第四章 齿轮加工机床

1、（一）教学要求（一）教学要求 （）掌握齿面形成方法；（）掌握齿面形成方法； （）能看懂滚齿传动系统图，会进行有关运动计算；（）能看懂滚齿传动系统图，会进行有关运动计算； （）了解其它齿轮加工设备（）了解其它齿轮加工设备 （二）教学的重点与难点（二）教学的重点与难点 l重点重点：齿面形成方法、滚齿机的传动原理和运动计算。齿面形成方法、滚齿机的传动原理和运动计算。 l难点难点：滚齿机的传动原理和运动计算滚齿机的传动原理和运动计算 （三）教学内容（三）教学内容第四章第四章 齿轮加工机床齿轮加工机床第四章第四章 齿轮加工机床齿轮加工机床教学内容教学内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 滚齿机滚齿机第

2、二节第二节 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床4.1 概述概述一、齿轮加工机床的工作原理一、齿轮加工机床的工作原理 1.1.加工方法分类：加工方法分类： （1 1）成型法：）成型法：要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的的齿槽形状要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的的齿槽形状相吻合。相吻合。 齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。 成形法包括：铣削法、拉削法成形法包括：铣削法、拉削法 1) 1) 铣削法铣削法 铣削法加工刀具：圆盘铣刀、指状铣刀铣削法加工刀具：圆盘铣刀、指状铣刀 圆盘铣刀外形与齿轮齿槽形状相同。铣齿时，圆盘铣刀绕其自身轴线圆盘铣刀外形与

3、齿轮齿槽形状相同。铣齿时，圆盘铣刀绕其自身轴线旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向作直线移动，铣出一个齿槽后，将旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向作直线移动，铣出一个齿槽后，将齿齿 轮毛坯转过轮毛坯转过360360/z/z，再铣第二个齿槽，依此类推。，再铣第二个齿槽，依此类推。铣削法动态演示4.1 概述概述一、齿轮加工机床的工作原理一、齿轮加工机床的工作原理指状铣刀：指状铣刀： 指状齿轮铣刀加工齿轮方法与用圆盘铣刀时相似。不过指状铣刀常用指状齿轮铣刀加工齿轮方法与用圆盘铣刀时相似。不过指状铣刀常用于加工大模数的齿轮（于加工大模数的齿轮（m20mmm20mm），并可用于加工人字齿轮。），并可用于加工人

4、字齿轮。指状铣刀加工示意图 2) 2) 拉削法拉削法2.2.成形法加工特点：成形法加工特点： 优点：优点：机床结构简单，可以利用通用机床加工。机床结构简单，可以利用通用机床加工。 缺点：缺点：对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不同，就对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不同，就需要采用不同的成形刀具。需要采用不同的成形刀具。 齿面成形方法的精度不高，生产率也较低。齿面成形方法的精度不高，生产率也较低。 用途：用途：主要用于精度要求不高修配行业。此外，也可用成形刨刀在主要用于精度要求不高修配行业。此外，也可用成形刨刀在刨床上刨齿，或在插床上插齿。刨床上刨齿，或在插床上插齿。 4

5、.1 概述概述一、齿轮加工机床的工作原理一、齿轮加工机床的工作原理（2 2）范成法）范成法 加工齿轮应用齿轮啮合的原理。其切齿过程模拟齿轮副的啮合过程，加工齿轮应用齿轮啮合的原理。其切齿过程模拟齿轮副的啮合过程，如齿轮一齿轮副，把其中的一个转化为刀具，另一个作为工件，并保证刀如齿轮一齿轮副，把其中的一个转化为刀具，另一个作为工件，并保证刀具和工件之间做严格的啮合运动。被加工齿的齿面是在刀具和工件包络过具和工件之间做严格的啮合运动。被加工齿的齿面是在刀具和工件包络过程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的。程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的。 优点：优点：只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工

