齿轮刀具

安徽工程科技学院机械工程系齿轮刀具安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用齿轮刀具是用来加工齿形的。为满足各种齿轮加工需要，齿轮刀具种类很多，结构复杂。1、按被加工的齿轮类型分，可分为如下三类：⑴、圆柱齿轮刀具，它又可分为两类：①、渐开线圆柱齿轮刀具，如盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘、齿轮滚刀、插齿刀和剃齿刀等；②、非渐开线圆柱齿轮刀具，如圆弧齿轮滚刀、花键滚刀等。⑵、蜗轮刀具，如蜗轮滚刀、蜗轮飞刀等；⑶、锥齿轮刀具，它又分为直齿锥齿轮刀具和曲线锥齿轮刀具。安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用2、按照齿轮齿形的形成原理，可分为成形法齿轮刀具和展成法齿轮刀具两大类。（1）、成形法齿轮刀具这类刀具是以成形的方法加工齿形，切削刃的廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽形相同，常用的成形齿轮刀具主要有以下几种：①、指形齿轮铣刀如图7-1a所示，它是成形立铣刀，可做成铲齿或尖齿结构。切齿过程中工件沿齿向作进给运动，铣完一个齿后，用分度头分度铣第二个齿。这种铣刀适合加工人字齿轮及加工大模数的直齿、斜齿轮。由于刀齿负荷大，进给量小，齿形精度也不高，因而加工效率和精度都较低。②、盘形齿轮铣刀如图7-1b所示，它就是一把铲齿成形铣刀。可用于加工直齿或斜齿轮。切齿过程中刀具旋转，沿齿槽方向进给，铣完一个齿槽后需分度。由于这种方法的加工精度和生产率都很低，故盘形齿轮铣刀多用于机修工作中低精度配件的加工或单件小批量生产。成形齿轮刀具，除上述两种外，还有用于大批量生产的专用成形齿轮拉刀，成形齿轮切割刀盘等。此外有齿轮拉刀、插齿刀盘等。安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用a）指形齿轮铣刀b）盘形齿轮铣刀图7-1成形齿轮铣刀安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用（2）、展成法齿轮刀具这类刀具是以展成的方法加工齿轮的刀具。用展成法加工齿轮齿形的刀具有许多种，在生产中最常用的有剃齿刀（下面介绍）、插齿刀（§7-2起开始介绍）、齿轮滚刀（§7-7起开始介绍）、蜗轮滚刀（§7-10介绍）等。刀具本身相当于一个齿轮，切齿时刀具与工件之间有相对的啮合运动又称展成运动。被加工齿轮的齿形由于刀具切削刃在展成过程中多次切削包络而成，因而刀具的齿形不同于被切齿轮任何截面中的形状。一把刀具可加工模数相同而齿数不同的齿轮，这是展成法切齿的主要优点。加工精度和生产率都较高，广泛地应用于成批和大量生产中。安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用*剃齿刀1、剃齿刀种类剃齿刀按其结构分为以下几种：1）、齿条形剃齿刀。用于加工圆柱形外齿轮，因刀具复杂，现已很少用。2）、盘形剃齿刀的结构如图7-2所示，为圆柱斜齿轮，齿形的两侧面用插刀插出凹槽而形成切削刃。槽底与齿面一样，是渐开线。为使插刀能够退刀，在每个齿根钻有倾斜的小孔。当剃齿刀用钝后，需要重磨齿形表面和齿顶圆柱面。安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用图7-2盘形剃齿刀安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用3）、小模数剃齿刀。这种剃齿刀因齿高较小，做成通槽结构，用于加工小模数齿轮。如图7-3所示。4）、蜗轮剃齿刀，用于蜗轮的加工。刀具的主要尺寸应等于和被切蜗轮共轭的涡杆的尺寸。剃齿刀的螺纹表面开有小槽以形成切削刃，但在一端保留螺纹表面不开刃沟，用于刀具的检测。如图7-4所示。安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用图7-2小模数剃齿刀图7-3蜗轮剃齿刀安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用2、剃齿刀工作原理如图7-4所示，剃齿刀的结构是一个圆柱斜齿轮，在它的齿侧面上做出许多小的凹形容屑槽而形成刀刃，其中1为剃齿刀，2为工件。图7-4剃齿刀工作原理安徽工程科技学院机械工程系§7-1齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用剃齿刀安装在剃齿机床的主轴上作旋转运动。