù)。 (1)確定e，f 因為z=103，選擇e=36，f=36 (2)查表，選掛輪a=30， b=46， c=25，d=7030 2524 146 70103 1/ 25a cb d0103 1/ 25

11、z 可知 (3)按軸向進(jìn)給量標(biāo)稱值查表1XVII-XVIII132 4946 35fauub00.46081.409881219ffu (4)計算軸向進(jìn)給量實際值 (5)計算附加運(yùn)動掛輪022229 ()9 (103 1/ 25 103)0.8021763391.409881219 1yzza cub df k222241 450.80217391325 92a cb d 精確到小數(shù)點(diǎn)后5位，可以加工7精度齒輪。理論值由掛輪配出來的實際值(四) 刀架快速移動的傳動路線 在啟動快速電機(jī)之間，先必須用手柄P3將VXIII上的三聯(lián)滑移齒輪空置。三、滾刀刀架結(jié)構(gòu)和滾刀的安裝調(diào)整 (一) 滾刀刀架的結(jié)構(gòu)

12、刀桿套筒銅套方頭螺桿圓錐滾子軸承齒輪支架軸承座主軸滑動軸承墊片推力球軸承刀架回轉(zhuǎn)齒輪 滾齒時，為了切出準(zhǔn)確的齒形，應(yīng)使?jié)L刀和工件處于正確的“嚙合”位置，即滾刀在切削點(diǎn)處的螺旋線方向應(yīng)與被加工齒輪齒槽方向一致。(二) 滾刀安裝角的調(diào)整右旋齒輪右旋滾刀左旋齒輪右旋滾刀左旋齒輪左旋滾刀右旋齒輪左旋滾刀第三節(jié)第三節(jié) 其它類型齒輪加工機(jī)床其它類型齒輪加工機(jī)床一、插齒機(jī) 插齒機(jī)主要用于加工直齒圓柱齒輪，尤其適用于加工在滾齒機(jī)上不能加工的內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。(一) 插齒原理 插齒刀實質(zhì)上是一個端面磨有前角，齒頂及齒側(cè)均磨有后角的齒輪。小齒輪小齒輪大齒輪大齒輪前角 后角 (二) 插齒機(jī)的運(yùn)動1主運(yùn)動2范成運(yùn)動3

13、圓周進(jìn)給運(yùn)動4讓刀運(yùn)動5徑向切入運(yùn)動(三) 插齒機(jī)的傳動原理1主運(yùn)動2范成運(yùn)動3圓周進(jìn)給運(yùn)動 曲柄偏心盤(四) 插齒機(jī)的布局 插齒機(jī)按其徑向切入運(yùn)動和徑向調(diào)位運(yùn)動的分配方案不同，基本上有兩種布局形式：工作臺移動式和刀架移動式。刀具主軸插齒刀立柱工件回轉(zhuǎn)工作臺床鞍床身二、圓柱齒輪磨齒機(jī) 磨齒機(jī)是用磨削方法對齒輪齒面進(jìn)行精加工的精密機(jī)床，主要用于淬硬齒輪的精加工，齒輪精度可達(dá)6級或更高。(一) 蝸桿砂輪型磨齒機(jī)優(yōu)點(diǎn)：磨齒生產(chǎn)率最高缺點(diǎn)：砂輪修整困難，不同模數(shù) 時要換砂輪，傳動環(huán)節(jié)轉(zhuǎn) 速高導(dǎo)致磨損快適用場合：大量生產(chǎn)，中小模數(shù) 齒輪直接磨齒(二) 錐形砂輪型磨齒機(jī)磨齒機(jī)的運(yùn)動：砂輪旋轉(zhuǎn)B1砂輪移動A

14、2工件轉(zhuǎn)動B31工件直線移動A32分度運(yùn)動優(yōu)點(diǎn)：萬能性高，砂輪形狀簡單缺點(diǎn)：砂輪不易修整得精確，生產(chǎn)率較低適用場合：小批和單件若模數(shù)比圖中齒輪大，可先磨一側(cè)，再磨另一側(cè) (三) 雙碟形砂輪型磨齒機(jī) 以雙碟形砂輪同時磨削兩側(cè)齒面，成形運(yùn)動和分度運(yùn)動與錐型砂輪基本相同，但軸向進(jìn)給一般由工件完成。 雙碟形砂輪工作面垂直于軸向，易于獲得很高的修整精度，磨削面積小，發(fā)熱也小，磨齒精度較高。雙碟形砂輪型磨齒機(jī)上工件與砂輪的位置關(guān)系 砂輪不是在分度圓上與齒輪嚙合，而是在基圓上與齒輪擬合，從而實現(xiàn)“零度磨削”，進(jìn)而實現(xiàn)兩個齒面同時磨削。PROE文件滾圓盤機(jī)構(gòu)工作原理1碟形砂輪2工件3工件主軸4分度機(jī)構(gòu)5鋼帶6

