第十一章 齿轮刀具分解

第十一章齿轮刀具第一节齿轮刀具的主要类型和选用第二节成形齿轮刀具第三节齿轮滚刀和蜗轮滚刀第四节剃齿刀第五节插齿刀第六节非渐开线齿轮刀具小结习题第一节齿轮刀具的主要类型和选用齿轮的种类很多，加工要求又各有不同，因此齿轮刀具的品种极其繁多。通常按加工齿轮的品种和加工原理的方法来分类。11.1.1按加工齿轮的品种分1、加工渐开线圆柱齿轮的刀具。2、加工蜗轮的刀具。3、加工锥齿轮的刀具。4、加工非渐开线齿形工件的刀具。11.1.2按加工原理分11.1.2.1成形齿轮刀具这类刀具的切削刃廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽形相同。这类刀具中有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘等。①.盘形成形齿轮铣刀。②.指形齿轮铣刀。11.1.2.2展成齿轮刀具这类刀具切削刃的廓形不同于被切齿轮任何剖面的槽形。切齿时除主运动外，还需有刀具与齿坯的相对啮合运动，称展成运动。工件齿形是由刀具齿形在展成运动中的若干位包络切削形成的。用这类刀具加工齿轮时，刀具本身好像也是一个齿轮，它和被加工的齿轮各自按啮合关系要求的速比转动，而由刀具齿形包络出齿轮的齿形。这类刀具中有齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剃齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀、蜗轮刀具和锥齿轮刀具等。11.1.2.3齿轮刀具的选用根据不同的生产要求和条件，选用合适的齿轮刀具是很重要的。在以上所说的各类齿轮刀具中，要数加工渐开线圆柱齿轮的刀具应用最广泛；而在这类刀具中，又以齿轮滚刀最为常用。插齿刀的优越性主要在于既可加工外啮合齿轮，也能加工内啮合齿轮，还能加工有台阶的齿轮如双联齿轮、三联齿轮和人字齿轮等。经过滚齿和插齿的齿轮，如果需要进一步提高加工精度和降低表面粗糙度，可用剃齿刀来进行精加工。孔径小的内齿轮或渐开线花键孔，用拉刀来拉削是唯一的方法。对于精度要求不高的单件或小批量齿轮，采用盘形齿轮铣刀加工是比较方便和经济合算的。在锥齿轮刀具中，成对刨刀是多年来加工直齿锥齿轮的基本刀具，由于其加工效率和精度不高，现已逐渐被成对盘铣刀所代替。在生产批量较大的情况下，还可采用效率更高的拉铣刀盘来加工。成形齿轮刀具常用的有下列几种：盘形齿轮铣刀；指形齿轮铣刀；齿轮拉刀。第二节成形齿轮刀具11.2.1成形齿轮刀具的种类和应用范围11.2.2.1加工直齿外齿轮的铣刀分组齿轮铣刀的齿形由两部分组成：渐开线部分和过渡曲线部分。11.2.2.2铣刀齿形的过渡曲线部分铣刀这部分的齿形应按被加工齿轮齿槽底部过渡曲线的形状考虑。11.2.2加工直齿外齿轮的铣刀的分组和铣刀齿形11.3.1齿轮滚刀11.3.1.1滚齿的应用范围和滚齿运动齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具。在齿轮制造中应用广泛，可用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。加工齿轮的范围很大，从模数大于0.1mm到小于40mm的齿轮，均可用滚刀加工。加工齿轮的精度一般达7～9级，在使用超高精度滚刀和严格的工艺条件下也可以加工5～6级精度的齿轮。用一把滚刀可以加工模数相同的任意齿数的齿轮。第三节齿轮滚刀和蜗轮滚刀11.3.1.2.齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀一般是指加工渐开线齿轮用的滚刀。它是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的，由于被它加工的齿轮是渐开线齿轮，所以它本身也应具有渐开线齿轮的几何特性。滚刀基本蜗杆的分圆柱导程角为：(11.1)式中：mn——滚刀基本蜗杆的法向数，它等于被加工齿轮的法向模数；z0——滚刀基本蜗杆螺纹头数；d0——滚刀的分圆柱直径。