第4章 齿轮加工机床-

1、 金属切削机床金属切削机床第四章第四章 齿轮加工机床齿轮加工机床 金属切削机床金属切削机床第一节第一节 齿轮加工机床工作原理及分类齿轮加工机床工作原理及分类第二节第二节 滚齿机的运动分析滚齿机的运动分析第三节第三节 YC3180型型滚齿机滚齿机第四节第四节 传动链换置器官的布置传动链换置器官的布置第五节第五节 其它类型齿轮加工方法其它类型齿轮加工方法主要内容主要内容目的：熟练掌握滚齿机的各种运动、滚齿原理目的：熟练掌握滚齿机的各种运动、滚齿原理知识点知识点:齿轮的加工方法、齿轮机床、滚齿原理、传齿轮的加工方法、齿轮机床、滚齿原理、传动链动链 金属切削机床金属切削机床齿轮加工机床发展简史齿轮加工

2、机床发展简史古代的齿轮是用手工修锉成形的；古代的齿轮是用手工修锉成形的；1540年年 意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋 转锉刀的切齿装置；转锉刀的切齿装置；1783年年 法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有 切削齿条和内齿轮的附件；切削齿条和内齿轮的附件；1820年年 英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加 工圆锥齿轮的机床；工圆锥齿轮的机床；1835年年 英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；1858年

3、年 席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；1897年年 德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解 决了加工斜齿轮的问题；决了加工斜齿轮的问题；1897年年 美国的费洛斯制成了插齿机。美国的费洛斯制成了插齿机。 金属切削机床金属切削机床1884年年 美国的比尔格拉姆发明了采用美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工单刨刀按展成法加工的的 直齿锥齿轮刨齿机；直齿锥齿轮刨齿机；1900年年 美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床；美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床；1905年年 由于汽车工业的需要，美国制造出带有两

4、把刨刀的直由于汽车工业的需要，美国制造出带有两把刨刀的直 齿锥齿轮刨齿机；齿锥齿轮刨齿机；1913年年 制成制成弧齿锥齿轮铣齿机弧齿锥齿轮铣齿机；1923年年 出现了出现了准渐开线准渐开线齿锥齿轮铣齿机；齿锥齿轮铣齿机；30年代年代 研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要 用于汽车差动齿轮的制造；用于汽车差动齿轮的制造；40年代年代 为适应航空工业的需要，发展了为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机弧齿锥齿轮磨齿机；1944年年 瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；50年代年代 又发

5、展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆 线齿锥齿轮的铣齿机。线齿锥齿轮的铣齿机。 金属切削机床金属切削机床20世纪初世纪初 由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世；由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世；1930年年 在美国制成剃齿机；在美国制成剃齿机；1956年年 制成珩齿机；制成珩齿机；60年代年代 现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用， 大型机床上采用大型机床上采用数字显示数字显示指示移动量和切齿深度；指示移动量和切齿深度； 滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子滚齿机、插齿机和磨齿机上

6、采用电子伺服系统和数控系伺服系统和数控系 统统代替机械传动链和交换齿轮；代替机械传动链和交换齿轮； 用设有故障诊断功能的用设有故障诊断功能的可编程序控制器可编程序控制器，控制工作循环，控制工作循环 和变换切削参数；和变换切削参数； 发展了数字控制发展了数字控制非圆齿轮非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；插齿机和适应控制滚齿机； 在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动 反馈补偿反馈补偿误差等。误差等。 金属切削机床金属切削机床第一节第一节 工作原理及分类工作原理及分类 1. 成形法成形法发生线发生线 简单成形运动简单成形运动 分度运动分度运动

7、一、齿轮的加工方法一、齿轮的加工方法 金属切削机床金属切削机床 对于同一模数和同样压力角的齿轮，只要齿数不同，对于同一模数和同样压力角的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具； 加工出来的齿形是近似的加工出来的齿形是近似的(Zmin)，加工精度较低；，加工精度较低； 每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率较低。生产率较低。 用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮；用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮； 用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿

8、轮加工机床的问题。工机床的问题。 金属切削机床金属切削机床 2. 展成法展成法根据啮合原理，把啮合副（齿条根据啮合原理，把啮合副（齿条/齿轮、齿轮齿轮、齿轮/齿轮）齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓 金属切削机床金属切削机床 展成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿展成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。 每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同每一种模数，只需用一把刀具就可以

