第六章 齿轮加工机床

1第六章齿轮加工机床（12学时）基本内容：齿轮加工的方法、分类；滚齿机的滚齿原理、加工直齿、斜齿圆柱齿轮的运动和传运原理图。Y3150E滚齿机的传动系统分析、其他齿轮加工机床简介。教学重点：直齿、斜齿同柱齿轮的运动及其方向，传动原理图主运动传动链、进给运动传动链、差动运动传动链、展成运动传动链的分析。教学难点：斜齿圆柱齿轮的传动系统及运动分析基本要求：了解齿轮齿面的加工方法、齿轮加工机床的类型；了解滚齿原理，掌握滚切直齿和斜齿园柱齿面的运动、传动原理和传动链分析；了解Y3150E型滚齿机的工作原理、传动系统分析及调整；了解插齿机的用途、工作原理及传动系统；了解园柱齿轮精加工机床的工作原理和应用。作业：1.用左旋滚刀加工直齿齿轮，已知：B1顺铣2.用右旋滚刀加工左旋齿轮，已知：B1顺铣用左旋滚刀加工右旋齿轮，已知：B1顺铣求：1）画出园柱注A、B2、B3方向及安装角δ2）并画出传动原理图（直齿加工或斜齿加工）以上题画出完整的传动原理图§4-1概述一、分类齿轮加工机床分两类：园柱齿轮加工机床：切齿机（滚齿机、插齿机、花键铣车齿机）2精加工机：珩齿、剃齿、磨齿齿轮倒角机，齿轮噪声检查机锥齿轮加工机床：直齿锥齿轮加工机床：刨齿机、铣齿机、拉齿机及精加工机床曲线齿锥齿轮加工机床：铣齿、拉齿及精加工机床倒角机：淬火机、滚动检查机二、加工方法就其工作原理分两类：1.成形法：（仿形法）刀刃形状与被加工齿轮槽截面形状相同（成形刀具）书P177幻灯片图7-1又分：a.单齿廓成形刀具：如图书P177图7-1每次仅加工一个齿槽，利用分度装置进行分度依次切出各齿槽优点：刀具与机床结构简单，可在通用机床上装分度装置加工，如：在升降台铣床，牛头刨上用齿轮铣刀或成形刨刀加工缺点：∵同模数，不同齿数，齿形曲线就不同∴要备有很多把成形刀，一般机床上一种模数提供8（或15）把刀，一把刀仅加工一定齿数范围的一组齿轮，齿形曲线是按该范围内最小齿数的齿形制造。∴加工其它齿数的齿轮时，存在有齿形误差，在通用机床上，∵分度头的精度↓，∴加工精度↓，生产率↓∴用于加工单件小批及修配中精度低的齿轮及重型机床上大型齿轮。b.多齿廓3同时加工出齿轮的各槽如齿轮拉刀、推刀加工内、外齿轮P178图7-2，P178图7-2幻灯片优点：可得较高的加工精度和生产率缺点：要求所用刀具制造精度↑，结构复杂，每套刀只能加工一种模数和齿数的齿轮，成本高。∴用于大批量生产中2.展成法（范成法）切削刀具与工件之间有严格的相对运动关系，根据齿轮的啮合原理加工齿轮。优点：同一把刀可加工同一模数不同齿数的各齿轮，加工精度、生产率较高，如插齿机、滚齿机、剃齿机，大多数磨齿机锥齿加工机等，应用广泛。按以前的备课内容新吉大书§4-1，机床运动分析的概念（新吉大书P172§4-2）§4-2滚齿机（书P181§7-3）一、用途齿轮滚刀加工：直齿、斜齿齿轮蜗轮滚刀加工：蜗轮非渐开线齿形滚刀加工：花键轴、链轮二、滚切原理根据展成法原理加工（旧书有0080图4-13滚齿原理）（新吉大书P172，图4-12，幻灯片P182，图7-8）书P182图7-8（新吉大书图4-12）4△一对轴线交叉的螺旋齿轮啮合，其中一个齿数↓，螺旋角↑，成了螺杆，将蜗杆开槽、铲背，就是滚刀（刀刃分布在蜗杆螺纹表面上）△滚刀按螺旋齿轮的啮合原理加工齿轮，工件的每个齿形都由滚刀在旋转中依次对工件切削的数条刀刃线包络而成。幻灯片P182，图7-9如图书P182图7-9（新吉大书P167，图4-7）（滚刀相当于渐开线斜齿轮，但∵加工困难，∴用阿基米德螺旋线滚刀或法向直线滚刀）幻灯片旧吉大书0080-图4-4-3，齿轮滚刀。△滚刀与齿坯两轴线的相对位置应相当于两个螺旋齿轮相啮全时轴线的相对位置即：滚刀的安装：一滚刀刀架如何调整其安装角：必须使它的螺旋线方向准确地和被加工齿轮轮齿方向相一致。A.