第四章 齿轮加工机床

第四章齿轮加工机床——用来加工齿轮轮齿的机床第一节概述一、齿轮加工机床的工作原理：1．仿形法：要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。加工精度较低，生产率也较低。2．范成法：是利用齿轮的啮合原理进行的。加工精度和生产率均较高。二、类型：1．圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机、车齿机2．锥齿轮加工机床：加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机；加工弧齿锥齿轮的铣齿机；加工齿线形状为长幅外摆线或延伸渐开线的锥齿轮铣齿机。3．精加工齿轮齿面的机床：珩齿机、剃齿机和磨齿机。第二节滚齿机一、滚齿原理滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮传动原理演变而来的。齿廓的成形方法是范成法。见图4－1(一)加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理成形运动：1．形成渐开线齿廓（母线，范成法）的运动——范成运动(B11+B12)（由滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12复合而成的复合运动，滚刀转1转－工件转k/z转）。2．形成直线形齿线（导线，相切法）的运动——由滚刀的旋转运动B11和滚刀沿工件轴线的直线运动A2两简单成形运动来实现。传动原理：见图4－2所需的成形运动传动链：•形成渐开线齿廓（母线，范成法）的运动所需的传动链：1．范成运动传动链：“滚刀主轴－4－5－ux－6－7－工作台”由它保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运动关系。属内联系传动链。2．主运动传动链：“电机－1－2－uv－3－4－滚刀主轴”。由它使滚刀和工件共同获得一定速度和方向的运动。属外联系传动链。•形成直线形齿线（导线，相切法）的运动所需的传动链：3．轴向进给运动传动链：“工作台－7－8－uf－9－10－刀架”由它使刀架得到一定速度和方向的运动。属外联系传动链。工件刀齿螺旋线滚分滚刀图一范成运动传动链的运动示意图右旋滚刀的范成方向右旋滚刀的范成方向滚刀分滚刀齿螺旋线工件(二)加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理成形运动：1．范成运动(B11+B12)（由滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12复合而成的复合运动，滚刀转1转－工件转k/z转）。2．形成螺旋线齿线（导线，相切法）的运动——由滚刀的旋转运动B1（简单成形运动）和附加运动（A21＋B22）（由滚刀的轴向进给运动A21和工件的附加旋转运动B22复合而成的复合运动，滚刀轴向移动一个工件螺旋线导程L－工件附加转±1转）实现。传动原理：见图4－3b所需的传动链：1．范成运动传动链：“滚刀主轴－4－5－合成－6－7－ux－8－9－工作台”由它保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运动关系。属内联系传动链。2．主运动传动链：“电机－1－2－uv－3－4－滚刀主轴”。由它使滚刀和工件共同获得一定速度和方向的运动。属外联系传动链。3．轴向进给运动传动链：“工作台－9－10－uf－11－12－刀架”由它使刀架得到一定速度和方向的运动。属外联系传动链。4．附加运动传动链：“刀架－12－13－uy－14-15-合成－6－7－ux－8－9－工作台”由它保证刀架沿轴向移动一个工件螺旋线导程L时，工件附加转±1转的严格运动关系，形成螺旋线齿线。属内联系传动链。(三)加工蜗轮时的运动和传动原理用蜗轮滚刀滚切蜗轮时，齿廓的形成方法及成形运动与加工圆柱齿轮是相同的，但齿线是当滚刀切至全齿深时，在范成齿廓的同时形成的。因此需有范成运动、主运动及切入工件的切入进给运动。