第四章-齒輪加工機床

第四章齒輪加工機床目的和要求：1、理解齒輪加工機床的加工原理；2、熟悉加工直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪的運動和傳動原理；3、掌握加工直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪傳動原理圖的繪制和傳動鏈的調整計算；4、了解插齒機的加工方法、特點和應用范圍。12/14/20231

主要教學內容：第一節(jié)齒輪加工機床的工作原理和分類一、齒輪加工方法二、齒輪加工機床類型第二節(jié)滾齒機的運動分析一、滾齒原理二、加工直齒圓柱齒輪時的運動分析三、加工斜齒圓柱齒輪時的運動分析第三節(jié)Y3150E滾齒機

一、機床的特點及用途二、機床的運動分析三、滾切直齒圓柱齒輪的傳動鏈及換置計算四、滾切斜齒圓柱齒輪的傳動鏈及換置計算五、刀架快速移動傳動路線第四節(jié)其它齒輪加工機床一、插齒機的運動分析二、磨齒機12/14/20232第四章齒輪加工機床第一節(jié)齒輪加工機床的工作原理和分類一、齒輪加工方法

制造齒輪的方法很多，可以鑄造、鍛造、沖壓，但目前這些方法的加工精度還不夠高。精密齒輪現(xiàn)在主要靠切削法，按輪齒成形原理分兩大類

（一）成形法

是用與被加工齒輪齒槽形狀相同的成形刀具切削輪齒。成形法齒輪刀具1、用單齒廓成形刀具每次僅加工一個齒輪的齒槽，各個齒槽是利用分度裝置進行分齒依次切出的。

優(yōu)點：機床較簡單，也可用通用機床加工

缺點：刀具隨模數、齒數而變化。（但每種模數通常只配八把刀）一般有較大的齒形誤差，精度較低。生產率低（每加工一個齒需分度一次，刀具回程一次）

應用范圍：1）單件小批生產精度較低的齒輪

2）大型齒輪（因所用刀具和機床結構較簡單）12/14/20233第四章齒輪加工機床第一節(jié)齒輪加工機床的工作原理和分類2、用多齒廓成形刀具可同時加工出齒輪的各個齒槽。

優(yōu)點：加工精度、生產率高。一次進給完成全部。

缺點：刀具不通用，制造成本高。

應用范圍：大批量生產中小型齒輪。12/14/20234（二）范成法(包絡法或展成法）

是利用齒輪的嚙合原理進行切削的，只需一把刀具就能加工出模數相同而齒數不同的齒輪，其加工精度和生產率比成形法高，因而應用也最廣泛。采用范成法的加工齒輪的機床有滾齒機，插齒機，磨齒機，剃齒機和珩齒機等。

二、齒輪加工機床類型

圓柱齒輪加工機床：滾齒機、插齒機等；

直齒錐齒輪加工機床：刨齒機、銑齒機、拉齒機；

弧齒錐齒輪加工機床：銑齒機。

齒輪精加工機床：剃齒，珩齒，磨齒，研齒。

齒輪粗加工機床：銑齒，滾齒，插齒。12/14/20235第二節(jié)滾齒機的運動分析一、滾齒原理—模擬一對螺旋齒輪嚙合過程用滾齒機加工圓柱齒輪輪齒表面時，相當于一對相嚙合的軸線相反的螺旋齒輪（斜齒輪）傳動，其中一個螺旋齒輪做成刀具，即齒輪滾刀。另一個為被加工齒輪，齒輪滾刀與被加工齒坯之間的傳動關系由機床傳動鏈進行保證。滾刀特點：（1）螺旋角很大（即螺旋升角很?。?）齒數很?。ǔＳ谬X數Z=1。即為單頭滾刀）（3）牙齒很長（成蝸桿形。并將牙齒開槽、鏟背）滾刀實際上是：一個經開槽、鏟背的蝸桿。齒輪滾刀在滾切過程中，工件的每個齒形是由滾刀在旋轉中依次對工件切削的數條刀刃線包絡形成。滾刀分屑槽數愈多—在轉一轉過程中形成刀刃線愈多—工件齒形包絡誤差愈小。12/14/20236二、加工直齒圓柱齒輪時的運動分析（一）機床的運動和傳動原理圖分析