滚刀基本蜗杆的法向分圆齿距为：(11.2)n000mzsindn0npm基本蜗杆螺纹在分圆柱面上的截形展开图：n0n000coscosxpmp由图可得基本蜗杆的轴向齿距：当z0＞1时，基本蜗杆的导程为：00000tanxxppzd11.3.1.3.齿轮滚刀的结构11.3.1.3.1齿轮滚刀的结构形式①整体式滚刀②镶齿式滚刀11.3.1.3.2齿轮滚刀的直径强齿轮滚刀的直径大小是可以自由选定的，但直径大些会有下列优点：(1)当分度圆柱直径较大时，分度圆柱导程角就较小，这样能减少近似齿形滚刀的齿形误差。(2)滚齿时，在轴向进给量相同的情况下，能减小齿轮齿面上的轴向波纹度。(3)能使刀齿的数目增多，从而减轻每个刀齿的切削负担，并有利于传出切削热和降低切削温度。(4)能使滚刀的孔径加大，因而可采用较粗的心轴，提高心轴刚性，并能用较大的切削用量进行滚齿。但是如果滚刀的直径过大，也有下列缺点：(1)不但浪费高速钢，而且滚刀的制造、刃磨和安装都不方便。(2)会使滚齿机刀架内部的传动零件受到较大的扭矩，切削时容易发生冲击振动，影响加工精度。(3)会增加滚齿时的切入长度和切入时间，影响生产效率。滚刀的外径一般为：a1k2()2DdtH≥式中：t1′——键槽尺寸，即键槽底面到对面孔壁的距离；D——滚刀孔的直径，D≈(0.20～0.45)da；δ——滚刀刀体的壁厚，δ≥(0.25～0.30)D；Hk——容屑槽深度。11.3.1.3.3齿轮滚刀的长度L吃轮滚刀的长度，无论对滚刀的设计者还是滚刀的使用者来说，都是应该重视的一个问题。滚刀的长度应能满足三项要求：(1)滚刀端头的刀齿不可负荷过重；(2)滚刀必须完整地包络出被加工齿轮的齿形；(3)为了使滚刀整个长度上的刀齿磨损均匀、减少滚刀的重磨次数、增加每两次重磨之间的使用寿命，滚刀还应有充分的“窜刀”长度。11.3.1.3.4滚刀的切削锥部当齿轮的螺旋角大于20°时，就应当在滚刀上做出切削锥部。为了使滚刀轴线的安装倾斜角不太大，滚刀的螺旋方向应与被加工齿轮的螺旋方向相同。这样，切削锥部总是做在齿轮坯转出的一边。必须注意，将现成的标准齿轮滚刀改磨为有切削锥部的滚刀时，必须验算剩下的圆柱部分是否还有足够的长度来包络齿轮的完整齿形。11.3.1.4滚刀的削参数(1)滚刀前刀面结构与选择滚刀前刀面的一般形式是由直母线形成的螺旋面。它的特征由前角、容屑槽螺旋角决定。前角与螺旋角组合可能有四种形式：①零前角直槽滚刀：ry＝0°、βk＝0°②正前角直槽滚刀：ry＞0°、βk＝0°③零前角螺旋槽滚刀：ry＝0°、βk≠0°④正前角螺旋槽滚刀：ry＞0°、βk≠0°(2)滚刀后刀面结构参数后面包括齿顶铲面及左、右侧铲面，它们都是阿基米德螺旋面。11.3.1.5齿轮滚刀的外形尺寸滚刀的外形尺寸包括外径d、孔径D、全长L、凸台直径d1、与宽度l1等。下表列出了部分标准齿轮滚刀的外形尺寸：11.3.1.6阿基米德齿轮滚刀的齿形误差生产中普遍使用的齿轮滚刀是阿基米德齿轮滚刀。但是它与渐开线滚刀相比，其齿形是有误差的。这个误差就是由于其基本蜗杆是阿基米德蜗杆，而不是渐开线蜗杆。11.3.2蜗轮滚刀11.3.2.1蜗轮滚刀的结构和工作方式蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具。从结构上来说，直径较大的蜗轮滚刀是在刀体内做出孔和轴向键槽、以孔定位套装在心轴上加工蜗轮；直径较小时则在滚刀的端面上做出端面键槽。对于直径很小的蜗轮滚刀，考虑到强度和刚度问题，就不能在刀体内做出孔，此时必须将滚刀做成连柄式，即滚刀与心轴连成一个整体，如图所示。蜗轮滚刀切削蜗轮时，可采用两种不同的进给方式；径向进给方式和切向进给方式用径向进给方式时，滚刀每转一周，蜗轮转过的齿数应等于滚刀的头数，这样就形成了展成运动。切削锥部的位置，可按下述原则确定：即面对滚刀的前刀面，左螺旋滚刀的切削锥部在左端，右螺旋滚刀的切削锥部在右端。11.3.2.2阿基米德蜗轮滚刀的设计计算1)基本参数和尺寸如前所述，蜗轮滚刀的基本蜗杆必须符合工作蜗杆，不但蜗杆的类型要相同，而且它们的主要尺寸也应相同，阿基米德型的工作蜗杆是以轴向模数m和轴向齿形角表示的，所以阿基米德蜗轮滚刀也是以这两个参数来表示。