根据切入进给的方法不同，可有下面两种方式：1．径向进给法见图4－4a.b所需传动链为：主运动传动链、范成运动传动链、径向进给传动链。2．切向进给法见图4－4c.d所需传动链为：主运动传动链、范成运动传动链、切向进给传动链、附加运动传动链。(四)滚齿机的运动合成机构滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮、大质数齿轮以及用切向进给法加工蜗轮时，均要使用运动合成机构。合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。见图4－5anⅩ-nH/(nⅨ-nH)=(-1)z1/z2a·z2a/z3因z1=z2a=z2b=z3=30故nⅩ-nH/(nⅨ-nH)=-1即nⅩ＝2nH-nⅪ在范成运动传动链中有：u合1=nⅩ/nⅨ=-1在附加运动传动链中有：u合2=nⅩ/nH=2加工直齿圆柱齿轮时，见图4－5b因nH＝nⅩ故nⅩ＝nⅪ所以u’合1=nⅩ/nⅨ=1二、滚齿机传动系统及调整计算Y3150E型滚齿机的外形见图4－6Y3150E型滚齿机主要用来加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用径向切入法加工蜗轮，但径向进给只能手动。其传动系统图见图4－7传动系统中只有主运动、范成运动、轴向进给和附加运动传动链，另有一条空行程传动链。其传动路线表达式为：见幻灯片16调整计算：(一)加工直齿圆柱齿轮的调整计算1．主运动传动链见图4－7两端件：电动机——滚刀主轴计算位移：n电(r/min)——n刀(r/min)运动平衡式：1430×115/165×21/42×uⅠ-ⅡA/B×28/28×28/28×28/28×20/80=n刀换置公式：uv=uⅠ-ⅡA/B=n刀/124.583uⅠ-Ⅱ=27/43,31/39,35/35三种A/B=22/44,33/33,44/22三种2．范成运动传动链见图4－7两端件：滚刀主轴——工作台计算位移：1转——k/z转运动平衡式：1×80/20×28/28×28/28×28/28×42/56·u’合1e/f·a/b·c/d×1/72=k/z换置公式：ux=a/b·c/d=f/e·24k/z挂轮e/f用于工件齿数z在较大范围内变化时调整ux的数值，使其数值适中，使于选取挂轮。5≤z/k≤20时，取e=48,f=2421≤z/k≤142时，取e=36,f=36z/k≥143时，取e=24,f=483．轴向进给运动传动链见图4－7计算位移：1转——f(mm)运动平衡式：1×72/1×2/25×39/39×a1/b1×23/69·uⅩⅦ-ⅩⅧ×2/25×3=f换置公式：uf=a1/b1·uⅩⅦ-ⅩⅧ=f/0.4608uⅩⅦ-ⅩⅧ=49/35,30/54,39/45共三种a1/b1——轴向进给挂轮(二)加工斜齿圆柱齿轮的调整计算1．主运动传动链调整计算同加工直齿圆柱齿轮。2．范成运动传动链因u合1=－1故换置公式：ux=a/b·c/d=－f/e·24k/z3．轴向进给运动传动链调整计算同加工直齿圆柱齿轮。4．附加运动传动链见图4－7两端件：刀架——工作台计算位移：移动一个螺旋线导程L——附加转±1转运动平衡式：L/3×25/2×2/25·a2/b2·c2/d2×36/72u合2e/f·a/b·c/d×1/72=±1其中u合2=2，L＝mnz/sin换置公式：uy=a2/b2·c2/d2=±9sin/mnk说明：①附加运动传动链是形成螺旋线齿线的内联系传动链，挂轮传动比应配算准确。但换置公式中包含有无理数sin，故只能近似配算，但误差不能太大。对开8级精度的余齿轮，要精确到小数点后第四位数字，对开7级精度的余齿轮，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的齿向允差。②运动平衡式中，不仅包含uy而且包含ux,这可以经过代换传动链换置公式中不包含工件齿数z这个参数。好处在于：加工一对相互啮合的斜齿轮，可以用相同的挂轮，因而只需计算和调整挂轮一次；更重要的是，由于附加运动挂轮近似配算所产生的螺旋角误差，对两个齿轮是相同的，因此可获得良好的啮合。