第四章齿轮加工机床

第四章齿轮加工机床齿轮加工机床的工作原理和分类滚齿机其它类型齿轮加工机床简介第一节齿轮加工机床的工作原理和分类用齿轮切削工具加工齿轮，蜗轮或齿条轮齿的机床。齿轮传动在各种机械和仪表中应用广泛，现代工业对齿轮传动的速度和精度要求越来越高，齿轮加工机床是机械制造的重要设备。齿轮加工机床的传动计算与调整、加工的结构工作调整是本章重点。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工的方法1．成形法特点：1）切削刃形状与齿槽形状相同；2）齿数不同，要用不同的成形刀具。一种模数的刀具由8把或15把组成，每一把刀具适应一定的齿数范围（其齿形通常按齿数最小的齿轮设计制造）。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工的方法1．成形法特点：3）机床、刀具结构简单；4）加工精度、加工效率低。齿轮模数m≤10mm，多采用盘形铣刀，模数大于10mm用指形铣刀。主要应用于修配加工或重型机械制造中。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工的方法2．范成法1）工作原理利用齿轮的的啮合原理：齿轮——齿条；齿轮——齿轮。其中一个成为刀具，另一个为工件。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类一、齿轮加工机床的工作原理2．范成法2）特点（1）工件齿廓由刀刃的包络线形成；（2）加工精度高，生产率高；（3）刀具规格数量少。广泛应用于各种齿轮制造。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类二、齿轮加工机床的类型1．圆柱齿轮加工机床一般精度加工：滚齿机、插齿机、花键铣床、车齿机等。一般精度指7、8级齿轮精度。有的滚齿机可加工到4~5级精度。精加工齿轮机床有：剃齿机，珩齿机、磨齿机。第一节齿轮加工机床的工作原理和分类二、齿轮加工机床的类型2．圆锥齿轮加工机床直齿圆锥齿轮加工：刨齿机、铣齿机、拉齿机；弧齿圆锥齿轮加工：弧齿圆锥齿轮铣齿机。第二节滚齿机的运动分析滚齿机是齿轮加工中应用最广泛的机床之一。主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮，蜗轮或花键。多数机床的工件轴线为立式，对于轴齿轮的加工，采用工件轴线为卧式的滚齿机。第二节滚齿机的运动分析一、滚齿原理相当于交错轴螺旋齿轮啮合。其中一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角β增到很大，成为蜗杆（螺旋升角ω不大），并加工出前刀面和后角，形成刀具。滚刀的旋转运动B11与工件的旋转运动B12，即为啮合运动，在加工中称为范成运动，是复合运动。要求滚刀转1转时，工件要对应转过K/z转，K为滚刀的头数。第二节滚齿机的运动分析二、滚切直齿圆柱齿轮1．机床的运动和传动原理图1）加工运动（1）主运动——滚刀的旋转运动（r/min）（2）范成运动——滚刀旋转(1转)，工件转（K/z转）其中：K——滚刀螺旋齿的头数；z——工件齿数。（3）轴向进给运动——滚刀沿工件轴线移动（mm/r）第二节滚齿机的运动分析二、滚切直齿圆柱齿轮1．机床的运动和传动原理图2）传动原理图主运动传动链：是简单运动传动链，属外联系传动链；范成运动传动链：滚刀——工件。是复合运动传动链，属内联系传动链，要求两端件有严格运动关系。因此，工作台的运动速度受到滚刀作为主运动的速度制约。轴向进给传动链：工件——刀架刀架沿工件轴向进给量的大小，只影响加工效率和表面粗糙度。是外联系传动链。第二节滚齿机的运动分析二、滚切直齿圆柱齿轮2．滚刀的安装原则：滚刀螺旋线方向与工件的齿槽方向相一致。刀架调整角度的方向：右旋滚刀——右顺；左旋滚刀——左逆。刀架调整角度的大小：δ=ω式中δ——滚刀的安装角（即刀架调整的角度）；ω——滚刀的螺旋升角。即刀架角度的大小与方向取决于滚刀的螺旋升角大小与方向。第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮1．