6、任意齿数的齿轮，只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮，加工精度和生产率都比较高。加工精度和生产率都比较高。 4.1 概述概述一、齿轮加工机床的工作原理一、齿轮加工机床的工作原理 属于范成法的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等。属于范成法的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等。滚齿加工动态演示插齿加工动态演示磨齿加工动态演示珩齿加工动态演示4.1 概述概述二、齿轮加工机床的类型二、齿轮加工机床的类型齿轮加工齿轮加工机床机床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滚齿机插齿机插齿机刨齿机刨齿机铣齿机铣齿机拉齿机拉齿机珩齿机珩齿机剃齿机剃齿机磨齿机磨齿机4.2 滚

7、齿机滚齿机加工范围加工范围 （1 1）直齿圆柱齿轮）直齿圆柱齿轮 （2 2）斜齿圆柱齿轮）斜齿圆柱齿轮 （3 3）蜗轮）蜗轮4.2 滚齿机滚齿机一、滚齿原理一、滚齿原理 1 1滚刀；滚刀；2 2工件工件4.2 滚齿机滚齿机一、滚齿原理一、滚齿原理（一）（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理4.2 滚齿机滚齿机一、滚齿原理一、滚齿原理（一）（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理4.2 滚齿机滚齿机 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图滚齿机动态传动路线 1. 1.范成运动范成运动 （一）（一） 加工直

8、齿圆柱齿轮时的运动和传动原理加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理4.2 滚齿机滚齿机 滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运动。这个滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运动。这个运动可以被分解为两个部分：滚刀的旋转运动运动可以被分解为两个部分：滚刀的旋转运动B B1111和工件的旋转运动和工件的旋转运动B B1212。这一复合运动需要有一个内联系传动链用以保持。这一复合运动需要有一个内联系传动链用以保持B B1111和和B B1212之间之间的相对运动关系的相对运动关系 展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系。展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系。 2. 2.主运动

9、主运动 为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀还需做轴向为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀还需做轴向的直线运动的直线运动A A2 2。 3. 3.轴向进给运动轴向进给运动 范成传动链：滚刀范成传动链：滚刀-4-5-u-4-5-ux x-6-7-6-7-工件工件4.2 滚齿机滚齿机滚齿机动态传动路线4.2 滚齿机滚齿机主运动传动链：电动机主运动传动链：电动机-1-2-u-1-2-uv v-3-4-3-4-滚刀滚刀滚齿机动态传动路线4.2 滚齿机滚齿机轴向进给传动链：工件轴向进给传动链：工件-7-8-u-7-8-uf f-9-10-9-10-刀架升降刀架升降l l丝杠丝杠滚齿机动态

10、传动路线（二）（二） 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理4.2 滚齿机滚齿机 1. 1. 运动运动 4.2 滚齿机滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图2. 2. 传动原理传动原理3.3.滚切斜齿圆柱齿轮的传动链滚切斜齿圆柱齿轮的传动链4.2 滚齿机滚齿机滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图 附加运动保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程附加运动保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L L时时, ,工件工件附加转一转。附加转一转。4. 4. 加工斜齿圆柱齿轮时的附加运动加工斜齿圆柱齿轮时的附加运动4.2 滚齿机滚

11、齿机滚齿机动态传动路线 附加运动传动链附加运动传动链: :刀架（滚刀移动刀架（滚刀移动A A2121）1213u1213uy y14141515合成合成 67u 67ux x8989工作台工作台( (工件附加转动工件附加转动B B2222) )4.2 滚齿机滚齿机4.2 滚齿机滚齿机（三）滚齿机的运动合成机构（三）滚齿机的运动合成机构合成机构动态演示4.2 滚齿机滚齿机（四）加工蜗轮时的运动和传动原理（四）加工蜗轮时的运动和传动原理 根据切入进给方法不同，滚切蜗轮的方法有两种：根据切入进给方法不同，滚切蜗轮的方法有两种： 1. 1.径向进给法径向进给法 这种加工方法在一般滚齿机上都可进行这种加