9、加工各种不同齿数的齿轮；加工时能连续分度，加工精度和生产齿数的齿轮；加工时能连续分度，加工精度和生产率一般比较高，应用广泛。率一般比较高，应用广泛。 必须在专门的齿轮机床上加工，机床调整、刀具制必须在专门的齿轮机床上加工，机床调整、刀具制造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产。造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产。 金属切削机床金属切削机床二、齿轮加工机床的类型二、齿轮加工机床的类型 按照被加工齿轮种类可分为两大类：按照被加工齿轮种类可分为两大类： 圆柱齿轮加工机床：圆柱齿轮加工机床： 锥齿轮加工机床：锥齿轮加工机床：滚齿机、插齿机滚齿机、插齿机 等等加工直齿锥齿轮：加工直齿锥齿轮：刨齿

10、机、铣齿机、拉齿机刨齿机、铣齿机、拉齿机加工曲线锥齿轮：加工曲线锥齿轮：铣齿机铣齿机、拉齿机拉齿机精加工齿轮齿面：精加工齿轮齿面：研齿机、剃齿机和磨齿机研齿机、剃齿机和磨齿机 金属切削机床金属切削机床第二节第二节 滚齿机的运动分析滚齿机的运动分析滚齿机是应用最广泛的齿轮加工机床，多为立式；滚齿机是应用最广泛的齿轮加工机床，多为立式；加工对象：加工对象：直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮等直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮等（卧式滚齿机（卧式滚齿机用于仪表工业中加工小模数齿轮和在一般用于仪表工业中加工小模数齿轮和在一般机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等）机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等） 金属切削机床

11、金属切削机床一、滚齿原理一、滚齿原理 由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来。将这由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来。将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到一个或几对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到一个或几个，螺旋角个，螺旋角 增大到很大，它就成了蜗杆；再将蜗增大到很大，它就成了蜗杆；再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀。 形成渐开线齿廓（形成渐开线齿廓（母线母线）的运动：）的运动：滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动 金属切削机床金属切削机床二、滚切直齿圆柱齿轮二、滚切直齿圆柱齿轮1211BB 形成直线形齿线（形

12、成直线形齿线（导线导线）的运动：相切法，）的运动：相切法，211,AB 金属切削机床金属切削机床展成运动传动链：展成运动传动链：滚刀滚刀 4 5 6 7 工件工件xi（滚刀转（滚刀转 1/K 转，工件转转，工件转 1/z 转）转）主运动传动链：主运动传动链： 电机电机 1 2 3 4 滚刀滚刀vi进给运动传动链：进给运动传动链：工件工件 7 8 9 10 刀架刀架fi安装角安装角 螺旋升角螺旋升角 金属切削机床金属切削机床三、滚切斜齿圆柱齿轮三、滚切斜齿圆柱齿轮 进给运动为复合运动进给运动为复合运动，可分解为滚刀架的直线运动，可分解为滚刀架的直线运动A21和工作和工作台的旋转运动台的旋转运动B

13、22。由于工作台要同时完成。由于工作台要同时完成B12和和B22两种旋转运两种旋转运动，所以动，所以B22常称为附加转动。常称为附加转动。差动链：差动链：刀架刀架 10 11 12 7 工件工件yi 金属切削机床金属切削机床滚切斜齿圆柱齿轮传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮传动原理图 金属切削机床金属切削机床滚刀的安装滚刀的安装滚刀与齿轮螺旋线方向滚刀与齿轮螺旋线方向相同相同时时滚刀与齿轮螺旋线方向滚刀与齿轮螺旋线方向相反相反时时齿轮的螺旋角；齿轮的螺旋角；滚刀的螺旋升角；滚刀的螺旋升角； 金属切削机床金属切削机床工件附加转到的方向工件附加转到的方向右旋滚刀切斜齿轮右旋滚刀切斜齿轮刀架向下移动螺旋线导

14、程刀架向下移动螺旋线导程T，工件应多转（右旋齿，工件应多转（右旋齿轮）或少转（左旋齿轮）轮）或少转（左旋齿轮）1 转。转。 金属切削机床金属切削机床第三节第三节 YC3180型滚齿机型滚齿机 800maxD10maxm8minzkw15P 金属切削机床金属切削机床 15K W1500r/m in901764428324036243648a233b23524efabcd273636241403434402030204030253935223530404030232324020 80196t=1024482424c2d22323232321214545合 成2403030t= 3 p iM25 金

