机械制造工程学第5章-3

1、 5. 8 齿轮加工机床与齿轮刀具5.8.1 齿轮加工机床 齿轮加工机床是加工齿轮轮齿的基本设备。按照被加工齿轮的形状，齿轮加工机床可分为圆柱齿轮加工机床和圆锥齿轮加工机床。 圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机等。 锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿轮的铣齿机。 用来精加工齿轮齿面的机床有研齿机、剃齿机和磨齿机等。 1齿轮加工方法根据齿形形成的原理，齿轮加工方法可分为成形法和展成法两类。 （1）成形法：成形法是用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具切削轮齿。 （2）展成法 展成法切削齿轮，其刀具的切削刃相当于齿条或齿轮的齿廓，与被加工齿轮的齿数无关，只需一把刀

2、具就能加工出模数相同而齿数不同的齿轮，其加工精度和生产率都比成形法高，因而应用也最广泛。 采用展成原理加工齿轮的机床有滚齿机、插齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机等。 2滚齿机 滚齿机广泛用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，又是唯一能加工蜗轮的齿轮加工机床。（1）滚齿原理 滚齿机是用齿轮滚刀根据展成原理来加工齿轮渐开线齿廓的。（2）加工直齿圆柱齿轮的传动原理 加工直齿圆柱齿轮的成形运动必须包括形成渐开线齿廓的展成运动和形成直线形齿线的运动。a展成运动传动链： 属内联系传动链。b主运动传动链： 属外联系传动链。c轴向进给运动传动链： 属外联系传动链。 （3）滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理 斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿

3、轮相比，其端面上齿廓是渐开线齿形，而齿长方向不是一条直线，是螺旋线。因此，在滚切斜齿圆柱齿轮时，除需要有展成运动，主运动和轴向进给运动以外，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动B22，而且这两个运动之间必须保持确定的关系：滚刀移动一个工件螺旋线导程时，工件应准确地附加转过一转。 滚切斜齿圆柱齿轮时，展成运动、主运动以及轴向进给运动传动链与加工直齿圆柱齿轮相同，只是刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链；这条传动链属于内联系传动链。 （4）滚刀的安装 在滚齿时，要求滚刀的刀齿螺旋线方向与工件齿槽方向必须一致，这是沿齿向进给切出全齿长的条件。所以，加工前要调整滚刀

4、的安装角。 滚刀加工直齿圆柱齿轮的安装角。滚刀位于工件前面，滚刀的螺旋升角为0。从几何关系可知，滚刀安装角0。角度的偏转方向与刀齿的螺旋方向有关。00 用滚刀加工斜齿圆柱齿轮时，由于滚刀和工件的螺旋方向都有左、右方向之分，则它们之间共有四种不同的组合。则有0，式中为被加工齿轮螺旋角。 00000000（a）左旋滚刀滚切左旋齿轮；（b）右旋滚刀滚切右旋齿轮；（c）左旋滚刀滚切右旋齿轮；（d）右旋滚刀滚切左旋齿轮（6）Y3150E型滚齿机 Y3150E型滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮，使用蜗轮滚刀时，还可以手动径向进给滚切蜗轮。 传动系统中分析计算任一条传动链的具体步骤是：（1）确定末端件，

5、即这条动链的首、末件；（2）确定首、末件的计算位移；（3）对照传动系统图，列出运动平衡式；在列运动平衡式之前，可先列出其传动路线表达式；（4）根据运动平衡式计算换置机构的传动比。 1）滚切直齿圆柱齿轮的传动链及换置计算主运动传动链a找末端件：电动机滚刀b确定计算位移：n电（r/min）n刀（r/min）c列出运动平衡式：根据计算位移关系及传动路线，可得运动平衡式： 式中n刀为滚刀转速。 d计算换置式 将上面的运动平衡式化简得：只要确定了n刀，就可计算出uv的值，并由此确定出变速箱中啮合的齿轮对和挂轮的齿数。 展成运动传动链a找末端件：滚刀工件b确定计算位移：1/K r（滚刀）1/Z工 r（工件