15、滾圓盤7支架8縱向溜板9鋼帶10曲柄盤11橫向溜板三、錐齒輪加工機(jī)床(一) 錐齒輪的范成原理 用范成法加工各種錐齒輪漸開線齒廓的基本原理都是相同的，即都是由一對錐齒輪的嚙合傳動原理演變來的，將一對齒輪中的一個轉(zhuǎn)化為工件，另一個轉(zhuǎn)化為刀具，為簡化機(jī)床結(jié)構(gòu)，刀具一般為冠輪。PROE文件 弧齒錐齒輪的加工原理與直齒錐齒輪基本相同，這時冠輪的形狀為圓弧，切齒刀盤上交錯內(nèi)外銑刀，刀盤既有自轉(zhuǎn)也有公轉(zhuǎn)，形成一個虛擬的冠輪。弧齒錐齒輪(二) 弧齒錐齒輪銑齒機(jī)的傳動原理主運(yùn)動范成運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動分度運(yùn)動練習(xí)： 在其他條件不變，而只改變下列某一條件的條件下，滾齒機(jī)上哪些傳動鏈的換向機(jī)構(gòu)要改變方向 (1) 由滾切右旋

16、齒改變?yōu)闈L切左旋齒 附加運(yùn)動B22 (2)由逆銑滾齒改為順銑滾齒(改變軸向進(jìn)給方向) 軸向運(yùn)動 主運(yùn)動的線速度與進(jìn)給運(yùn)動方向相同，為順銑 主運(yùn)動的線速度與進(jìn)給運(yùn)動方向相反，為逆銑a)逆銑 b)順銑 (3)由使用右旋滾刀改變?yōu)樽笮凉L刀 范成運(yùn)動右旋滾刀順時針旋轉(zhuǎn)(俯視)左旋滾刀逆時針旋轉(zhuǎn)(俯視) (4)由加工直齒齒輪改變?yōu)榧庸ば饼X齒輪 范成運(yùn)動 加工直齒齒輪不需要附加運(yùn)動，行星架與X軸固連 加工斜齒齒輪需要附加運(yùn)動，行星架與X軸不固連XIXnnXHIX2nnn第四節(jié)第四節(jié) 齒輪加工刀具齒輪加工刀具一、成形法齒輪銑刀 a) 盤形齒輪銑刀 b)指狀齒輪銑刀 盤形齒輪銑刀是鏟齒成形銑刀，指狀形齒輪銑刀

17、是成形立銑刀。 齒輪模數(shù)較小時(m=0.316mm)采用盤形齒輪銑刀，模數(shù)大時(m=10100mm)采用指狀齒輪銑刀。 盤形齒輪銑刀結(jié)構(gòu)簡單，成本低，并可在普通銑床上加工，每銑完一齒要進(jìn)行分度，故加工精度和生產(chǎn)率均較低，多在加工精度要求不高的(89級)單件、小批量生產(chǎn)和修配工作中使用。 指狀齒輪銑刀主要用于加工大模數(shù)齒輪和無空刀槽的人字齒輪。視頻視頻二、齒輪滾刀 適用直齒輪、斜齒輪的粗、精加工，生產(chǎn)率較高，應(yīng)用最廣泛。 滾齒的主運(yùn)動是滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動包括齒坯的轉(zhuǎn)動及滾刀沿工件軸線向下進(jìn)給移動。調(diào)節(jié)滾刀與工件的徑向距離，就可控制滾齒時的背吃刀量。 滾切斜齒輪時，工件還有附加運(yùn)動，它與滾刀

18、軸向運(yùn)動配合，可在工件圓柱表面切出螺旋齒槽。 滾齒運(yùn)動滾刀齒輪范成及附加運(yùn)動主運(yùn)動軸向運(yùn)動滾刀的產(chǎn)形螺旋面 1.漸開線滾刀 端面截形為漸開線，軸平面截形是曲線，可切出理想的漸開線齒輪，制造和檢驗較為困難，生產(chǎn)中很少采用。 2. 阿基米德滾刀 端面截形為阿基米德螺旋線，軸平面截形是直線，左、右齒面上廓形角都是X，可用直線切削刃、零前角車刀車出精確的阿基米德螺旋面。3. 法向直廓滾刀 齒槽法向N-N為直線齒廓的滾刀稱齒槽法向直廓滾刀，齒紋法向N1-N1為直線齒廓的稱齒紋法向直廓滾刀，都可用直線刃車刀加工。 法向直廓滾刀在端面內(nèi)截形是延伸漸開線，因此理論上也不能滿足漸開線齒輪的嚙合要求。即使修正原始