15、属切削机床金属切削机床0. YC31800. YC3180运动合成机构运动合成机构切削直齿圆柱齿轮时短齿离合器切削直齿圆柱齿轮时短齿离合器M1M1合上，合上，与系杆与系杆H H轴轴1010为一体，这时合成机构就相为一体，这时合成机构就相当于一联轴器，当于一联轴器，i i合成合成-1-1。 金属切削机床金属切削机床切削斜齿圆柱齿轮时长齿切削斜齿圆柱齿轮时长齿离合器离合器M2M2合上，把系杆合上，把系杆H H、空套齿轮空套齿轮ZyZy固连在一起，固连在一起，差动输入接通；同时，展差动输入接通；同时，展成运动输入成运动输入ZxZx也接通。也接通。切削直齿圆柱齿轮时长齿离合器切削直齿圆柱齿轮时长齿离合

16、器M2M2开，短齿离开，短齿离合器合器M1M1合上，系杆合上，系杆H H轴、轴、M1M1和和合为一体，这合为一体，这时合成机构就相当于一联轴器，时合成机构就相当于一联轴器，i i合成合成-1-1。切削斜齿圆柱齿轮时短齿离合器切削斜齿圆柱齿轮时短齿离合器M1M1开，长齿离合器开，长齿离合器M2M2合上，把系杆合上，把系杆H H、空套齿轮、空套齿轮7272固连在一起，差动输入固连在一起，差动输入接通；同时，展成运动输入接通；同时，展成运动输入5656也接通。也接通。合成机构传动比计算如下合成机构传动比计算如下:n9；:n10； H: nH。 Z1: na； Z3: nb。给整个机构加一个（给整个机

17、构加一个（ nH ），则），则Z1:（nanH）; Z3: （ nb nH）。）。2123( 1)bHaaHannzznnzz 0;12bHabaHnninnn0in 合成合成 ； 金属切削机床金属切削机床传动系统分析：传动系统分析：工件的加工需要几个运动？工件的加工需要几个运动？哪几个是简单运动，哪几个是复合运动？哪几个是简单运动，哪几个是复合运动？需要几条传动链？需要几条传动链？传动链分析步骤：传动链分析步骤： 确定末端件，即这条传动链的两端是什么机件；确定末端件，即这条传动链的两端是什么机件； 列出计算位移，即列出两末端件的运动关系；列出计算位移，即列出两末端件的运动关系； 对照传动原理

18、图，列出运动平衡式；对照传动原理图，列出运动平衡式； 计算换置式。计算换置式。一一. . 基本运动分析基本运动分析 金属切削机床金属切削机床1. 主运动传动链主运动传动链 换置式换置式n80202323232323233533244836364824403244284824176901500180208023232323232333359017615001nniv末端件末端件 电动机电动机主轴主轴计算位移计算位移 1500 (r/min ) n (r/min ) 运动平衡式运动平衡式9速变速箱，速变速箱，iv 金属切削机床金属切削机床2. 展成运动传动链（分齿链）展成运动传动链（分齿链） 末端

19、件末端件 主轴（滚刀）主轴（滚刀）工作台（工件）工作台（工件）计算位移计算位移 1 转转(滚刀滚刀 ) K/z转转(工件工件 ) 运动平衡式运动平衡式zKdcbafei961454523232323232320801合成换置式换置式zKdcbafeix24zKefdcba24 金属切削机床金属切削机床zKefdcba24当当 z = 21161 时，时， 取取 e = f = 42， 则则zKdcba24当当 z = 820 时，时， 取取 e = 56，f = 28，则，则zKdcba21当当 z 161 时，时， 取取 e = 28，f = 56，则，则zKdcba84（通常（通常 K =

20、 1 或或 2）原则上，不要升速太大，增加噪音；再者原则上，不要升速太大，增加噪音；再者也不要降速太大，结构太大。也不要降速太大，结构太大。 金属切削机床金属切削机床3. 进给传动链（进给链）进给传动链（进给链） 末端件末端件 工作台（工件）工作台（工件）滚刀（丝杠）滚刀（丝杠）计算位移计算位移 1 转转(工作台工作台 ) f （滚刀）（滚刀）运动平衡式运动平衡式换置式换置式f 34023030352525354040352522393030402030302040403434402413636362719616 速进给箱速进给箱 + 滑移齿轮滑移齿轮 = if换向机构换向机构ffif45.