被剃齿轮安装在心轴上，心轴的两端面有中心孔与工作台上的顶尖精确配合。剃齿刀给被剃齿轮一定的压力并带动被剃齿轮作无间隙的啮合运动。由于这对斜齿轮啮合接触点的速度方向不一致，使剃齿刀与被剃齿轮侧面产生相对滑移，图中的vf就是剃削速度。因此，在径向进给的压力下，剃齿刀的侧面凹槽切削刃在啮合点处切下很薄的一层切屑(厚度约0.005～0.01mm)。剃齿是对未淬硬齿轮的齿形进行精加工的一种常用方法。滚齿或插齿以后经过剃齿加工，齿轮精度可达6～7级，齿面粗糙度值可达Rа1.25～0.63μm。安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构一、插齿刀的类型插齿刀分为标准直齿插齿刀和斜齿插齿刀。1、标准直齿插齿刀有以下三种类型：(1)、盘形插齿刀用于加工普通直齿外齿轮租大直径内齿轮，加工外齿轮和大径内齿轮有Φ75mm、Φ100mm、Φ125mm、Φ160mm、Φ200mm五种。结构如图7-5a所示。(2)、碗形插齿刀用于加工塔形、双联直齿轮，有Φ50mm、Φ75mm、Φ100mm、Φ125mm四种。结构如图7-5b所示。(3)、锥柄插齿刀用于加工直齿内齿轮，有Φ25mm(m1~2.75)、Φ38mm(m1~3.75)结构两种，如图7-5c所示。安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构a)b)c)图7-5直齿插齿刀的类型安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构2、斜齿插齿刀盘形插齿刀Φ100，β均有15°和23°两种。锥柄插齿刀Φ38,也β均有15°和23°两种。加工无空刀槽的人字齿轮，有Φ100、150、180,β为30°。插齿刀的精度有三个等级。AA等级加工6级齿轮；A等级加工7级齿轮；B等级加工8级齿轮。安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构二、插齿刀的工件原理插齿刀安装在插齿机床的主轴上，它具有圆周进给运动、上下直线切削主运动，还有让刀运动。工件逐渐地向插齿刀作径向切入的径向进给运动，并与插齿刀按规定传动比作啮合旋转运动(展成运动)。这样，被切齿轮坯转过一周后便成为齿轮。如图7-6所示。安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构展成运动插齿刀主运动让刀运动被加工工件图7-6插齿刀的工作原理安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构三、插齿刀的应用插齿刀可以加工多种不同形式的齿轮。直齿插齿刀可加工多种圆柱齿轮，还可以加工精密齿轮、扇形齿轮。插齿刀可以加工斜齿外齿轮和斜齿内齿轮。如图7-7所示，这时除了切削运动和展成运动，还需有一个附加的螺旋运动，由机床上的螺旋导轨得到。安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构图7-7插齿斜外齿轮安徽工程科技学院机械工程系§7-2插齿刀的结构插齿刀还可以加工带锥度的外齿轮和内齿轮，如图7-8a所示；加工端面的非渐开线齿轮，如图7-8b所示。图7-8插齿锥齿轮、端齿轮安徽工程科技学院机械工程系§7-3直齿插齿刀的切削刃及其前、后角1、插齿刀往复运动时刀刃运动轨迹形成一齿轮称为产形齿轮直齿插齿刀切削刃的端面投影就是“产形”齿轮的端面齿形，必须是渐开线。不考虑前角影响，插齿刀端面齿形是渐开线。2、插齿刀的每个齿都有三个刃：一个顶刃、两个侧刃，有顶刃后角和侧刃后角，重磨后顶圆直径和分圆齿厚减小。不同端剖面应是变位量不同的变位齿轮，新刀变位量最大，重磨后逐渐减小。如图7-9a所示，为不同剖面中的齿形，O-O剖面变位量为零称为原始剖面，具有标准齿形。安徽工程科技学院机械工程系§7-3直齿插齿刀的切削刃及其前、后角图7-9插齿锥齿轮、端齿轮安徽工程科技学院机械工程系§7-3直齿插齿刀的切削刃及其前、后角3、插齿刀的两侧面是两个旋向相反的渐开螺旋面，即两侧切削刃分别绕刀具轴线作螺旋运动形成的螺旋面，制造容易，精度高。为了使两个侧刃有相同的后角，两个侧后刀面的圆柱螺旋角β0应相等，也就是斜齿轮的齿面，如图7-9b所示，为刀齿的圆柱剖面的展开图。4、标准直齿插齿刀顶刃后角αp=6°，侧刃后角αc≈2°，顶刃前角γp=5°，侧刃投影不是渐开线，齿形角修正(20°10′15″)见教材P107第12行。关于βo推导及齿形尺寸的确定，现给同学们10分钟，参考教材P104-105。