齿轮加工机床及原理

齿轮加工机床及原理5.4齿轮加工机床5.4.1齿轮加工机床的工作原理和分类（1）齿轮加工方法5章录象\滚齿.rm按轮齿成形原理分两大类：①成形法加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。②展成法加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。（2）齿轮加工机床的类型(圆柱齿轮加工机床、圆锥齿轮加工机床）滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿锥齿轮铣齿机。剃齿机、珩齿机、磨齿机。成形法加工齿轮及滚齿5.4.2滚齿机的运动分析（1）滚齿原理—模拟一对螺旋齿轮啮合过程滚齿机运动分析主运动—滚刀旋转运动；展成(啮合)运动—齿坯与滚刀按一定速比转动；进给运动—滚刀沿齿坯轴向运动。（2）加工直齿圆柱齿轮时的运动分析内传动链为：滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯ux为啮合运动传动比。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。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)①主运动B11电机—1—2—uv—3—4—滚刀uv为主运动传动比。（4）滚刀的安装滚刀螺旋升角为ω(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=ω右旋滚刀如图,左旋相反（3）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齿坯B12—7—8—uf—9—10—A21④附加转动B22A21—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。④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⑤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。（4）内联系传动链换置器官布置方案对比分析图5-83滚齿机内联系传动链换置器官的布局方案①方案1如图5-83a）所示，展成运动传动链的平衡式为：Zuuuuukx11987654合差动运动传动链的运动平衡式为：19815141312uuuuutTy合②方案2展成运动传动链的运动平衡式为：Zuuuuuuukyx111110987654合③方案3差动运动传动链的运动平衡式：1987615141312uuuuuuutTxy合ZkCuxx1ZmCuyy法sin1sin2kmCuxx法ZmCuyy法sin2ZkCuxx3法mkCuyysin3方案展成挂轮传动比ux差动挂轮传动比uy123从表中可以看出，在展成挂轮传动比ux的换置公式中，方案2的计算式中包含了无理数π、工件的模数和螺旋角参数，与方案1和方案3相比，选配挂轮传动比较复杂，只能得到近似值。在差动挂轮传动比uy的换置公式中，方案1和方案2都与被加工齿轮齿数有关，而方案3无关，因此，方案3选配差动挂轮传动最简单。综上所述，方案3最为合理，所以，目前滚齿机传动链的布置形式采用方案3。此方法可用于机床内联系传动链设计的方案对比分析。5.4.3Y3150E滚齿机（1）滚齿机的用途、布局和技术参数YT3150E型滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，也可滚切花键轴或用手动径向进给法滚切蜗轮。最大加工直径为500mm；最大加工宽度为250mm；最大加工模数为8mm；最小齿数Zmin=5×k（k为滚刀头数）；刀具最大直径160mm；刀具最大长度160mm。（2）滚切直齿圆柱齿轮的传动链分析计算①主运动传动链（换置器官为μV）a)确定末端件：电动机——滚刀b)计算位移：r/min（电动机）——r/min（滚刀）c)列运动平衡式：刀变nBAu802028282828282842211651151430r/mind)导出置换公式：583.124刀变nBAuuv②展成运动传动链（换置器官为）a)确定末端件：滚刀——工件b)计算位移：滚刀转1r——工件转c)列运动平衡方程式：工合Zkdcbafeu721564228282828282820801滚切直齿轮时d)导出换置公式：1合u工Zkefdcbaux24rZk工≤20时，取e=48，f=24；≤142时，取e=36，f=36；时，取e=24，f=48。当5≤当21≤当143≤kZ工kZ工kZ工③轴向进给传动链a)确定末端件：工作台——刀架b)计算位移：1r（工作台）——fmm(刀架垂直进给)c)列运动平衡式：fuba325269233939252172111进mm/rd)导出换置公式：4608.011fubauf进（3）滚切斜齿圆柱齿轮的传动链分析计算主运动传动链和轴向进给传动链与滚切直齿轮时完全相同。由于滚切斜齿轮时需要运动合成，这时展成运动传动链的u合成=－1，其计算与滚切直齿轮相同。由于使用合成机构后，轴的旋转方向改变，所以在展成运动传动链调整时，要按机床使用说明的规定使用或不使用惰轮。