12、工方法在一般滚齿机上都可进行 2. 2.切向进给法切向进给法 这种加工方法只在滚刀刀架上具备切向进给溜板的滚切机上方这种加工方法只在滚刀刀架上具备切向进给溜板的滚切机上方能进行，同时需要采用带切削锥的蜗轮滚刀。能进行，同时需要采用带切削锥的蜗轮滚刀。4.2 滚齿机滚齿机二、滚齿机传动系统及其调整计算二、滚齿机传动系统及其调整计算滚齿机外形滚齿机外形4.2 滚齿机滚齿机滚齿机工艺范围滚齿机工艺范围（一）加工直齿圆柱齿轮的调整计算（一）加工直齿圆柱齿轮的调整计算1. 1. 主运动传动链主运动传动链2. 2. 范成运动传动链范成运动传动链4.2 滚齿机滚齿机3. 3. 轴向进给运动传动链轴向进给运动

13、传动链4.2 滚齿机滚齿机（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算1. 1. 主运动传动链主运动传动链 加工斜齿圆柱齿轮时，机床主运动传动链的调整计算和加工直齿圆加工斜齿圆柱齿轮时，机床主运动传动链的调整计算和加工直齿圆柱齿轮时相同。柱齿轮时相同。2. 2. 范成运动传动链范成运动传动链3. 3. 轴向进给运动传动链轴向进给运动传动链 轴向进给传动链及其调整计算和加工直齿圆柱齿轮相同。轴向进给传动链及其调整计算和加工直齿圆柱齿轮相同。4.2 滚齿机滚齿机4. 4. 附加运动传动链附加运动传动链4.2 滚齿机滚齿机4.2 滚齿机滚齿机（三）滚切齿数大于（三）滚切齿数大于1

14、00100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算的质数直齿圆柱齿轮的调整计算 首先选择一接近于所需加工的齿数首先选择一接近于所需加工的齿数z z的数值的数值z z0 0来调整范成运动传动来调整范成运动传动链（链（ z z0 0应是能够利用机床现有挂轮的数值）。显然，这时范成运动传动应是能够利用机床现有挂轮的数值）。显然，这时范成运动传动链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转1 1转，工件转转，工件转k/ zk/ z0 0 转。因而，转。因而，在范成运动中，滚刀转在范成运动中，滚刀转1 1转时，工件产生运动误差（转时，工件产生运动误差（k/z-k/ zk/z-k/ z0 0

15、）转。）转。为了补偿这一误差，可利用附加运动传动链，在工件转为了补偿这一误差，可利用附加运动传动链，在工件转k k z z转过程中转过程中，使工件得到附加的（，使工件得到附加的（k/z-k/ zk/z-k/ z0 0 ）转，从而加工出齿轮齿数为）转，从而加工出齿轮齿数为z z的直的直齿圆柱齿轮。此处的附加运动链，其两端件是工作台（工件转动）齿圆柱齿轮。此处的附加运动链，其两端件是工作台（工件转动）工工作台（工件附加转动），运动联系路线为作台（工件附加转动），运动联系路线为:9-10-u f-11-13-u:9-10-u f-11-13-uy y-14-15-14-15-合成合成-6-7-u-6

16、-7-ux x-8-9-8-9。1 1加工原理加工原理4.2 滚齿机滚齿机 (1) (1) 主运动和轴向进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮时相同。主运动和轴向进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮时相同。2 2传动链的调整计算传动链的调整计算 (2) (2) 范成运动传动链范成运动传动链(3) (3) 附加运动传动链附加运动传动链 附加运动传动链的两端件是工作台附加运动传动链的两端件是工作台工作台，计算位移是：工作台转工作台，计算位移是：工作台转k/zk/z转，工作台附加转（转，工作台附加转（k/z-k/zk/z-k/z0 0) )转，其运动平衡式为：转，其运动平衡式为：4.2 滚齿机滚齿机（四）刀架

