第四章齿轮加工机床.

2019/12/181第四章齿轮加工机床目的和要求：1、理解齿轮加工机床的加工原理；2、熟悉加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮的运动和传动原理；3、掌握加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮传动原理图的绘制和传动链的调整计算；4、了解插齿机的加工方法、特点和应用范围。2019/12/182主要教学内容：第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工方法二、齿轮加工机床类型第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析三、加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析第三节Y3150E滚齿机一、机床的特点及用途二、机床的运动分析三、滚切直齿圆柱齿轮的传动链及换置计算四、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及换置计算五、刀架快速移动传动路线第四节其它齿轮加工机床一、插齿机的运动分析二、磨齿机2019/12/183第四章齿轮加工机床第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工方法制造齿轮的方法很多，可以铸造、锻造、冲压，但目前这些方法的加工精度还不够高。精密齿轮现在主要靠切削法，按轮齿成形原理分两大类（一）成形法是用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削轮齿。成形法齿轮刀具1、用单齿廓成形刀具每次仅加工一个齿轮的齿槽，各个齿槽是利用分度装置进行分齿依次切出的。优点：机床较简单，也可用通用机床加工缺点：刀具随模数、齿数而变化。（但每种模数通常只配八把刀）一般有较大的齿形误差，精度较低。生产率低（每加工一个齿需分度一次，刀具回程一次）应用范围：1）单件小批生产精度较低的齿轮2）大型齿轮（因所用刀具和机床结构较简单）2019/12/184第四章齿轮加工机床第一节齿轮加工机床的工作原理和分类2、用多齿廓成形刀具可同时加工出齿轮的各个齿槽。优点：加工精度、生产率高。一次进给完成全部。缺点：刀具不通用，制造成本高。应用范围：大批量生产中小型齿轮。2019/12/185（二）范成法(包络法或展成法）是利用齿轮的啮合原理进行切削的，只需一把刀具就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮，其加工精度和生产率比成形法高，因而应用也最广泛。采用范成法的加工齿轮的机床有滚齿机，插齿机，磨齿机，剃齿机和珩齿机等。二、齿轮加工机床类型圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮加工机床：刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿锥齿轮加工机床：铣齿机。齿轮精加工机床：剃齿，珩齿，磨齿，研齿。齿轮粗加工机床：铣齿，滚齿，插齿。2019/12/186第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理—模拟一对螺旋齿轮啮合过程用滚齿机加工圆柱齿轮轮齿表面时，相当于一对相啮合的轴线相反的螺旋齿轮（斜齿轮）传动，其中一个螺旋齿轮做成刀具，即齿轮滚刀。另一个为被加工齿轮，齿轮滚刀与被加工齿坯之间的传动关系由机床传动链进行保证。滚刀特点：（1）螺旋角很大（即螺旋升角很小）（2）齿数很小（常用齿数Z=1。即为单头滚刀）（3）牙齿很长（成蜗杆形。并将牙齿开槽、铲背）滚刀实际上是：一个经开槽、铲背的蜗杆。齿轮滚刀在滚切过程中，工件的每个齿形是由滚刀在旋转中依次对工件切削的数条刀刃线包络形成。滚刀分屑槽数愈多—在转一转过程中形成刀刃线愈多—工件齿形包络误差愈小。2019/12/187二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析（一）机床的运动和传动原理图分析主运动B11—滚刀旋转运动；展成(啮合)运动B12—齿坯与滚刀按一定速比转动。为形成渐开线所需。进给运动A2—滚刀沿齿坯轴向运动。