此外，这种滚刀的下列一些参数也与工作蜗杆相同：螺纹头数z0=z1(11.13)分圆柱导程角tanλ0=tanλ1(11.14)轴向齿距px0=px=Πm(11.15)法向齿距pn0=Πmcosλ0(11.16)螺纹的导程pz0=px0z1=Πmz1(11.17)分圆柱直径pz0=px0z1=Πmz1(11.18)2)蜗轮滚刀的铲削量滚刀的后角是由径向铲齿获得的。对于螺旋槽和直槽的滚刀，为了使其端削面内能铲出顶刃后角αp，则铲削量应为：a0pktandkz（11.24）滚齿时，考虑滚刀顶刃工作后角(αp’)在顶后刀面的螺纹方向较为合理，而αp’与αp的关系为a0p0ktancosdkz代入式(11.24)，得径向铲削量为：pp0tantancos（11.25）（11.26）3)蜗轮滚刀的长度式中：lk——滚刀切削锥部的长度：lc——滚刀圆柱部分的长度：11Llm1c4.55kLllm4.55klmc2lm径向进给滚刀的切削部分长度为：(11.27)式中：l1——工作蜗杆螺纹部分的长度．径向进给滚刀的切削部分长度为：(11.28)4)圆周齿数的选择设计蜗轮滚刀时，如何选择其圆周齿数(即容屑槽数)是一个相当重要的问题，选得是否恰当，对于被加工的蜗轮齿形精度和表面质量以及滚刀刀齿的切削负荷都有很大的影响。(1)径向进给蜗轮滚刀的圆周齿数zk。(2)切向进给蜗轮滚刀的圆周齿数zk。11.3.3滚刀的合理使用11.3.3.1齿轮滚刀的选用和合理安装在加工齿轮时，选用适当的滚刀是很重要的。滚刀的法向模数和法向齿形角应选得与被加工齿轮的法向模数和法向齿形角相同。同时还应注意滚刀的精度等级是否与齿轮要求的精度等级相当。11.3.3.2滚刀的重磨使用磨损了的滚刀滚齿时，会降低齿轮的齿形精度和恶化表面质量，还会加剧机床的振动。滚刀的磨损量在粗切时超过0.8一1mm或精切时超过0.2—0.5mm，就需要重磨前刀面。滚刀的重磨精度对于滚刀的齿形精度有很大影响，必须十分重视。为保证滚刀的重磨精度，滚刀刃磨需使专用的刃磨机。它具有精密的分度机构、正弦尺螺旋运动机构及砂轮修正机构。在工具磨床上加装附件也可刃磨滚刀。11.3.3.3重磨滚刀时产生的误差及其检验方法重磨或刃磨滚刀时可能产生的误差主要有三项：(1)前刀面径向性误差。(2)前刀面与滚刀轴线的平行性误差。(3)圆周齿距误差。11.3.3.4蜗轮飞刀由于蜗轮滚刀是专用刀具，当制造蜗轮的数量很少时，用蜗轮滚刀往往不够经济。此时可用蜗轮飞刀(简称飞刀)来加工。11.3.3.4.1蜗轮飞刀的工作原理所谓飞刀，就是在刀杆2上装一把刀头1来代替蜗轮滚刀的一个刀齿，所以飞刀可以看作是单齿的蜗轮滚刀，由于它的刀齿数目少，因而加工生产率比滚刀低得多。但是它的结构简单，制造容易，因而较适宜于在修配工作中或在单件小批生产中加工蜗轮。用飞刀加工蜗轮，需在具有切向刀架的滚齿机上进行。加工时，飞刀每转一转，蜗轮转过的齿数等于工作蜗杆的头数，这就是分齿运动。为了切出蜗轮的正确齿形，用飞刀加工蜗轮时还必须有展成运动。11.3.3.4.2飞刀刀杆与刀头的结构(1)飞刀刀杆的结构飞刀刀头装入刀杆后，应装卡牢固，不能在切削时发生转动或移动,安装位置应精确。飞刀的径向尺寸应能调整。(2)刀头结构飞刀刀头一般做成圆柄式，其前角一般为零度，前刀面须通过轴心线，顶刃与侧刃后角可取为8°～12°，重磨时重磨后刀面。(3)刀头的安装位置与飞刀齿形与蜗轮滚刀一样，飞刀的两侧刀刃应在基本蜗杆的螺纹表面上。故加工不同类型的蜗轮时，刀头的安装位置及其齿形也有所不同。第四节剃齿刀11.4.1剃齿刀的类型和应用剃齿刀是一种精加工齿轮用的刀具，剃齿后齿轮精度可达6~7级，较剃齿前约提高一级。因剃齿刀的耐用度和生产率较高，所用的机床简单，调整方便，因此生产中不少齿轮是用剃齿刀来精加工的。剃齿法的主要限制是不能加工淬硬的齿轮(一般要低于HRC35)。剃齿刀按其结构，分为三种：(1)齿条形剃齿刀。(2)盘形剃齿刀。(3)蜗轮剃齿刀。11.4.2剃齿原理11.4.2.1剃齿时的切削速度盘形剃齿刀加工齿轮时，切削速度vp来自螺旋齿转啮合时的齿面滑移运动。剃齿刀和齿轮的齿面相对滑移速度vp为两者沿齿长方向的速度之差，由图可看出p10t1t0