17、快速移动的传动路线（四）刀架快速移动的传动路线1 1加工原理加工原理 刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换。刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换。 在在Y3150EY3150E型滚齿机上，起动快速电动机之前，必须先用操纵手柄型滚齿机上，起动快速电动机之前，必须先用操纵手柄P3P3将轴将轴上的三联滑移齿轮移到空挡位置，以脱开上的三联滑移齿轮移到空挡位置，以脱开和和之间之间的传动联系（见图的传动联系（见图4-7)4-7)。为了确保操作安全，机床设有电气互锁装置。为了确保操作安全，机床设有电气互锁装置，保证只有当操纵手柄，保证只有当操纵手柄P3P3放在放在“快速移

18、动快速移动”的位置上时，才能起动快的位置上时，才能起动快速电动机。速电动机。4.2 滚齿机滚齿机（二）滚刀安装角的调整（二）滚刀安装角的调整4.2 滚齿机滚齿机（二）滚刀安装角的调整（二）滚刀安装角的调整4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床一、插齿机一、插齿机（一）机构（一）机构 4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床一、插齿机一、插齿机（一）插齿原理（一）插齿原理 4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床（二）插齿原理（二）插齿原理 插齿原理及所需运动插齿原理及所需运动插齿加工动态演示4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床（二）插齿机的运动（二）插齿机

19、的运动 1 1主运动主运动 是插齿刀沿其工件的轴线所作的轴线往复运动。是插齿刀沿其工件的轴线所作的轴线往复运动。4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床2 2范成运动范成运动 插齿刀转过一转，工件也转一转，这两个运动组成一个复合运动，插齿刀转过一转，工件也转一转，这两个运动组成一个复合运动，即范成运动。即范成运动。4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床3 3圆周进给运动圆周进给运动 插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的快慢，同时，决定了插插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的快慢，同时，决定了插齿刀每一次切削的切削负荷，所以称插齿刀的转动为圆周进给运动。齿刀每一次切削的切削负荷

20、，所以称插齿刀的转动为圆周进给运动。4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床（二）插齿机的运动（二）插齿机的运动 4 4让刀运动让刀运动 让开和恢复原位的运动让开和恢复原位的运动5 5径向切入运动径向切入运动 即让工件逐渐地向插齿刀（或插齿刀向工件）作径向切入运动。即让工件逐渐地向插齿刀（或插齿刀向工件）作径向切入运动。4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床（三）插齿机的传动原理（三）插齿机的传动原理 4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床二、圆柱齿轮磨齿机二、圆柱齿轮磨齿机 磨齿机是用磨削方法对齿轮轮齿面进行精加工的精密机床，主要用磨齿机是用磨削方法对齿轮轮齿面进

21、行精加工的精密机床，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达到于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达到6 6级或更高。级或更高。( (一一) )磨齿原理及所需运动磨齿原理及所需运动1 1、成形法的磨齿原理、成形法的磨齿原理蜗杆砂轮型磨齿机蜗杆砂轮型磨齿机 蜗杆砂轮磨齿机用直径很大的修整成蜗杆砂轮磨齿机用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮，其工作原理和滚蜗杆形的砂轮磨削齿轮，其工作原理和滚齿机相同，但行程齿线的轴向进给运动一齿机相同，但行程齿线的轴向进给运动一般由工件完成。般由工件完成。2.展成法的磨齿原理及运动（1）连续磨齿锥形砂轮型磨齿机锥形砂轮型磨齿机 锥形砂轮型磨齿机是利用齿条和齿轮啮合原理来

