第八章 齿形加工

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第八章齿形加工教学目的：1、了解滚齿机的组成。2、了解滚齿机的传动系统。3、掌握常用齿形加工方法的原理、特点及应用。4、掌握齿轮滚刀、插齿刀的结构特点和选用。5、掌握滚齿机的调整方法及滚刀安装方法。教学重点：1、齿轮滚刀、插齿刀的结构特点和选用。2、常用齿形加工方法的原理、特点及应用。3、滚齿机的调整方法及滚刀安装方法。教学难点：1、常用齿形加工方法的原理、特点及应用。2、滚齿机的调整方法及滚刀安装方法。8.1齿形加工方法一、齿形加工方法概述1、无切削加工（1）加工方法：铸造、热轧、冷挤、注塑、粉末冶金。（2）优点：生产效率高、材料消耗少、成本低。2、切削加工：切削加工是指用切削和磨削加工的方法生产齿轮的过程。通常分铣齿、滚齿、插齿、刨齿、磨齿、剃齿、珩齿等多种方法。电子工程系

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二、齿形加工原理1、成形法（1）定义：利用与被加工齿轮齿槽法面截形相一致的刀具，在齿坯上加工出齿形的方法叫成形法。（2）常见的成法加工方法铣削、拉削、插削及磨削，最常用的方法是在铣床上用成形铣刀铣削齿形。（3）成形法的特点：优点是可以在普通铣床上的加工，缺点是加工精度一般不高（IT9～IT12），表面粗糙度为Ra6.3～3.2，生产率不高。一般用于单件小批量生产或用于重型机器上的大型齿轮的加工。视频801成形法加工齿轮（4）成形铣刀盘铣刀—--—用于m<8mm的直齿、斜齿圆柱齿轮。指状铣刀——用于加工m=8～40mm的直齿、斜齿齿轮和人字齿轮。视频802铣直齿视频803铣螺旋齿同一模数的铣刀按所加工的齿数通常分为8级（见表8—1）。当加工斜齿圆柱齿轮且精度要求不高时，可以借用加工直齿圆柱齿轮的铣刀，这时应以齿轮法向截面内的当量齿数Zd来选择：Zd=Z/COS3β式中：Z——斜齿轮齿数β——斜齿轮的螺旋角2、展成法（1）定义：利用一对齿轮啮合的原理进行齿轮加工的方法叫展成法。加工时刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。（3）常见的展成加工方法：滚齿、插齿、剃齿、磨齿等。

（2）特点：用一把刀具就可以切出同一模数而齿数不同的各种齿轮，具有较高的精度和生产率。但需配置专门的齿轮加工机床。视频804展成法加工齿轮原理8.2滚齿加工一、滚齿加工原理滚齿加工过程实质上是一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动过程。滚切过程中，刀具与工件的转速应符合下列关系：n刀/n工=Z工/K式中：Z工——工件的齿数K——滚刀的头数所以，它们相互之间的运动是一个具有严格传动比的内联系传动。该传动链称为展成运动传动链。视频805滚齿运动滚齿机滚齿加工过程：滚齿加工传动：滚齿加工的特点：（1）适应性好，刀具数量较少；（2）加工时的齿形误差和齿距误差小，精度比铣齿高；（3）加工生产率高；（4）由于滚刀结构的限制，容屑空间较小，表面粗糙度比插齿时大。滚齿加工主要用于直齿、斜齿圆柱齿轮以及蜗轮的加工，不用于加工内齿轮和多联齿轮。二、滚齿加工的应用（1）展成运动传动链：联系滚刀主轴旋转和工作台旋转的传动链为展成运动传动链。它保证工件和刀具之间严格的运动关系，是一条内联系传动链，既要求传动比准确，又要求滚刀和工件二者旋转方向符合一对交错轴螺旋齿轮啮合时的相对运动。其传动链为：刀具—4—5—Ux—6—7—工作台。1、直齿圆柱齿轮加工滚齿机（2）主运动传动链：主运动传动链是联系动力源和滚刀主轴的传动链，它是外联系传动链，它产生切削运动。其传动链为：电动机—1—2—Uv—3—4—滚刀。（3）垂直进给运动传动链：垂直进给运动传动链是联系工作台和刀架的传动链，它是外联系传动链通常用工作台每转一转，刀架的位移量来表示垂直进给量的大小。其传动链为：7—8—Uf—9—10。滚切斜齿圆柱齿轮需要两个成形运动，即形成渐开线齿廓的展成运动和形成齿长螺旋线的运动。要求工件在展成运动的基础上再产生一个附加运动，以形成螺旋齿形线。附加运动传动链为：刀架—12—13—Uy—14—15—合成机构—6—7—Ux—8—9—工作台。2、斜齿圆柱齿轮加工3、蜗轮加工蜗轮滚刀加工蜗轮的原理是模拟蜗杆与蜗轮的啮合传动过程。蜗轮滚刀是一种专用刀具，每加工一种蜗轮就要设计一种专用滚刀。加工时，展成运动和主运动与加工直齿圆柱齿轮时相同，没有垂直进给运动。4、滚齿时滚刀的安装

滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。所以，在滚刀安装时，应根据滚刀的螺旋角和工件的螺旋角使滚刀相对于工件转动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过的角度称为滚刀的安装角。如图8.8，加工直齿圆柱齿轮时，滚刀安装角度的调整示意图，这时安装角度等于滚刀的螺旋升角。滚刀的旋向不同，转角的方向也不同。图a右旋滚刀，图b左旋滚刀。（1）直齿轮：如图8.9，加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀安装角度的调整示意图，这时安装角度由滚刀的螺旋升角和工件螺旋角来决定。当两者旋向相同时，安装角度为工件螺旋角和滚刀螺旋升角之差（如图a），反之，为两者之和（如图b）。（2）斜齿轮：图a，工件为左旋，滚刀为右旋；图b，工件为右旋，滚刀为右旋；三、齿轮滚刀1、滚刀基本蜗杆齿轮滚刀是滚齿加工的刀具，它相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮。由于它的轮齿很长，可以绕轴几圈，因而成为蜗杆形状，称为滚刀基本蜗杆。（1）渐开线蜗杆滚刀：定义：螺旋面为渐开线螺旋面的蜗杆滚刀称为渐开线蜗杆滚刀。特点：由于这种滚刀制造困难，所以虽然加工精度较高，但在工业上还是很少使用。（2）阿基米德蜗杆滚刀：定义：该滚刀与渐开线蜗杆滚刀很相似，只是它的轴向截面是直线；特点：这种蜗杆滚刀便于制造、刃磨、测量，已得到广泛的应用。蜗杆类型2、滚刀的基本结构

分类：滚刀结构分为整体式（用于中小模数）和镶齿式（用于大模数）两种。

定位夹紧：滚刀在工作时，安装在滚齿机的心轴上，以内孔定位，并以螺母压紧滚刀的两端面。

检验：利用滚刀两端轴台的径向跳动来检验滚刀在滚齿机心轴上安装是否正确。滚刀沿轴向开有容屑槽。（1）齿轮滚刀的外径与孔径目前我国通用的滚刀分为两系列：Ⅰ型为大外径系列，用于高精度的滚刀；Ⅱ型为小外径系列，用于普通精度滚刀。（2）齿轮滚刀的长度最小长度应满足的要求：①能完整的包络出齿轮的齿廓；②滚刀两端边缘的刀齿不应负荷过重。根据上述要求可计算出齿轮滚刀的最小长度，进行适当修正就可得出滚刀的实际长度。3、滚刀的几何参数（3）齿轮滚刀的头数滚刀头数越多，参与切削的齿数越多，生产效率越高。但多头滚刀螺旋升角大，制造误差增大，铲磨时很难保证精度，所以加工精度较低，一般用于初加工。（4）齿轮滚刀的圆周齿数圆周齿数越多，每个刀齿的负荷减少，使切削过程平稳，有利于提高刀具的耐用度和加工质量。但圆周齿数过多会减少齿背的宽度，减少滚刀可刃磨次数，使滚刀寿命缩短，通常Ⅰ型滚刀圆周齿数取12～16个；Ⅱ型滚刀圆周齿数取9～12个。4、滚刀精度滚刀精度分为AAA级、AA级、A级、B级、C级等五个等级。（具体见表8—2）四、Y3150E滚齿机1).用途:主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮,也可以加工蜗轮和花键轴。