为形成导线所需。1、主运动B11电机—1—2—uv—3—4—滚刀uv为主运动传动比。属“外联系”传动链。2、展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)齿坯旋转运动B121/z转(1齿)内传动链为：滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯，ux为啮合运动传动比。2019/12/188二、加工直齿圆柱齿轮时的运动分析3、垂直进给运动A2齿坯—7—8—uf—9—10—刀架升降，uf为进给运动传动比。为外联系传动链,实现齿宽方向运动（二）滚刀的安装滚刀螺旋升角为λ0，加工直齿时，滚刀轴线与齿坯端面倾斜δ角，称为安装角。δ=λ0右旋滚刀如图，左旋相反。（假设滚刀在前工件在后）2019/12/189三、加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析（1）主运动B11电机—1—2—uv—3—4—滚刀（2）展成运动滚刀旋转运动B111/K转(1齿)齿坯旋转运动B121/z转(1齿)内传动链为：滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯（3）进给运动A21与B22(螺旋线)齿坯B12—7—8—uf—9—10—A21（4）差动传动链A21—11—uy—12—7—齿坯附加转动B22(产生螺旋线的内传动链)uy按被切齿轮的螺旋角调整2019/12/1810实际上必须用合成机构把展成运动要求工件转动B12和差动链要求工件附加转动B22迭加起来，然后再传给工作台。滚齿机是根据滚切斜齿轮的传动原理设计的。当滚切直齿轮时，将差动链断开，并把合成机构固定成一个整体。2019/12/1811（5）滚刀的安装安装角δ取决于滚刀螺旋升角λ0、旋向及齿轮螺旋角β、旋向。二者同向时δ=β－λ0；二者反向时δ=β＋λ0右旋滚刀如图，左旋相反。（6）齿坯附加转动的方向图a)为右旋滚刀切右旋齿轮，附加转动B22与B12同向，即比切直齿时多转些。图b)为右旋滚刀切左旋齿轮，附加转动B22与B12反向，即比切直齿时少转些。滚切斜齿轮时，应尽量采用与工件螺旋方向相同的滚刀，使滚刀安装角较小，有利于提高机床运动平稳性及加工精度。2019/12/1812第三节Y3150E滚齿机一、机床的特点及用途机床的技术性能参数如下：工件最大直径主要：500mm工件最大加工宽度：250mm工件最大模数：8mm工件最小齿数：Zmin=5×K滚刀头数滚刀主轴转速：40、50、63、80、100、125、160、200、250r/min刀架轴向进给量：0.4、0.56、0.63、0.87、1、1.16、1.41、1.6、1.8、2.5、2.9、4mm/r2019/12/1813第三节Y3150E滚齿机二、机床的运动分析（录象1,2）抓两端—连中间（1）主运动传动链电动机→主轴（滚刀）（2）展成运动传动链滚刀转1r→工件转K/zr（3）进给传动链工件转1r→刀架移动mm（4）滚斜齿轮时的差动链刀架移动L→工件转±1r（5）滚切蜗轮径向法滚切2019/12/1814三、滚切直齿圆柱齿轮的传动链及换置计算a)主运动传动链找末端件：电动机——滚刀确定计算位移：n电r/min——n刀r/min列出运动平衡式：计算换置式：只要确定了n刀，就可计算出uv的值，并由此确定出变速箱中啮合的齿轮对和挂轮的齿数。Y3150E型滚齿机提供的主变速挂轮A/B分别为22/44、33/33和44/22。刀变电nBAun80202828282828284221165115583.124刀变nBAuuv2019/12/1815b)范成运动传动链找末端件：滚刀——工件；确定计算位移：1/Kr(滚刀）——1/Z工r（工件）列出运动平衡式：u合成表示通过合成机构的传动比。当加工直齿圆柱齿轮时，以轴Ⅸ端使用短齿爪式离合器M1，M1将合成机构的转臂与轴Ⅸ连成一体。此时u合成=1。工合成ZdcbafeuK17215642282828282828208012019/12/1816计算换置式：式中e、f——结构挂轮，根据被加工齿轮的齿数选取，用以调整ux的数值，使其不会过大或过小，便于挂轮的选取。称为分齿挂轮。当5≤Z工/K≤20时，取e=48,f=24；当21≤Z工/K≤142时，取e=36,f=36；当Z工/K≥143时，取e=24,f=48。