安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆一、齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀的基本结构是一个头的螺纹升角很小的蜗杆。为了形成切削刃和后角，在蜗杆上开槽并铲出齿顶和齿侧后角。这种蜗杆就称为齿轮滚刀的基本蜗杆，如图7-10所示。安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆图7-10齿轮滚刀的基本蜗杆安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆基本蜗杆的选用(齿轮滚刀的选用)介绍如下。1、渐开线基本蜗杆渐开线基本蜗杆的端截面齿形是渐开线，轴向截面齿形是凸起的曲线，如图7-11所示。所以，渐开线齿轮滚刀没有齿形设计误差，加工精度较高，但制造比较困难，目前应用很少。2、法向直廓基本蜗杆法向直廓基本蜗杆的法向截面齿形是直线，端截面齿形是延长渐开线，法向直廓齿轮滚刀设计时，若对基本蜗杆齿形角进行修正，也可以得到近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀。但由于加工精度低，一般用于粗加工和大模数的齿轮滚刀。安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆图7-11渐开线基本蜗杆曲线安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆3、阿基米德基本蜗杆阿基米德基本蜗杆的轴向截面齿形是直线，端截面齿形是阿基米德螺旋线，设计阿基米德齿轮滚刀时，若对阿基米德基本蜗杆的齿形角进行修正，可以得到很近似于渐开线基本蜗杆的齿轮滚刀，如图7-12所示。由于阿基米德齿轮滚刀的制造和测量容易，刃磨时齿形精度比较容易控制。所以，目前我国凡模数在10mm以下的精加工齿轮滚刀均规定为阿基米德齿轮滚刀。安徽工程科技学院机械工程系§7-7齿轮滚刀的基本蜗杆图7-12阿基米德基本蜗杆曲线安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构一、齿轮滚刀的工作原理齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具，是利用一对螺旋齿轮啮合的原理工作的。把齿轮滚刀安装在滚齿机的刀架上，并将齿轮滚刀搬转一个螺旋升角(该角等于容屑槽斜角)，使齿轮滚刀的齿向与被切齿轮的齿向相同。调整好切削深度αp，齿轮滚刀旋转并下移进给，被切齿轮按一定的传动比作圆周进给，即加工直齿时滚刀每转一转，当滚刀为单头时，工件转一个齿，当滚刀为多头时，工件转数个齿，这样就形成了展成运动。如图7-13所示为展成法加工齿轮的齿形，使被切齿轮的两侧齿形是包络曲线，近似等于渐开线。一把刀具可加工模数相同而齿数不同的齿轮，这是展成法切齿的主要优点。加工精度和生产率都较高，广泛地应用于成批和大量生产中。如图7-14所示，滚齿时滚刀安装角度规定：当滚刀与齿轮螺旋角旋向一致时，等于工件分圆螺旋角与滚刀分圆螺旋升角之差；反之等于、两角之和。滚削直齿时，，则。zozo0zo安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构图7-13展成法加工齿轮安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构滚刀被加工工件图7-14滚刀工作原理图安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构二、齿轮滚刀的结构和类型（1）、整体齿轮滚刀中小模数的齿轮滚刀往往做成整体式，如图7-15所示。在齿轮加工中，整体高速钢滚刀用得较多，套装式结构，轴肩与内孔同心，装刀检测径跳，多为零前角，顶刃后角10～12°，侧刃后角大约3°，齿轮滚刀大多为单头，螺旋升角较小，加工精度较高；粗加工用滚刀有时做成双头，以提高生产率。整体硬质合金滚刀由于制造困难、韧性较差和价格昂贵，所以只制成模数较小滚刀，用于加工仪表。安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构图7-15整体滚刀结构安徽工程科技学院机械工程系§7-8齿轮滚刀的结构（2）、镶齿齿轮滚刀齿轮模数大于10时，做成镶齿结构，既节约高速钢，又使刀片易锻造，提高性能和使用寿命。有时中等模数也采用镶齿结构。镶齿滚刀的结构形式很多