22、磨削齿轮的，锥形砂轮型磨齿机是利用齿条和齿轮啮合原理来磨削齿轮的，它所用的砂轮截面形状是按照齿条的齿廓修整的。它所用的砂轮截面形状是按照齿条的齿廓修整的。（2）单齿分度 锥形砂轮型磨齿机的成形运动有：砂轮旋转锥形砂轮型磨齿机的成形运动有：砂轮旋转B B1 1和直线移动和直线移动A A2 2，这是形成齿线所需的两个简单运动；工件转动这是形成齿线所需的两个简单运动；工件转动B B3131和直线移动和直线移动A A3232，是，是形成渐开线齿廓所需的一个复合运动形成渐开线齿廓所需的一个复合运动展成运动。展成运动。 此外，为磨出全部轮齿，还需一个周期的分度运动。锥形砂轮型此外，为磨出全部轮齿，还需一个

23、周期的分度运动。锥形砂轮型磨齿机的传动原理磨齿机的传动原理如图如图4-244-24所示。所示。 1.1.主运动主运动 主运动是砂轮旋转运动主运动是砂轮旋转运动B B1 1，由外联系传动链，由外联系传动链“1212u uv v3434砂轮主轴（砂轮转动）砂轮主轴（砂轮转动）”实现，实现，uvuv为调整砂轮转速的换置机构为调整砂轮转速的换置机构 2.2.轴向进给运动轴向进给运动 轴向进给运动是砂轮的往复直线运动轴向进给运动是砂轮的往复直线运动A A2 2，由外联系传动链，由外联系传动链“5566ufuf789789曲柄偏心盘机构曲柄偏心盘机构P P砂轮架溜板（砂轮移动）砂轮架溜板（砂轮移动）”实现

24、。实现。u uf f为调整砂轮轴向进给速度的换置机构。为调整砂轮轴向进给速度的换置机构。4.3 其它类型齿轮加工机床其它类型齿轮加工机床（二）锥形砂轮型磨齿机（二）锥形砂轮型磨齿机 3.3.展成运动展成运动 展成运动是工件转动展成运动是工件转动B B3131和直线移动和直线移动A A3232形成的一个复合运动，形成的一个复合运动，由由内联系传动链：内联系传动链： 回转工作台（工件旋转）回转工作台（工件旋转）16151615合成合成14131413u ux x121110121110纵向工作台（工件直线移动）纵向工作台（工件直线移动） 外联系传动链：外联系传动链：17181718u us s19

25、111911来实现。来实现。 前者保证展成运动的运动轨迹，即工件转动与移动之间的严格运前者保证展成运动的运动轨迹，即工件转动与移动之间的严格运动关系，后者使工件获得一定速度和方向的展成运动。换置机构动关系，后者使工件获得一定速度和方向的展成运动。换置机构u uf f 2 2中除变速机构外，还有自动换向机构，使工件在加工过程中能来回滚中除变速机构外，还有自动换向机构，使工件在加工过程中能来回滚转，依次完成各个齿的磨齿工作循环。转，依次完成各个齿的磨齿工作循环。u ux x是用来调节工件齿数和模数是用来调节工件齿数和模数变化的换置机构。变化的换置机构。 4. 4.分度运动分度运动 工件的分度由分度

26、运动传动链工件的分度由分度运动传动链“分度机构分度机构21212222u u y y23242324合成合成15161516回转工作台回转工作台”实现，机床的自实现，机床的自动控制系统与分度机构离合器接合，使分度机构在旋转一定角度后即动控制系统与分度机构离合器接合，使分度机构在旋转一定角度后即脱开，并由分度盘准确定位。在分度机构接合一次的过程中，工件在脱开，并由分度盘准确定位。在分度机构接合一次的过程中，工件在展成运动的基础上，附加转过一个齿，这是由调整换置机构展成运动的基础上，附加转过一个齿，这是由调整换置机构u uy y来保证来保证的。的。 此种机床的此种机床的优点优点是通用性高，砂轮形状简单（直线）；是通用性高，砂轮形状简单（直线）； 缺点缺点是内联系传动链长，砂轮形状不易修整得准确，精度难以提是内联系传动链长，砂轮形状不易修整得准确，精度难以提高，生产率也较低。主要用于小批和单件生产。高，生产率也较低。主要用于小批和单件生产。 三、锥齿轮加工机床的运动分析三、