21、031240303012436362736961 金属切削机床金属切削机床二二. . 滚切斜齿轮的运动链滚切斜齿轮的运动链1. 差动链差动链 末端件末端件 滚刀架滚刀架工件工件计算位移计算位移 T (滚刀架滚刀架 ) 1 (工件工件) 运动平衡式运动平衡式1961402242421213030240312222dcbafeidcbaT合成iyix换置式换置式962124024242121303040232222cdabefTdcbaiy962421240242421213030402sin3KzmziymKdcbaiysin62222 金属切削机床金属切削机床zmTtg端mmcos端mzmzT

22、sincostgKzicdabefx241另：另：模数螺纹之导程，模数螺纹之导程，m=3 金属切削机床金属切削机床 展成链与滚切直齿圆柱齿轮相同，但合成机构打展成链与滚切直齿圆柱齿轮相同，但合成机构打开。展成运动从恒星轮传入，从另一恒星轮传出。两开。展成运动从恒星轮传入，从另一恒星轮传出。两恒星轮转速相同，转向相反，传动比为恒星轮转速相同，转向相反，传动比为-1。因此，展。因此，展成链的换置式不变，但滚刀和工件的相对旋转方向与成链的换置式不变，但滚刀和工件的相对旋转方向与滚切直齿齿轮时相反。为了要相同，在展成链的挂轮滚切直齿齿轮时相反。为了要相同，在展成链的挂轮架内增加一个惰轮。架内增加一个惰

23、轮。2. 展成链展成链 3. 主运动链和进给链主运动链和进给链与滚切直齿齿轮时相同与滚切直齿齿轮时相同 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床三三. . 径向进给法滚切涡轮径向进给法滚切涡轮 主运动链和展成链与滚切直齿齿轮相同；主运动链和展成链与滚切直齿齿轮相同； 床身溜板连同工作台和后立柱在床身的导轨上作水床身溜板连同工作台和后立柱在床身的导轨上作水平的径向进给；平的径向进给； 径向进给行程较短，但对行程终点要求较高（因影径向进给行程较短，但对行程终点要求较高（因影响齿厚），常用手动进给；响齿厚），常用

24、手动进给； 床身右端的液压缸用于加工完毕后使工件退离滚刀床身右端的液压缸用于加工完毕后使工件退离滚刀以便装卸；装卸工件完毕后使工件复位。以便装卸；装卸工件完毕后使工件复位。 金属切削机床金属切削机床第四节第四节 传动链换置器官的布置传动链换置器官的布置 一、外联系传动链换置器官一、外联系传动链换置器官 如果外联系传动链与内联系传动链有公用段，则外如果外联系传动链与内联系传动链有公用段，则外联系传动链的换置器官不得布置于公用段内。联系传动链的换置器官不得布置于公用段内。 金属切削机床金属切削机床二、内联系传动链换置器官二、内联系传动链换置器官zKcixaxamzciyayasin sinmKci

25、xbxbmzciybybsin zKcixcxcmKciycycsin 金属切削机床金属切削机床第五节第五节 其它类型齿轮加工方法其它类型齿轮加工方法一一. 插插 齿机齿机 插齿机主要用于插齿机主要用于: :加工直齿圆柱齿轮，加工直齿圆柱齿轮， 特别是内齿轮和多联齿轮，装上附件，还能加工齿特别是内齿轮和多联齿轮，装上附件，还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。条，但插齿机不能加工蜗轮。圆周进给运动圆周进给运动让刀运动让刀运动径向切入运动径向切入运动 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床二二. 磨齿机磨齿机 磨齿机是用磨削方法对齿轮齿面进行精加工的精磨齿机是用磨削方法对齿轮齿面进行精

26、加工的精密机床，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可密机床，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达到达到 6 级或更高。级或更高。 按齿廓的形成方法，磨齿也有成形法和范成法两按齿廓的形成方法，磨齿也有成形法和范成法两种，但大多数类型的磨齿机是以范成法加工齿轮种，但大多数类型的磨齿机是以范成法加工齿轮 。 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床 金属切削机床金属切削机床引言引言 一般以齿轮链传动的滚齿机，只配备加工质数齿数小于一般以齿轮链传动的滚齿机，只配备加工质数齿数小于100的的交换齿轮挂轮。以交换齿轮挂轮。以Y38滚齿机为例，用于分度的全套分齿交换滚齿机为例，用于分度的全套分齿交换齿轮就有齿轮就有43件。对于大