主運動B11—滾刀旋轉運動；

展成(嚙合)運動B12—齒坯與滾刀按一定速比轉動。為形成漸開線所需。

進給運動A2—滾刀沿齒坯軸向運動。為形成導線所需。1、主運動B11

電機—1—2—uv—3—4—滾刀

uv為主運動傳動比。屬“外聯(lián)系”傳動鏈。

2、展成運動滾刀旋轉運動B111/K轉(1齒)

齒坯旋轉運動B121/z轉(1齒)

內傳動鏈為：滾刀—4—5—ux—6—7—齒坯，

ux為嚙合運動傳動比。12/14/20237二、加工直齒圓柱齒輪時的運動分析

3、垂直進給運動A2

齒坯—7—8—uf—9—10—刀架升降，uf為進給運動傳動比。為外聯(lián)系傳動鏈,實現(xiàn)齒寬方向運動（二）滾刀的安裝滾刀螺旋升角為λ0，加工直齒時，滾刀軸線與齒坯端面傾斜δ角，稱為安裝角。

δ=λ0

右旋滾刀如圖，左旋相反。（假設滾刀在前工件在后）12/14/20238三、加工斜齒圓柱齒輪時的運動分析（1）主運動B11

電機—1—2—uv—3—4—滾刀（2）展成運動滾刀旋轉運動B111/K轉(1齒)

齒坯旋轉運動B121/z轉(1齒)

內傳動鏈為：滾刀—4—5—ux—6—7—齒坯（3）進給運動A21與B22(螺旋線)

齒坯B12—7—8—uf—9—10—A21（4）差動傳動鏈

A21—11—uy—12—7—齒坯附加轉動B22(產生螺旋線的內傳動鏈)

uy按被切齒輪的螺旋角調整12/14/20239實際上必須用合成機構把展成運動要求工件轉動B12和差動鏈要求工件附加轉動B22迭加起來，然后再傳給工作臺。滾齒機是根據滾切斜齒輪的傳動原理設計的。當滾切直齒輪時，將差動鏈斷開，并把合成機構固定成一個整體。12/14/202310（5）滾刀的安裝安裝角δ取決于滾刀螺旋升角λ0

、旋向及齒輪螺旋角β、旋向。二者同向時δ=β

－λ0；二者反向時δ=β＋λ0

右旋滾刀如圖，左旋相反。（6）齒坯附加轉動的方向圖a)為右旋滾刀切右旋齒輪，附加轉動B22與B12同

向，即比切直齒時多轉些。圖b)為右旋滾刀切左旋齒輪，附加轉動B22與B12反向，即比切直齒時少轉些。滾切斜齒輪時，應盡量采用與工件螺旋方向相同的滾刀，使?jié)L刀安裝角較小，有利于提高機床運動平穩(wěn)性及加工精度。###12/14/202311第三節(jié)Y3150E滾齒機

一、機床的特點及用途

機床的技術性能參數如下：工件最大直徑主要：500mm工件最大加工寬度：250mm工件最大模數：8mm工件最小齒數：Zmin=5×K滾刀頭數滾刀主軸轉速：

40、50、63、80、100、125、160、200、250r/min刀架軸向進給量：

0.4、0.56、0.63、0.87、1、1.16、1.41、1.6、1.8、2.5、2.9、4mm/r12/14/202312第三節(jié)Y3150E滾齒機