dcba工ZKefdcbaux242019/12/1817c)进给运动传动链找末端件：工件（工作台）——刀架确定计算位移:1r——fmm列出运动平衡式:计算换置式:进给量f是根据工件材料，加工精度及铣削方式（顺铣或逆铣）等情况确定的。选定了f值就可确定出挂轮a1/b1及进给箱中变速组的传动比值。fuba325269233939252172111进4608.011fubauf进2019/12/1818四、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及换置计算合成机构滚切斜齿圆柱齿轮时，将短齿离合器M1换成长齿离合器M2。M2的端面齿长度足够同时与合成机构壳体（系杆H）的端面齿及空套在壳体上的齿轮Z72的端面齿相啮合，使它们联接在一起，系杆H与外部接通。由范成运动传动链和差动传动链传来的运动分别通过齿轮Z56和Z72输入合成机构，运动合成后由Ⅸ轴输出。M1,M2的结构（图1、图2）M1,M2的连接方式（图1、图2）2019/12/1819以n56、n72、nⅨ分别代表齿轮Z56、Z72和轴Ⅸ的转速，则按差动轮系的转化，可得：若n72=0，则;若n56=0，则;u合1、u合2分别为范成运动链和差动传动链通过合成机构的传动比。27212nnux合1303030307256721nnnnx15611nnux合2019/12/1820滚切斜齿圆柱齿轮传动链分析a)主运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮的运动传动链完全相同。b)范成运动传动链只需用u合1=-1取代u合，其余与滚切直齿圆柱齿轮完全相同。c)进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮完全相同。2019/12/1821d)差动传动链（附加传动链）找末端件：刀架——工件确定计算位移：Lmm——1r（附加）Ｌ－－被加工斜齿轮螺旋线导程；m端－－齿轮的端面模数；m法－－齿轮的法面模数；β－－齿轮的螺旋角。tgZmL工端cos法端mmsincos工法工法ZmtgZmL2019/12/1822列出运动平衡式：对于差动运动传动链,u合成=u合2=2,计算换置公式：式中称为差动挂轮。“±1”由附加运动传动链传给工件的附加运动方向，可能与范成运动中的工件转向相同，也可能相反。1721723625222532222xufeudcbaL合成工ZKefdcbaux24Kmdcbauy法sin922222222dcca2019/12/1823对于附加运动传动链的运动平衡式和换置公式作如下分析：•①附加运动传动链是形成螺旋线的内联系传动链，其传动比数值的精确度直接影响工件轮齿的齿向精度，所以挂轮传动比应配算准确。•但是，换置公式中包含有无理数sinβ，这就给精确配算挂轮×带来困难，因为挂轮个数有限，且与展成运动共用一套。为保证展成运动挂轮传动比绝对准确，一般先选定展成运动挂轮，剩下的挂轮供附加运动传动链中挂轮选择，故无法配算得非常准确。其配算结果和计算结果之间的误差，对于8级精度的斜齿轮，要精确到小数点后第四位数字，对于7级精度的斜齿轮，要精确到小数点后第五位数字，才能保证不超过精度标准中规定的齿向允差。2019/12/1824•②Y3150E型滚齿机把从“合成机构—ix—工件”这一段传动链设计成展成运动传动链和附加运动传动链的公用段，这种结构方案，可使附加挂轮与被加工齿轮齿数z无关。它的好处在于：当用一把滚刀加工一对相啮合的斜齿轮时，由于其模数相同，螺旋角绝对值也相同。即使这对齿轮的齿数不同，仍可用同一套附加运动挂轮，而且只需计算和调整挂轮一次。附加运动的方向，则通过惰轮的取舍来保证。尤为重要的是，由于附加挂轮近似配算所产生的螺旋角误差对两个斜齿轮是相同的，因此仍可获得良好的啮合。•③刀架丝杠采用模数螺纹，导程为3π。由于丝杠的导程值中包含π，可消去运动平衡式中被加工齿轮轮齿螺旋线导程S里的π，使换置计算简便。2019/12/1825•五、刀架快速移动传动路线•利用快速电动机可使刀架作快速升降运动，以便调整刀架位置及在进给前后实现快进和快退。由图可知刀架快速移动的传动路线为：•快速电动机一13/26(链传动)一M3一2/25一ⅩⅪ(刀架轴向进给丝杆ⅩⅪ)•此外，在加工斜齿圆柱齿轮时，启动快速电动机，可经附加运动传动链带动工作台旋转，还可检查工作台附加运动的方向是否符合附加运动的要求。2019/12/1826•刀架