机床的运动和传动原理图1）机床的运动除加工直齿的运动外，还需要形成螺旋齿槽的运动。即滚刀架沿轴向运动时，工件应有对应的附加转动，以便形成螺旋加工运动，就象车螺纹一样，刀具沿工件轴线移动一导程时，工件必须转一转。显然；这也是一条内联系传动链。刀架轴向进给1个工件螺旋导程时，工件必须附加转±1转。第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮1．机床的运动和传动原理图1）机床的运动主运动传动链；范成运动传动链；轴向进给传动链；附加运动传动链：工件——刀架。刀架沿工件轴向进给1个工件螺旋导程，工件必须附加转±1转。第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮1．机床的运动和传动原理图2）传动原理图主运动、范成运动和轴向进给运动与加工直齿圆柱齿轮相同附加运动是从刀架由另一条传动链，经合成机构传至工作台（工件）。第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮2．滚刀的安装使滚刀的螺旋线与工件齿槽方向一致。1）右旋滚刀加工（1）加工右旋齿轮刀架转动方向：逆时针，角度：δ=β-ω；（2）加工左旋齿轮刀架转动方向：顺时针，角度：δ=β+ω；第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮2．滚刀的安装使滚刀的螺旋线与工件齿槽方向一致。1）左旋滚刀加工（1）加工右旋齿轮刀架转动方向：逆时针，角度：δ=β+ω；（2）加工左旋齿轮刀架转动方向：顺时针，角度：δ=β-ω。第二节滚齿机的运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮2．滚刀的安装归纳：滚刀架转动角度的大小与方向，取决于齿轮的螺旋角β、滚刀的螺旋升角ω的大小和方向。滚刀架的角度滚刀与工件的螺旋方向方向相同时：δ=β-ω；滚刀与工件的螺旋方向方向相反时：δ=β+ω。滚刀架角度的方向取决于工件螺旋角β的方向：“右逆左顺”。第二节滚齿机的运动分析四、滚切蜗轮1．机床的运动和传动原理加工蜗轮时，要求滚刀的中心线与蜗轮的主剖面在同一个平面内，不能通过刀架沿工件轴向作进给运动完成加工。根据进给运动的方法不同，分为径向进给法和切向进给法。第二节滚齿机的运动分析四、滚切蜗轮1．机床的运动和传动原理1）径向进给法即刀具沿工件的径向进给。除主运动和范成运动外，还需要滚刀沿工件的径向作进给运动A2。这种方法简单，用蜗轮滚刀在一般的滚齿机上就能实现，但会造成蜗轮的齿顶有少量过切现象。第二节滚齿机的运动分析四、滚切蜗轮1．机床的运动和传动原理2）切向进给法即刀具沿工件圆周的切向进给，也就是刀具沿自身的轴线进给。为了不破坏范成运动，要求滚刀沿轴线进给一个齿距时，工件必须对应地附加转过一个齿。第二节滚齿机的运动分析2）切向进给法切向进给法加工蜗轮需要4个运动及相对应的传动链：主运动传动链；范成运动传动链；滚刀架切向进给传动链，为外联系传动链；附加运动传动链：刀架切向进给一个齿距，工件附加转一个齿距。是内联系传动链。要求滚齿机上具备滚刀架切向进给溜板，并采用带切削锥的蜗轮滚刀。加工前调整好滚刀与工件轴线的距离，加工时该距离保持不变。切向进给法用于批量加工蜗轮。第三节Y3150E型滚齿机一、机床的用途和外形中型滚齿机的布局形式有立柱移动式和工作台移动式两种。Y3150E型滚齿机属工作台移动式结构。Y3150E型滚齿机的最大工件加工直径为500mm，最大模数m=8mm，加工的最小齿数为5齿。主要由：床身、立柱、刀架、工作台、后立柱、床鞍等组成。第三节Y3150E型滚齿机二、机床的主要组成部件1．床身内装有液压系统、冷却系统，固定立柱，其床身导轨供床鞍导向。2．立柱立柱内有机械传动装置，其前面“双山形”垂直导轨，与刀架溜板配合。操纵面板和操纵机构主要设在立柱上。第三节Y3150E型滚齿机二、机床的主要组成部件3．刀架刀架由刀架体、刀架溜板、滚刀主轴等组成。刀架体相对刀架溜板可调整角度。滚刀还能相对于刀架体进行“窜刀”调整或对刀。4．工作台用于安装工件。工件可直接安装在工作台上，也可用心轴7安装。用心轴安装工件，可以一次安装多个相同的齿轮毛坯。