二、機床的運動分析（錄象1,2）

抓兩端—連中間（1）主運動傳動鏈電動機→主軸（滾刀）（2）展成運動傳動鏈滾刀轉1r→工件轉K/zr（3）進給傳動鏈工件轉1r→刀架移動mm（4）滾斜齒輪時的差動鏈刀架移動L→工件轉±1r（5）滾切蝸輪徑向法滾切12/14/202313三、

滾切直齒圓柱齒輪的傳動鏈及換置計算

a)主運動傳動鏈找末端件：電動機——滾刀確定計算位移：n電

r/min——n刀

r/min

列出運動平衡式：計算換置式：

只要確定了n刀，就可計算出uv

的值，并由此確定出變速箱中嚙合的齒輪對和掛輪的齒數。

Y3150E型滾齒機提供的主變速掛輪A/B分別為22/44、33/33和44/22。12/14/202314

b)范成運動傳動鏈找末端件：滾刀——工件；

確定計算位移：

1/Kr(滾刀）——1/Z工

r（工件）

列出運動平衡式：

u合成表示通過合成機構的傳動比。當加工直齒圓柱齒輪時，以軸Ⅸ端使用短齒爪式離合器M1，M1將合成機構的轉臂與軸Ⅸ連成一體。此時u合成=1。

12/14/202315

計算換置式：式中e、f——結構掛輪，根據被加工齒輪的齒數選取，用以調整ux的數值，使其不會過大或過小，便于掛輪的選取。

稱為分齒掛輪。

當5≤Z工/K≤20時，取e=48,f=24；當21≤Z工/K≤142時，取e=36,f=36；當Z工/K≥143時，取e=24,f=48。12/14/202316

c)進給運動傳動鏈找末端件：工件（工作臺）——刀架確定計算位移:1r——fmm

列出運動平衡式:

計算換置式:

進給量f是根據工件材料，加工精度及銑削方式（順銑或逆銑）等情況確定的。選定了f值就可確定出掛輪a1/b1及進給箱中變速組的傳動比值。12/14/202317四、滾切斜齒圓柱齒輪的傳動鏈及換置計算

合成機構滾切斜齒圓柱齒輪時，將短齒離合器M1換成長齒離合器M2。M2的端面齒長度足夠同時與合成機構殼體（系桿H）的端面齒及空套在殼體上的齒輪Z72的端面齒相嚙合，使它們聯(lián)接在一起，系桿H與外部接通。由范成運動傳動鏈和差動傳動鏈傳來的運動分別通過齒輪Z56和Z72輸入合成機構，運動合成后由Ⅸ軸輸出。

M1,M2的結構（圖1、圖2）

M1,M2的連接方式（圖1、圖2）12/14/202318

以n56、n72、nⅨ分別代表齒輪Z56、Z72和軸Ⅸ的轉速，則按差動輪系的轉化，可得：若n72=0，則;

若n56=0，則;

u合1、u合2分別為范成運動鏈和差動傳動鏈通過合成機構的傳動比。12/14/202319

滾切斜齒圓柱齒輪傳動鏈分析

a)主運動傳動鏈

與滾切直齒圓柱齒輪的運動傳動鏈完全相同。

b)范成運動傳動鏈只需用u合1=-1取代u合，其余與滾切直齒圓柱齒輪完全相同。

c)進給運動傳動鏈與滾切直齒圓柱齒輪完全相同。

12/14/202320

d)差動傳動鏈（附加傳動鏈）找末端件：

刀架——工件確定計算位移：Lmm——1r（附加）

Ｌ－－被加工斜齒輪螺旋線導程；m端－－齒輪的端面模數；

m法－－齒輪的法面模數；

β－－齒輪的螺旋角。12/14/202321

列出運動平衡式：對于差動運動傳動鏈,u合成=u合2=2,

計算換置公式：式中稱為差動掛輪。

“±1”由附加運動傳動鏈傳給工件的附加運動方向，可能與范成運動中的工件轉向相同，也可能相反。12/14/202322對于附加運動傳動鏈的運動平衡式和換置公式作如下分析：