6、）c列出运动平衡式式中u合成表示通过合成机构的传动比。当加工直齿圆柱齿轮时，以轴IX端使用短齿爪式离合器M1, M1 将合成机构的转臂与轴IX连成一体。此时u合成=1。d计算换置式 式中e、f为结构挂轮，根据被加工齿轮的齿数选取，用以调整ux的数值，使其不会过大或过小，便于挂轮的选取。 称为分齿挂轮。 进给运动传动链a找末端件：工件（工作台）刀架b确定计算位移：l（r）f （mm）c列出运动平衡式：d.计算换置式： 式中f为轴向进给量，单位为mm/r。u进为进给箱轴XVIIXVIII之间的传动比，共有三种：49/35、30/54、39/45。 2）滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及换置 滚切斜齿圆柱齿

7、轮与滚切直齿圆柱齿轮的传动链基本相同，只是增加了一条差动运动传动链。这时将短齿离合器Ml换成长齿离合器M2。 M2同时与合成机构壳体（系杆H）齿轮Z72的端面齿相啮合，系杆H与外部接通。由展成运动传动链和差动传动链传来的运动分别通过齿轮Z56和Z72输入合成机构，运动合成后由轴输出。 差动运动传动链 a找末端件：刀架工件b定计算位移：刀架沿轴向移动一个工件螺旋线导程L mm,工件附加 1r。记作：L mm1 r（附加） 设工件的螺旋角为，齿数为ZI，端面模数为m端。其导程L为： c列出运动平衡式： 对于差动运动传动链， ux为分齿挂轮 的传动比， d计算换置式：式中 称为差动挂轮。 3插齿机

8、插齿机用于加工内啮合和外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮，尤其适用于加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮，装上附件后还可以加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。插齿原理及插齿时所需要的成形运动如下： 插齿机除了必须的插削主运动和展成运动以外，还需要让刀运动、径向切入运动和圆周进给运动。展成传动链是内联传动链，主运动传动链和圆周进给运动传动链都是外联传动链。 4磨齿机 磨齿机多用于对淬硬齿轮齿面的精加工，也可直接在齿坯上磨出齿廓表面。磨齿加工能修整齿轮预加工的各项误差，其加工精度一般可达6级以上。 按齿廓的形成方法，磨齿机通常分为成形砂轮法磨齿和展成法磨齿两大类。 5剃齿机 剃齿机是利用剃齿刀对未淬火的直齿或斜齿圆

9、柱齿轮进行剃削加工的机床。剃齿刀1带动工件2旋转，工件装在两顶尖之间的心轴上，工作台3和4作慢速往复运动，工作台每往返一次行程，升降台5便作一次垂直进给运动。利用操纵箱，工作台到达行程终点并开始返回行程时，剃齿刀带动工件亦反转。机床具有两个工作台3和4，这样的结构便于修整工件的齿形。f2 5.8.2 齿轮刀具 齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。按齿轮齿形的成形方法，可将齿轮刀具分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具两大类。1成形齿轮刀具 a ) 盘形齿轮铣刀 b) 指形齿轮铣刀2展成齿轮刀具 加直齿或斜齿渐开线齿轮的展成刀具有插齿刀、齿轮滚刀、剃齿刀；加工直齿锥齿轮和圆弧齿锥齿轮的展成刀具有成对展成刨

10、刀、成对铣刀、弧齿锥齿轮刀盘；加工非渐开线齿形的展成齿轮刀具有矩形花键滚刀、矩形花键插齿刀等。 1) 插齿刀 a) 盘形直齿插齿刀 b) 碗形直齿插齿刀 c) 锥柄直齿插齿刀2) 齿轮滚刀 齿轮滚刀是用于加工渐开线外啮合直齿齿轮和斜齿齿轮最常用的刀具。基本蜗杆螺旋面为渐开螺旋面的蜗杆称为渐开线蜗杆，用这种蜗杆经开槽铲齿形成的滚刀称为渐开线滚刀。从理论上讲渐开线滚刀才能加工出渐开线齿形，但这种滚刀制造困难，生产中几乎不用它，而是用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆经开槽铲齿制成的阿基米德滚刀或法向直廓滚刀。由于阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆螺旋面的形成原理与渐开线基本蜗杆螺旋面的形成原理不同