工作台由床鞍带动径向快进快退，或用床鞍上的手动操作机构，作工件的径向调整位置或径向进给深度。后立柱通过支架对心轴进行支承，提高加工时的刚度。第三节Y3150E型滚齿机三、滚齿机传动系统及调整计算第三节Y3150E型滚齿机三、滚齿机传动系统及调整计算1．主运动（一）加工直齿圆柱齿轮1）两端件及计算位移主电动机（r/min）——滚刀主轴（r/min）2）传动路线主电机—Ø115/Ø165—Ⅰ—21/42—Ⅱ—uⅡ—Ⅲ—Ⅲ—A/B—Ⅳ—28/28—Ⅴ—28/28—Ⅵ—28/28—Ⅶ—20/80—Ⅷ（滚刀主轴）第三节Y3150E型滚齿机（一）加工直齿圆柱齿轮1．主运动3）运动平衡式刀nu8020282828282828BA42211651151430得到换置公式：uv=uⅡ—ⅢA/B=n刀/124.583式中uⅡ—Ⅲ——轴Ⅱ—轴Ⅲ间的传动比：27/43；31/39；35/35。A/B——主运动变速挂轮的齿数比：22/44；33/33；44/22。第三节Y3150E型滚齿机（一）加工直齿圆柱齿轮1．主运动滑移齿轮+配换挂轮，得到变速级数z=9级，主轴转速范围：n刀=40~250r/min。采用滑移齿轮+配换挂轮方式，简化变速机构，又可获得较多的变速级数。加工一批同一种规格齿轮时，一批加工前，调整挂轮，每个齿轮的加工过程通过手柄调整三联滑移齿轮。第三节Y3150E型滚齿机（一）加工直齿圆柱齿轮2．范成运动1）两端件及计算位移滚刀主轴转1转——工件转K/z转2）传动路线滚刀主轴（Ⅷ）—80/20—Ⅶ—28/28—Ⅵ—28/28—Ⅴ—28/28—Ⅳ—42/56—Ⅸ—合成机构—Ⅹ—e/f—Ⅺ—36/36—Ⅻ—a/b—c/d—ⅩⅢ—1/72—工作台第三节Y3150E型滚齿机3）合成机构工作原理使用离合器M2时，形成合成机构。设输入轴nx，转臂nH，输出轴nⅨ。（nx-nH）/（nⅨ-nH）=-1或nx-nH=nH-nⅨnx=2nH-nⅨ令：nH=0，则：u合1=nx/nⅨ=-1负号表明输出轴Ⅹ的转速nx的值与输入轴Ⅸ的nⅨ相同，方向相反。第三节Y3150E型滚齿机3）合成机构工作原理使用离合器M2时，形成合成机构。设输入轴nx，转臂nH，输出轴nⅨ。（nx-nH）/（nⅨ-nH）=-1或nx-nH=nH-nⅨnx=2nH-nⅨ若令：nx=0，则：u合2=nx/nH=2表明输出轴Ⅹ的转速nx是转臂转速nH的2倍，这是采用离合器M2得出的结论。加工斜齿圆柱齿轮采用离合器M2。第三节Y3150E型滚齿机3）合成机构工作原理使用离合器M2时，形成合成机构。设输入轴nx，转臂nH，输出轴nⅨ。（nx-nH）/（nⅨ-nH）=-1或nx-nH=nH-nⅨnx=2nH-nⅨ加工直齿圆柱齿轮，采用离合器M1。整个合成机构成为一个联轴器。u´合1=nx/nⅨ=1表明输出轴Ⅹ与输入轴Ⅸ的转速、转向相同。第三节Y3150E型滚齿机4）运动平衡式简化得换置公式：结构性挂轮：zKdcbafeu7215642282828282828208011合zKefdcbaux242448205fe，Kz取时363614221fe，Kz取时4824143fe，Kz取时第三节Y3150E型滚齿机结构性挂轮可减少挂轮a、b、c、d的数量，并使结构紧凑。例：设被加工齿轮齿数z=500，滚刀头数K=1时，若没有结构性挂轮，依据上面的计算公式：将使被动齿轮b、d的齿数过大，且挂轮架的结构尺寸很大。有了结构性挂轮，按前要求使用：5002424zKdcbaux4824143fe，Kz取时2502450024244824zKefdcbaux第三节Y3150E型滚齿机5）工作台运动方向确定按照机械设计中的原理判断。依据滚刀的螺旋方向：右旋滚刀——左手定则；左旋滚刀——右手定则。第三节Y3150E型滚齿机（一）加工直齿圆柱齿轮3．轴向进给运动1）两端件及计算位移工件转1转——刀架进给f（mm）2）传动路线工作台—72/1—ⅩⅢ—2/25—ⅩⅣ—39/39—ⅩⅤ—a1/b1—ⅩⅥ—23/69—ⅩⅦ—uⅩⅦ—ⅩⅧ—ⅩⅧ—M3—2/25—ⅩⅪ（丝杠的导程L=3π）—螺母—刀架第三节Y3150E型滚齿机3）运动平衡式式中a1/b1——轴向进给挂轮传动比：26/52；32/46；46/32；52/26；uⅩⅦ—ⅩⅧ——轴ⅩⅤ—轴ⅩⅥ间的