2).总体布局:①.床身——支撑件；

②.立柱——用于安装传动系统；

③.刀架——可以沿立柱上的导轨上下移动，还可以绕自己的水平轴转位；

④.小立柱——连同工作台一起作水平方向移动以适应不同的直径工件；

⑤.心轴——安装工件用；

⑥.工作台1、机床组成3).运动

根据表面成形原理，加工直齿圆柱齿轮时的成形运动包括：形成渐开线齿廓（母线）的运动和形成齿长（导线）的运动。其中，渐开线齿廓由展成法形成；直线齿长由相切法形成。对于加工斜齿轮时，其导线为螺旋线。2、传动系统分析（1）主运动传动链视频806Y3150E滚齿机传动动画1)传动路线2)换置计算

①两末端件的计算位移：

主电机(n=1430r/min)——滚刀nC（r/min）②传动平衡式：其中：nC取决于切削速度和滚刀直径；

Ugv可以在滑移齿轮组的三个传动比中选一个；

A、B挂轮也可以在机床图表中选取。③换置公式(2)范(展)成传动链1）传递路线2).换置计算

①．两末端件的计算位移：滚刀1(r)——工件K/Z工

②.传动平衡式：

③.换置公式：挂轮e、f可以根据工件齿数在4个挂轮(24、36、36、48)中选2个，一般情况下：k=1,对于常见的工件齿数（21≤Z≤142），取f/e=1，则Ux=24/Z,即计算挂轮时只与Z有关。

注意：当加工直齿圆柱齿轮时，U合成=1；加工斜齿圆柱齿轮时，U合成=-1。(3)进给传动链1).传动路线:2).换置计算

①．两末端件的计算位移：

工件（1r）——滚刀架f（mm）

②．传动平衡式：

③换置公式:式中：f取决于滚齿机加工的切削用量；Ugf可在滑移齿轮组的3个传动比值中选取一个。a1、b1、Ugf也可查机床说明书的专用表格来选取。（4）差动传动链（加工斜齿圆柱齿轮时需要）

1).传动路线2).换置公式：

①.两端件的计算位移：滚刀架垂直运动T（mm）——工件附加转1（r）

T：被加工斜齿轮螺旋线的导程；按下图所示几何关系，将T换算为斜齿轮的常用参数：式中，mn：齿轮的法向模数（标准值）；

β：齿轮的螺旋角；

右图为斜齿轮圆柱齿轮的各参数间几何关系：

②.传动平衡式t：滚刀架垂直运动丝杆的导程（3πmm）；U∑Ⅱ=2（合成机构传动比）。③换置公式：

从上式可以得出以下结论：

a)．Uy的挂轮需要计算；

b).当k一定时，Uy与β、mn有关而与齿数Z无关；

c)．当用同一把滚刀加工一对相互啮合的齿数不同的斜齿轮时，Uy不用更换，UX需要换。3).滚齿机的运动合成机构滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。下图所示为Y3150E滚齿机所用的运动合成机构，由模数m=3、齿数Z=30、螺旋角β=0的四个弧齿锥齿轮组成。运动合成机构组成：①滚切直齿圆柱齿轮时，由于不需要合成运动，在Ⅸ轴上安装牙嵌离合器M1（键联接），M1的端面齿与合成机构系杆H的端面齿相连接，这样合成机构就相当于一个"联轴器”，如图a)所示，U合=1。②滚切斜齿圆柱齿轮时，如图b)所示，先在Ⅸ轴上装上套筒g(用键与轴连接)，再将离合器M2空套在套筒g上，离合器的端面齿与空套齿轮Zy=72的端面齿以及转臂H的端面齿同时啮合，将它们联成一个整体，因而来自刀架的运动可以通过齿轮Zy=72传递给转臂H，与来自滚刀的运动(由空套齿轮Zx=56传入)经过四个锥齿轮合成后，由Ⅸ轴经过齿轮e输出一个合成转速nb传往工作台。根据行星传动原理，其传动比计算公式为：因为Z1=Z2a=Z2b=Z3=30，代入上式可得：即：nIX=2nH-nXI。

①.若只考虑展成运动而没有附加运动时，即Zy=72齿轮没有运动输入，nH=0，代入上式可得：nIX/nXI=-1。

②.若只考虑附加运动而没有展成运动时，即Zx=56齿轮没有运动输入，nXI=0，代入上式可得：nIX/nH=2。

由合成机构传动比计算可以发现，滚切斜齿圆柱齿轮时，展成运动传动链的U合=-1，这和滚切直齿圆柱齿轮不同，将使工作台的转向发生变化，因此，在调整展成运动挂轮时，应根据工作台的转向来决定在e、f轮之间是否增加惰轮。短齿M1长齿M2M1

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