①附加運動傳動鏈是形成螺旋線的內聯(lián)系傳動鏈，其傳動比數值的精確度直接影響工件輪齒的齒向精度，所以掛輪傳動比應配算準確。但是，換置公式中包含有無理數sinβ，這就給精確配算掛輪×帶來困難，因為掛輪個數有限，且與展成運動共用一套。為保證展成運動掛輪傳動比絕對準確，一般先選定展成運動掛輪，剩下的掛輪供附加運動傳動鏈中掛輪選擇，故無法配算得非常準確。其配算結果和計算結果之間的誤差，對于8級精度的斜齒輪，要精確到小數點后第四位數字，對于7級精度的斜齒輪，要精確到小數點后第五位數字，才能保證不超過精度標準中規(guī)定的齒向允差。12/14/202323②Y3150E型滾齒機把從“合成機構—ix—工件”這一段傳動鏈設計成展成運動傳動鏈和附加運動傳動鏈的公用段，這種結構方案，可使附加掛輪與被加工齒輪齒數z無關。它的好處在于：當用一把滾刀加工一對相嚙合的斜齒輪時，由于其模數相同，螺旋角絕對值也相同。即使這對齒輪的齒數不同，仍可用同一套附加運動掛輪，而且只需計算和調整掛輪一次。附加運動的方向，則通過惰輪的取舍來保證。尤為重要的是，由于附加掛輪近似配算所產生的螺旋角誤差對兩個斜齒輪是相同的，因此仍可獲得良好的嚙合。③刀架絲杠采用模數螺紋，導程為3π。由于絲杠的導程值中包含π，可消去運動平衡式中被加工齒輪輪齒螺旋線導程S里的π，使換置計算簡便。12/14/202324

五、刀架快速移動傳動路線

利用快速電動機可使刀架作快速升降運動，以便調整刀架位置及在進給前后實現(xiàn)快進和快退。由圖可知刀架快速移動的傳動路線為：快速電動機一13/26(鏈傳動)一M3一2/25一ⅩⅪ(刀架軸向進給絲桿ⅩⅪ)此外，在加工斜齒圓柱齒輪時，啟動快速電動機，可經附加運動傳動鏈帶動工作臺旋轉，還可檢查工作臺附加運動的方向是否符合附加運動的要求。12/14/202325刀架快速移動的方向可通過控制快速電動機的旋轉方向來變換。在Y3150E型滾齒機上，啟動快速電動機之前，必須先將操縱手柄P3放于“快速移動”位置上，此時軸ⅩⅧ上的三聯(lián)滑移齒輪處于空檔位置，脫開軸ⅩⅦ和軸ⅩⅧ之間的傳動聯(lián)系，同時接通離合器M3，此時方能啟動快速電動機。在加工斜齒圓柱齒輪過程中，附加運動傳動鏈不允許斷開，讓滾刀在快速進退刀時按原來螺旋線軌跡運動，避免工件產生“亂牙”損壞刀具及機床。滾齒機傳動路線動畫演示之1，之212/14/202326（1）主運動傳動鏈電動機→主軸（滾刀）

1430×Φ115/Φ165×21/42×iⅡ—Ⅲ×A/B×28/28

×28/28

×28/28×20/80=n刀

iⅡ—Ⅲ—三種傳動比；

A/B

—三種傳動比。（2）展成運動傳動鏈滾刀轉1r→工件轉K/zr1×80/20×28/28×28/28×28/28×42/56×i合成×e/f×a/b×c/d×1/72=K/z

滾直齒輪時，u合成＝1（3）進給傳動鏈工件轉1r→刀架移動mm1×72/1×2/25×39/39×a1/b1×23/69×iⅩⅡ—ⅩⅢ

×2/25×3π=f（4）滾斜齒輪時的差動鏈刀架移動L→工件轉±1rL×1/(3π)×25/2×2/25×a2/b2×c2/d2×36/72×i合成×e/f×a/b×c/d×1/72=±1