加工直齿安装－滚刀螺旋升角－刀具安装角A－刀架沿工件轴向直线移动B1+B2－范成运动书P182图7-11中专书P133图7-12书上是刀具在后（a,b）工件在前B.加工斜齿安装滚刀与齿坯两轴线的相对位置应相当于两个螺旋齿轮相啮合时轴线的相对位置，即：其安装角必须使它的螺旋线方向准确地和被加工齿轮轮齿方向相一致。5安装角=±（直齿时=0）（同旋向相减，异旋向相加）（中专书P133图7-12c）d)e)f)）W－滚刀螺旋升角－齿轮螺旋角A－刀架沿工件轴向直线移动B1+B2－范成运动B3－加工斜齿轮的附加运动（一）加工直齿轮机床的运动及传动联系传动原理图B1+B2－范成运动A－直线移动a.主运动V－主运动传动链换置机构末端件Y3150E583.124刀主nBAV电机－滚刀n电－n刀n刀=刀DV1000（切削速度m/min）滚刀直径mmb.展成运动B1+B2滚刀与工件对滚，加工出齿形，方向确定一个独立的复合运动（内联系传动链）实现展成运动：用滚刀－刀具↓B1、工件↓B2运动之间有严格的速比要求X－展成运动传动链置换机构6工件转1r加工出2个齿，而工件加工一个齿滚刀转1r，1r：2个齿=xr：1个齿工件x=)(1rZ设滚刀头数k，工件齿数Z末端件滚刀－工件1(r)K/Z(r)即k个齿B1，B2运动合成可形成生线，要形成齿面则用相切法形成工件的旋转方向由滚刀螺旋线方向和回转方向定，如上图。C.垂直运动A方向确定∵滚刀切削刃为一点，要切出整个齿宽上的齿形∴刀架要做直线运动A↓S－垂直运动传动链置换机构工件－滚刀1(r)fmm（二）加工斜齿轮浪齿机的运动及传动联系对斜齿轮来说，在齿长方向取一段来看是条斜线，实际是条螺旋线，也就是说斜齿与直齿的差别仅在于直齿导线是直线，斜齿是螺旋线，下面我们来看一下加工斜齿时通过那些运动来实现的。加工斜齿时将直齿轮切成若干薄片，将每对薄片相对转过螺旋角则形成斜齿轮。若滚刀在I位置时，切削点正好为a点，滚刀下降S时，ac是直齿轮齿线，ac是斜齿轮齿线。要切削的直齿齿轮轮齿b点，正对着滚刀的切削点，但若滚切的是斜齿7齿轮，需要切削的是b点，而不是b点。∴要求在滚刀直线下移s的过程中工件的转速应切，直齿齿轮时要快或慢一点。也就是说，滚切斜齿除了需要滚切直齿的运动正成运动外，还需要一个附加运动B3必快，慢程度也就是B3与的转向是根据工件，刀具的螺旋线旋向来定。工件、刀具同旋向时相加比加工直齿转速快→B2同旋向时相加比加工直齿转速快→B3（B2+B3）异放慢向时相减慢→B2异放慢向时相减慢→B3（B2－B3）正好安装角相反你们自己回去分析比加工一下是不是传动原理图滚切直齿轮时无，也就是将合成运动机构1）主运动传动链B1－外与直齿相同2）轴向进给传动链A－外与直齿相同3）展成运动传动链B2－内与直齿相同4）附加运动传动链B3－内末端件刀架↓－工件↓（根据螺旋线在一个导程完后的位置定）运动关系：垂直移动T(mm)±1rtgZmTs（∵ms=mn/cos）∴sinZmTnms,mn－各为工件端面模数及法向模数8Z－工件齿数－工件螺旋角∴工件的总回转运动量由展成运动(B2)和附加运动(B3)合成∴在传动链中配置合成机构，如(传动原理图上图)在滚齿机上常用行星齿轮机构作为运动合成机构（后面要讲合成机构如何实现的）y－附加运动传动链置换机构（三）加工蜗轮蜗轮加工原理与加工齿轮相似。但要求蜗轮滚刀的模数、头数、螺旋角、直径与蜗杆相同，加工时，轴线与被切蜗轮轴线⊥，并位于被切蜗轮中心剖面上，加工方法有两种：1.径向进给法：（常用）主运动、展成运动与直齿加工相似。但在垂直进给运动的同时要沿工件半径作径向进给运动。（幻灯片P185图7-15）如图P185图7-152.切向进给法：（在滚刀刀架上装有切向进给溜板箱的滚齿机上用）如图P185图7-15采用带切削锥的蜗轮滚刀，滚刀沿工件切线作进给，切削锥部，粗加工，园柱部，精加工。