19、廓形角，其產(chǎn)生齒廓誤差也比阿基米德滾刀大，故多用于粗加工或大模數(shù)齒輪加工。 滾刀的頭數(shù)通常12個，每一個繞軸線很多圈。滾刀圓柱面上開幾條容屑槽，就形成了許多刀齒，每一刀齒上有前面、后面和切削刃，然后需對每齒進(jìn)行齒頂、齒側(cè)鏟齒，以作出后角。滾刀刀齒的形成滾刀齒頂后角和齒側(cè)后角滾刀的容屑槽 a)螺旋槽 b)直槽齒輪滾刀的使用 1. 齒輪滾刀的選擇 齒輪滾刀標(biāo)準(zhǔn)中行規(guī)定了AA級、A級、B級和C級四種精度等級，分別用用于加工67級、 78級、 89級、910級精度的齒輪。 滾刀的精度等級標(biāo)注在滾刀的端面上。一般工具廠制造的標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀均為阿基米得滾刀。 滾刀與齒坯嚙合應(yīng)滿足：被切齒輪的法向模數(shù)和分度圓

20、壓力角與滾刀的法向模數(shù)和法向廓形角相同。 2.齒輪滾刀的安裝 滾刀安裝到機(jī)床后，要用百分表檢查兩端軸臺的徑向圓跳動，其值不能超過允許值（一般加工外徑為200mm以下的8級精度齒輪時應(yīng)不大于0.03mm），而且兩軸臺的跳動方向和數(shù)值應(yīng)盡可能一致，即兩端徑向圓跳動的最高點(diǎn)在同一方向向。以保證滾刀與刀軸的傾斜度最小。三、蝸輪滾刀和飛刀 1. 蝸輪滾刀的工作原理 蝸輪滾刀是利用蝸桿與蝸輪的嚙合原理工作的。蝸輪滾刀相當(dāng)于被切蝸輪相嚙合的工作蝸桿，在它上面開出切削刃，就是蝸輪滾刀。 蝸輪滾刀一般為阿基米得蝸桿。若工作蝸桿是漸開線蝸桿，滾刀應(yīng)該是漸開線蝸桿，不能任意選擇。 蝸輪滾刀是專用刀具，只能根據(jù)被加工

21、蝸輪副的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行專門的設(shè)計和制造。 蝸輪滾刀基本參數(shù)有：模數(shù)、齒形角、螺旋升角、旋向、螺旋頭數(shù)、齒距、分度圓直徑。 蝸輪滾刀加工參數(shù)有：安裝中心距、軸交角、傳動比2. 蝸輪滾刀的進(jìn)給方式 a) 徑向進(jìn)給 優(yōu)點(diǎn)：蝸輪不需要附加轉(zhuǎn)動，滾齒機(jī)的傳動鏈短，齒距精度高。 缺點(diǎn)：刀齒負(fù)荷不均勻，滾刀壽命短，包絡(luò)齒形的切削刃很少，齒形表面精度和表面質(zhì)量較低。 b)切向進(jìn)給 優(yōu)點(diǎn)：齒形精度和表面質(zhì)量較好，滾刀壽命長，中心距易于控制。 缺點(diǎn)：滾齒機(jī)必須有切向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，還需要附加運(yùn)動，傳動鏈較長，影響傳動精度，齒距精度較低。可能不能徑向裝配。 當(dāng)阿基米德蝸桿的分圓柱螺旋升角較大，齒形角較小時，用切向進(jìn)給方式切出的蝸輪，只有在蝸輪對稱平面中（O-O剖面）的齒形是正確齒形，而兩側(cè)的齒形歪斜得很厲害（B-B剖面） ，無法和蝸桿作徑向裝配，只能沿蝸輪切向才能裝入。 3. 切削部分長度 徑向進(jìn)給蝸輪滾刀的切削部分長度L1應(yīng)比工作蝸桿b1大一個軸向齒距L1=b1+m 切向進(jìn)給蝸輪滾刀的切削部分長度由圓錐部分和圓柱部分，圓錐取2.5m3m，錐角取1012，圓柱部