差动传动链（换置器官为uy）的调整计算如下：a)找末端件：刀架——--------------------------工件b)计算位移：Tmm（刀架垂直移动）——lr（工件）c)列运算平衡式：1721723625222532222xufeudcbaT合tanIZmT端cos法端mmsinIZmT法在差动链中:d)导出换置公式：2合ukmdcbauy法sin92222图5-86螺旋线的展开图滚刀架的轴向进给丝杠采用了模数螺纹（3π），使平衡式中的π得以消去。（4）刀架快速移动传动链刀架快速移动主要用于调整机床、加工时刀具快速接近或退离工件。（1）主运动传动链电动机→主轴（滚刀）1430×Φ115/Φ165×21/42×iⅡ—Ⅲ×A/B×28/28×28/28×28/28×20/80=n刀iⅡ—Ⅲ—三种传动比；A/B—三种传动比。（2）展成运动传动链滚刀转1r→工件转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滚直齿轮时，u合成＝1（3）进给传动链工件转1r→刀架移动mm1×72/1×2/25×39/39×a1/b1×23/69×iⅩⅡ—ⅩⅢ×2/25×3π=f（4）滚斜齿轮时的差动链刀架移动L→工件转±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滚斜齿轮时，i合成＝2（5）径向进给法滚切蜗轮传动链用径向进给法滚切蜗轮时，主运动传动链和展成运动传动链与滚切直齿轮时的相同。其不同点在于所用的刀具为蜗轮滚刀，滚刀心轴水平安装，滚刀刀架不作垂直进给，而用刀具或工件的径向移动实现径向进给运动。（6）Y3150E型滚齿机的典型结构①滚刀的串刀机构②主轴轴承间隙调整③工作台Y3150E型滚齿机的滚刀箱及刀具主轴例2.6用高速钢单头滚刀（Ⅱ型）滚切7级精度、表面粗糙度为Ra2.5的钢质齿轮，已知滚刀的直径de=100mm，头数k=1，模数m=3mm，孔径D=32mm，齿轮的齿数Z工件=63，模数m=3mm，试确定：（1）滚刀主轴的转速；（2）展成挂轮a、b、c、d的齿数；（3）滚刀架的进给量f。解：（1）根据齿轮加工工艺守则（JB/9168.9-1998），模数在20mm以下，采用粗滚和精滚各一次，粗切后齿厚留0.50～1.00mm的精滚余量；模数在20mm以上，滚切次数采用粗滚、半精滚和精滚各一次，粗滚全齿深的70％～80％，半精滚后齿厚留1.00～1.50mm的精滚余量。根据“齿轮与花键加工切削用量”，粗加工的切削速度vc=29m/min；精加工的切削速度vc=38m/min。粗加工时滚刀的理论转速r/min。精加工时滚刀的理论转速r/min。粗加工时滚刀的理论转速=92r/min，由表2.12知道，它在机床滚刀主轴转速100和80r/min之间，为了不降低刀具的耐用度，粗加工时滚刀主轴的转速取80r/min；精加工时滚刀的理论转速=121r/min，在机床滚刀主轴转速125和100r/min之间，取100r/min。滚刀的实际转速选取机床上接近理论转速的较低一级转速。921002910001000Dvnc刀1211003810001000Dvnc刀（2）因为Y3150E型滚齿机备有的挂轮齿数分别为：20、20、23、24、24、25、26、30、31、32、33、34、35、36、36、37、40、41、43、45、45、、46、47、48、48、50、52、52、55、57、58、59、60、60、61、62、65、67、70、71、73、74、75、77、79、80、82、83、85、86、89、90、92、94、95、97、98、100，所以在调整机床展成运动传动链时，选用的挂轮必须是机床备有的。根据Y3150E型滚齿机展成运动传动链的调整计算换置公式，将滚刀的头数和被加工齿轮的齿数代入式中，若被加工齿轮的齿数在机床备有挂轮齿数中没有，可采用公约数分解的形式进行试凑，直到分解为机床备有的挂轮齿数形式为止，即挂轮a=20、b=35、c=24、d=36就是调整计算的结果，正确的结果还可能有多种。若被加工齿轮的齿数在上列齿数之中，其调整计算就十分方便，如45齿的齿轮，则（3）根据“齿轮与花键加工切削用量”，粗加工进给量f=2.1～2.7mm/r；精加工进给量f=0.7～0.9mm/r。根据表2.13，在本机床选取粗加工进给量f=2.50mm/r；精加工进给量f=0.87mm/r。3624352094756454632424工zkdcbaux45363624452424工zkdcbaux5.4.4其它齿轮加工机床（1）插齿机5章录象\插剃磨齿.rm应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。①插齿原理主运动：插齿刀上下往复运动，插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动；展成运动：插齿刀与齿坯按一定速比转动；让刀运动；径向进给运动；②插齿机传动原理图1～4主传动链4～8圆周进给传动链8～11展成传动链③Y5132型插齿机的用途及外形图5-91Y5132型插齿机Y5132型机床主要用来粗、精加工外啮合或内啮合的直齿圆柱齿轮、双联和多联的齿轮。④Y5132型插齿机的传动系统图（2）磨齿机多用于淬硬齿轮的齿面精加工，6～3级精度。磨齿机分两大类：成形法磨齿和展成法磨齿展成法磨齿分：连续磨齿(砂轮为蜗杆形)分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型、锥形，利用齿条和齿轮啮合原理)图5-93成形砂轮磨齿的工作原理插齿、剃齿、磨齿