滾斜齒輪時，i合成＝212/14/202327第四節(jié)其它齒輪加工機床一、插齒機的運動分析用途：主要用于加工直齒圓柱齒輪，特別適合于加工多聯(lián)齒輪和內齒輪，這是滾齒機無法加工的。但插齒機不能加工蝸輪。（一）插齒原理及所需的運動插齒原理：插齒機是按展成法來加工圓柱齒輪的，插齒時，插齒刀沿工件軸向所作的直線往復運動是主運動，插齒刀和工件輪坯在無間隙的嚙合運動過程中，在輪坯加工上加工出全部輪齒輪廓，加工過程中，刀具每往復一次僅切出工件齒槽的一小部分，工件齒槽的齒形曲線是由插齒刀刀刃多次切削的包絡線組成。插齒刀類型12/14/202328插齒運動：以加工直齒圓柱齒輪為例，圖4-20。1、主運動是插齒刀沿工件軸向所作的直線往復運動。一般刀具垂直向下為工作行程，向上為回程。如切削速度為vm/min，行程長度為Lmm，則插齒刀每分鐘往復行程

n刀=1000v/2L（往復行程數/分）2、展成運動加工過程中，插齒刀和工件應保持一對圓柱齒輪的嚙合。運動關系：即刀轉1/Z刀(r)工件轉1/Z(r)3、圓周進給運動插齒刀的轉動為圓周進給運動。f圓周由插齒刀每次往復行程中，刀具在分度圓周上所轉過的弧長表示。Mm/往復行程↓f圓周=>↑切削次數=>↑曲線精度12/14/2023294、讓刀運動插齒刀作回程，為避免擦傷工件齒面和刀具磨損，工件和刀具間應讓開一小段間隙，工作行程時，恢復原位。讓刀運動由工作臺移動實現(xiàn)——振動較大或刀具主軸擺動，較好。5、徑向切入運動如插齒刀徑向切入太深因切削負荷過大會損壞刀具和工件。在工件和插齒刀作展成運動同時，刀具相對工件作徑向切入運動，直到全齒深后，停止切入。

12/14/202330（二）插齒機的傳動原理圖插削直齒園柱齒輪時機床的傳動原理圖如圖4-21。1、主運動傳動鏈A2：電機—1—2—Uv—3—5—4—曲柄偏心盤-插齒刀。Uv—調節(jié)每分鐘往復行程數。簡單運動，外聯(lián)系傳動鏈。2、周向進給運動：4—5—6—Uf—7—8—插齒刀主軸。Uf—調節(jié)周向進給量，以插齒刀上下往復一次時插齒刀在節(jié)園上所轉過的弧長來表示。3、展成運動：插齒刀B11—8—9—Ux—10—11—工作臺B12。Ux—調節(jié)工件與刀齒之間的傳動比使插齒刀轉1/Z刀轉，工件轉1/Z工轉。在插齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，必須采用斜齒插齒刀，其螺旋角與工件螺旋角相等，而方向相反，適合大批量生產。（錄象）12/14/202331二、磨齒機（錄象）珩齒錄象