11、，因此螺旋面形状不同，用它们制成的滚刀加工出来的齿轮会产生齿形误差，但是当滚刀分圆柱螺纹升角0很小时，加工误差很小，同模数、同压力角的阿基米德滚刀加工出的齿轮齿形误差小于法向直廓滚刀，故生产中加工齿轮都是阿基米德滚刀。 a) 整体齿轮滚刀 b) 直槽镶片滚刀 工具厂生产的滚刀为右旋滚刀。 齿轮滚刀的容屑槽形式都做成直槽，以便滚刀的制造和重磨。 大批大量生产的汽车、拖拉机齿轮，齿形加工常采用滚剃珩工艺，剃前齿轮常采用剃前滚刀加工，为了在剃齿时不让剃齿刀齿顶参加切削以免损坏剃齿刀，剃前齿轮齿根应有微量沉切，沉切量2很小，一般20.010.04mm。为了使剃齿时被剃齿轮齿顶不产生毛刺，剃前齿轮的齿顶

12、应修缘，修缘量10.030.1mm。加工这种剃前齿轮齿形的剃前滚刀齿形在齿顶处有凸角。剃前滚刀是专用刀具，由生产厂设计、制造。 a) 被剃齿轮齿形 b) 剃前滚刀轴向齿形(3) 剃齿刀 剃齿是用于精加工齿形的一种方法，所用刀具称为剃齿刀。剃齿刀实际上是一个由高速钢制造的在其齿面上加工有许多容屑槽的高精度变位螺旋齿轮。容屑槽与齿面的交线为切削刃，剃齿刀加工齿轮的过程属于螺旋齿轮啮合过程，螺旋齿轮啮合时齿面接触点有相对滑动，所以剃齿刀齿面与齿轮齿面产生相对滑动时，剃齿刀的切削刃就从工件上切削切屑。剃齿刀的结构形式有两种：闭槽剃齿刀（刀齿两侧面上容屑槽不贯通）。用于加工中等模数的齿轮；通槽剃齿刀，用

13、于加工模数m1.75的齿轮。 闭槽剃齿刀 通槽剃齿刀 (4) 花键滚刀 加工花键轴键槽的滚刀称为花键滚刀。花键滚刀加工花键轴属于螺旋齿轮啮合原理，因为刀齿在滚刀上成螺旋形分布，加工花键轴时刀齿螺旋方向应与花键轴齿槽方向一致，因而刀具轴线与工件轴线空间相错正好构成螺旋齿轮啮合。滚花键所需运动与滚齿轮所需运动完全相同。花键滚刀是专用刀具。 普通花键滚刀 带角花键滚刀5.9 组合机床 组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具

14、有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。 组合机床可以对工件进行多面、多主轴加工，一般是半自动的。 组合机床与专用机床和通用机床相比，有如下特点：1）组合机床中有7090的通用零、部件。这些零、部件是经过精心设计和长期生产实践考验的，所以工作稳定而且可靠。2）设计组合机床时，通用零、部件可以选用，不必设计，所以机床的设计周期短。3）这些通用零、部件可以成批生产，预先制造好。因此，机床的生产周期短，并可降低成本。4）当被加工对象改变时，可以利用原有的通用零、部件，组成新的组合机床。 5.10 TH5632型立式镗铣加工中心1机床布局及用途TH5632型立式镗铣加工中心是一种具有自动换刀装置的数控立式镗铣机床，该机床的另一名称是JCS-018，它采用了软件固定型计算机控制的FANUC-BESK7CM数控系统。把工件一次装卡在工作台上，可自动连续地完成铣、钻、镗、铰、锪、攻丝等多种工序的加工。该机床适用于小型板类、盘类、模具类等复杂工件的多品种中小批量加工，也可加工小型箱体类工件。 2机床