③刀架的传动丝杆采用模数螺纹，可使得到的换置公式中不含因子。(三)滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算1．加工原理:由范成换置公式a/b·c/d=f/e·24k/z可知，要加工齿数大于100质数齿轮时，b、d两挂轮中必须有一个的齿数应为被加工齿轮的质数齿数，而滚齿机通常没有大于100的质数挂轮，因此可用两条传动链并通过运动合成机构来实现所需的范成运动。其工件原理为：首先选择一接近于所需加工的齿数Z的数值z0来调整范成运动传动链，这时范成传动链首未端件的计算位移为：滚刀主轴转1转——工件转k/z0转工件产生的运动误差为k/z-k/z0转，可利用附加运动传动链来补偿，附加运动传动链的两端件及计算位移为：工作台(工件转动k/z转)——工作台(工件附加转k/z-k/z0转)运动联系路线为：工件台－9－10－uf－11-13－uy－14－15-合成－6－7－ux－8－9－工作台”见图４－３b2．传动链的调整计算①主运动和轴向进给运动传动链，与滚切直齿圆柱齿轮相同。②范成运动传动链:滚刀主轴转1转——工件转k/z0转其运动平衡式为：1×80/20×28/28×28/28×28/28×42/56·u合1e/f·a/b·c/d×1/72=k/z0换置公式：ux=a/b·c/d=-f/e·24k/z0z≤142时，取e=36,f=36ux=a/b·c/d=-24k/z0z≥143时，取e=24,f=48ux=a/b·c/d=-48k/z0③附加运动传动链:工作台转动k/z转——工作台附加转(k/z-k/z0)转其运动平衡式为：见图4－7k/z×72/1×2/25×39/39×a1/b1×23/69·uⅩⅦ-ⅩⅧ×2/25a2/b2·c2/d2×36/72u合2·e/f·a/b·c/d×1/72=k/z-k/z0式中a1/b1·uⅩⅦ-ⅩⅧ=uf=f/0.4608a/b·c/d=-f/e·24k/z0整理得：uy=a2/b2·c2/d2=9(z0-z)/(fk)注：A.z-z0可正可负，通常取差值为1/5~1/50;B.工件的附加运动的方向与的z0大小有关:a.当z0z,附加运动与范成运动相同；b.当z0z,两运动相反。例：见书97页（略）(四)刀架的快速移动的传动路线利用快速电动机可使刀架作快速升降运动，以便高速调整刀架位置及在进给前后实现快进和快退；此外，在加工斜齿圆柱齿轮时，起动快速电动机，可经附加运动传动链传动工作台旋转，以便检查工作台附加运动方向的正确性。见图4－7三、滚刀架结构和滚刀的安装调整(一)滚刀刀架的结构其作用是支承滚刀主轴，并带动安装在主轴上的滚刀作沿工件轴向的进给运动。Y3150E型滚齿机的滚刀刀架结构见图4－8(二)滚刀安装角的调整见图4－9加工斜齿轮时：加工直齿轮时：滚刀的安装角a)右旋滚刀滚切右旋齿b）左旋滚刀滚切左旋齿c）右旋滚刀滚切左旋齿d）左旋滚刀滚切右旋齿第三节其它类型齿轮加工机床一．插齿机(一)插齿原理：见图4－10(二)插齿机的运动1．主运动：n刀＝1000/2L2．范成运动：插齿刀转过1/z刀转—工件转1/z工转3．圆周进给运动：即插齿刀的转动。用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4．让刀运动5．径向切入运动(三)插齿机的传动原理：见图4－11需主运动传动链、圆周进给运动传动链及范成运动传动链。(四)插齿机的布局见图4－12二．圆柱齿轮磨齿机(一)蜗杆砂轮型磨齿机工作原理见图4－13a其工作原理与滚齿机相同，适用于中小模数齿轮的成批和大量生产。(二)锥形砂轮型磨齿机工作原理见图4－13b是利用齿条和齿轮的啮合原理来磨削齿轮的。传动原理图见图4－14(三)双碟形砂轮型磨齿机工作原理见图4－14b滚圆盘机构工作原理见图4－15三．锥齿轮加工机床(一)范成原理见图4－16弧齿锥齿轮加工原理见图4－17近似冠轮见图4－18(二)弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理图见图4－19