主运动、展成运动与加工直齿相同。切向进给运动传动链：工件——滚刀91rfmm由于切向切入，分齿运动关系被破坏，由附加运动补偿，附加运动传动链：滚刀——工件切向移动（πm）（一个周节）)(1rz（回转一个轮齿角度）有合成机构Σ如图示。附加运动方向与滚刀切向进给方向一致。c）飞刀加工蜗轮——单刀三、Y38型滚齿机（中专书）（孙振均，吴圣庄习题）P21114，15题最大加工模数、滚齿机、齿轮加工机床，是专门化机床园柱齿轮加工机床（重庆）锥柱齿轮加工机床（天津）小柱齿轮加工机床（宁江）挂图册，P74第三十五幅1.布局参看Y3150型2.主要技术规格最大加工模数加工直齿齿轮最大直径mmax=6mm（钢）=8mm（铸）加工直齿齿轮最大直径Dmax=450mm（有外支架）=800mm（无外支架）10加工斜齿齿轮最大直径Dmax=500，190（=30，=60）加工直齿齿轮最大滚切长Lmax=240滚刀dmax=120滚刀n刀=47.5~192r/min工件－滚刀1r0.5~3m/r垂直进给主电机2.8kw1430r/min3.加工直齿园柱齿轮调整计算：中专书P83图4-3，挂图P83，图4-3（1）主运动B1－外链电机－滚刀n电n刀n刀=641620202323232348322221051430BA113刀nBAV实验BAn110刀此机床备有四对速度挂轮：18.42；22.38；25.35；28.32；组合：4218BA，3822，3525，3228，2832，2535，2238n刀=47.5，64，79，97，127，155，192r/min若已知D刀，V可得n刀，根据n刀可得A，B挂轮值（机床说明书中一般都提供滚刀主轴转速挂轮表，可查得）（2）展成运动：B2内链工件1r加Z个齿工件rZB加工一个齿↑而这时滚刀转1r11滚刀——工件1r)(1rZ（单头）（Z——工件齿数）1/Kr)(1rZ（k头）rKZ1r（工件1r，刀具转rKZ）96146462323232320201664/)(1dcbafeKZr这时=1（相当于一个联轴器）为何要有e、f结构挂轮呢：fe∵Z↑K↓，∴若无e，f则dcba分子，分母相差倍数过大∴增加e,f称结构挂轮当Z≤161时13636fezkdcbax24Z161时214824fezkdcbax48a,b,c,d可根据加工齿轮的不同齿数，由此机床备有的展成运动挂轮选配（共43个）与YB150E基本一样，原书P191工件旋转方向的改变应在e,f之间加介轮来实现。（3）垂直进给运动A——外链工件——刀架1rfmm1030520417171717364530119611111dcbaffdcbas431111（f根据齿坯材料，齿面光洁度要求，加工精度及铣削方式（顺铣或逆铣）12定）一般取f=0.5~3mm/r工作时间机动k1k2k3通，调整机床时用手动，k1,k3,k2调方头1，都应使z=60，z=70，齿轮处于脱开位置。4.加工斜齿轮的调整计算（1）主运动——外与直齿相同（2）轴向进给——外与直齿相同（3）展成运动——内与直齿相同但=－1∴在安装展成运动结构挂轮e,f时，应按机床说明书规定配加介轮。（4）附加运动（差动）传动链B3——刀架——工件Trm（导程）1r根据前述sinZmTn1961301453617171717420530101sin2222dcbafedcbazmn∴kmdcbanysin95775.72222已知，mn，k求出y值查挂轮表得2222dcba值。但当y1时，则应按1/y值查挂轮表得出挂轮值后再倒过来。B3的方向与B2的方向同旋向时相加，异旋向时相减13∴安装差动挂轮时要按机床说明书的规定使用介轮，计算8级齿轮，精度小数点取4位，计算7级齿轮，精度小数点取5倍。加工斜齿时，k2,k3不可随意脱开，若不用快速退刀，而用手动、不能动方头1，而摇动方头3。5.刀