多用于淬硬齒輪的齒面精加工，6～3級精度。磨齒機分兩大類：成形法磨齒和展成法磨齒展成法磨齒分：連續(xù)磨齒(砂輪為蝸桿形)分度磨齒(砂輪有碟型、大平面型、錐形，利用齒條和齒輪嚙合原理)###12/14/202332習題4-1、分析比較應用展成法與成形法加工圓柱齒輪各有何特點?4-2、在滾齒機上加工直齒和斜齒圓柱齒輪分別需要調整哪幾條傳動鏈？畫出傳動原理圖，并說明各傳動鏈的兩端件及計算位移是什么?說明各傳動鏈換置機構的作用?4-3、滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，工件的展成運動(B12)和附加運動(B22)的方向如何確定?以Y3150E型滾齒機為例，說明在使用中如何檢查這兩種運動方向是否正確?4-4、在滾齒機上加工直齒和斜齒圓柱齒輪時，如何確定滾刀刀架扳轉角度與方向?4-5、在滾齒機上加工一對斜齒輪時，當一個齒輪加工完成后，在加工另一個齒輪前應當進行哪些掛輪計算和機床調整工作？12/14/202333習題4-6、在Y3150E型滾齒機上，采用單頭右旋滾刀，滾刀螺旋升角＝2o19’，滾刀直徑為55mm，切削速度，軸向進給量取，加工斜齒圓柱齒輪，螺旋方向右旋，螺旋角，模數mn＝2mm，8級精度。要求：(1)畫圖表示滾刀安裝角、刀架扳動方向，滾刀和工件的運動方向；(2)列出加工時各傳動鏈的運動平衡式，確定其掛輪齒數。4-7、在其它條件不變，而只改變下列某一條件情況下，滾齒機上哪些傳動鏈的換向機構應變向?(1)由滾切右旋齒改為滾切左旋齒；(2)由使用右旋滾刀改變?yōu)樽笮凉L刀；(3)由加工直齒齒輪改變?yōu)榧庸ば饼X齒輪。12/14/202334習題(復習)4-1分析在臥式銑床上用盤形銑刀銑削直齒圓柱齒輪時機床所需要的運動。這種加工方法主要用于什么場合？

4-2插齒刀的本質是什么？其側后刀面的形狀是什么？

4-3插齒刀的齒形誤差是如何產生的？任何修正？

4-4生產中標準齒輪滾刀采用哪種基本蝸桿？何時采用螺旋形容屑槽？

4-5畫簡圖表示用螺旋升角為ω的右旋滾刀滾切螺旋角為β的左旋齒輪時的刀具傾角δ。

4-6在有差動機構的滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時，工件的螺旋角誤差是如何產生的？

4-7滾齒機的滾刀安裝角δ的誤差是否影響工件螺旋角β的精度？為什么？

4-8在有差動機構的滾齒機上滾切一對在平行軸上相互嚙合的斜齒圓柱齒輪時，當加工完齒數為Z1的第一個齒輪（左旋）后，再加工齒數為Z2第二個齒輪（右旋）時，機床的哪些傳動鏈需要調整？如何調整？

4-9滾齒機的滾刀刀架運動軌跡是什么？滾刀模數如何選取？12/14/202335齒輪刀具

齒輪刀具分為成形法和范線法加工用齒輪刀具兩大類。

成形法齒輪刀具

a)盤形齒輪銑刀

b)指形齒輪銑刀12/14/202336

插齒刀的類型a)盤形b)碗形c)錐柄

12/14/202337齒輪滾刀齒輪滾刀是加工外嚙合直齒和斜齒圓柱漸開線齒輪最常用的刀具。主要參數：外徑、頭數、齒形、螺旋升角及旋向等。外徑越大、則加工精度越高。標準齒輪滾刀規(guī)定：同一模數有兩種直徑系列。

Ⅰ型直徑較大，適用于AA級精密滾刀，加工7級精度的齒輪；

Ⅱ型直徑較小，適用于A、B、C級精度的滾刀，加工8、9、10級精度的齒輪。單頭滾刀的精度較高，多用于精切齒，多頭滾刀精度較差，但生產率高。12/14/202338

齒輪滾刀的結構齒輪滾刀是一個蝸桿形刀具，為了形成切削刃，在垂直于蝸桿螺旋線方向或平行于軸線方向開出容屑槽，形成前刀面，并對滾刀的頂面和側面進行鏟背，鏟磨出后角。

下圖為齒輪滾刀的基本蝸桿的外形圖。根據一對螺旋齒輪的嚙合原理，基本蝸桿應當是一個端截面為漸