金属切削机床概论-齿轮加工机床

金属切削机床概论 第四章 齿轮加工机床刘卫华,教学要求,了解齿轮的加工方法；,能对齿轮成形所需要的运动进行分析，并根据该分析画出传动原理图；,熟悉滚齿机的传动系统。,第四章   齿轮加工机床,第四章  齿轮加工机床,教学内容,第一节  概述,第二节  滚齿机,第二节  其它类型齿轮加工机床,常见齿轮类型,圆柱齿轮,锥齿轮,蜗轮蜗杆,圆柱齿轮,锥齿轮,蜗轮蜗杆,4-1概述,齿形加工常用方法：按形成轮齿的原理可分为成形法和展成法两大类。,（1） 成形法,（2） 展成法（范成法）,1.成形法,成形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，如图所示。铣完一个齿槽后，分度头将齿坯转过3600/z，再铣下一个齿槽，直到铣出所有的齿槽。,铣直齿,铣斜齿,动画演示,1）成形法 刀刃形状与齿轮齿槽形状一致； 用一把刀加工模数相同直径不同的多种齿轮；加工模数较小的齿轮时，用盘状铣刀；模数较大时，用指状铣刀。,盘形齿轮铣刀加工直齿,指状齿轮铣刀加工直齿,铣齿的工艺特点：（1）成本较低：齿轮铣刀结构简单，在普通的铣床上即可完成铣齿工作，铣齿的设备和刀具的费用较低。（2）生产率低：铣齿过程不是连续的，每铣一个齿，都要重复消耗切入、切出、退刀和分度的时间。（3）加工精度低：只能获得近似的齿形，产生齿形误差；另外铣床所用分度头是通用附件，分度精度不高。          铣齿应用：适用于单件小批生产或维修工作中加工精度不高的低速齿轮。铣齿的加工精度为9级或9级以下，齿面粗糙度值Ra为6.33.2m,2.范成法,加工方法有：插齿和滚齿,插直齿,插斜齿,2.范成法,滚直齿,滚斜齿,动画演示,2）范成法,利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等,滚齿加工工艺特性：（1）滚刀的通用性好：一把滚刀可以加工与其模数、压力角相同而齿数不同的齿轮。（2）齿形精度及分度精度高。（3）生产率高：滚齿的整个切削过程是连续的。（4）设备和刀具费用高：滚齿机为专用齿轮加工机床，其调整费时。滚刀较齿轮铣刀的制造、刃磨要困难。滚齿应用：  应用范围较广，可加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗轮等，但不能加工内齿轮和相距太近的多联齿轮。,第四章 齿轮加工机床           用来加工齿轮轮齿的机床,第一节     概  述一、齿轮加工机床的工作原理：1成形法：要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。加工精度较低，生产率也较低。2范成法：是利用齿轮的啮合原理进行的。加工精度和生产率均较高。二、类型：1圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机、车齿机2锥齿轮加工机床：加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机；加工弧齿锥齿轮的铣齿机；加工齿线形状为长幅外摆线或延伸渐开线的锥齿轮铣齿机。3精加工齿轮齿面的机床：珩齿机、剃齿机和磨齿机。,二、齿轮加工机床的类型及其用途    按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。   圆柱齿轮加工机床：包括滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机和磨齿机等。 滚齿机：用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗杆。 插齿机：用于加工单联及多联的内、外直齿圆柱齿轮。,齿轮加工机床工作原理和分类,二、齿轮加工机床的类型及其用途 剃齿机：用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工。 珩齿机：主要用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工。珩齿对齿形精度改善不大，主要是降低齿面的表面粗糙度。 磨齿机：主要用于淬火后的圆柱齿轮的齿廓精加工。,齿轮加工机床工作原理和分类,滚齿机,插齿机,剃齿机,以齿轮状的剃齿刀作为刀具来精加工已经加工出的齿轮齿面，这种加工方法称为“剃齿”。剃齿机按螺旋齿轮啮合原理由刀具带动工件(或工件带动刀具)自由旋转对圆柱齿轮进行精加工，在齿面上剃下发丝状的细屑，以修正齿形和提高表面光洁度。 剃齿机适用于精加工未经淬火的齿轮，通常用于对预先经过滚齿或插齿的硬度不大于 HRC48的直齿或斜齿轮进行剃齿，加附件后还可加工内齿轮。被加工齿轮最大直径可达5米但以500毫米以下的中等规格剃齿机使用最广。剃齿精度为 76级(JB17983)表面粗糙度为0.630.32微米剃齿机，是一种齿轮精加工用的金属切削机床。,剃齿机,珩齿机,珩齿加工是采用齿轮形珩磨轮与被珩齿轮作自由啮合运动(相当于一对交错轴斜齿轮传动)，利用其齿面间的相对滑动速度和压力进行珩削的齿面精加工方法.,磨齿机,刨齿机,铣齿机,拉齿机,4.2   滚齿机,加工范围（1）直齿圆柱齿轮  （2）斜齿圆柱齿轮  （3）蜗轮,4.2  滚齿机的工作原理及运动分析,一、滚齿原理,滚齿原理是刀具和工件的运动相当于一对交错轴斜齿轮的啮合。,滚刀实质上是一个斜齿圆柱齿轮。,二、加工直齿圆柱齿轮,发生线,导线：,渐开线齿廓,母线：,齿长线,滚齿原理    1滚刀；2工件,1、成形所需运动,母线：范成运动一个复合运动（滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12复合而成）导线：直线运动一个简单运动（滚刀架的移动A2）,主运动（ B11， B12 ）,进给运动      A2,4.2 滚齿机运动分析,一、滚齿原理,功用：滚切直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮,p86,（一）  加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理,4.2   滚齿机,滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图,滚齿机动态传动路线,1.范成运动,（一）  加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理,4.2   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。这个运动可以被分解为两个部分：滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12。这一复合运动需要有一个内联系传动链用以保持B11和B12之间的相对运动关系,展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系。,2.主运动,为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀还需做轴向的直线运动A2。,3.轴向进给运动,滚切直齿圆柱齿轮实际只需要两个独立的成形运动：一个复合成形运动(B11B12)和一个简单成形运动A2。一般根据切削中所起作用来称呼滚齿时的运动，即： 工件的旋转运动为范成运动 滚刀的旋转运动为主运动 滚刀沿工件轴线方向的移动为轴向进给运动,运动：,范成传动链：滚刀-4-5-ux-6-7-工件,4.2   滚齿机,滚齿机动态传动路线,4.2   滚齿机,主运动传动链：电动机-1-2-uv-3-4-滚刀,滚齿机动态传动路线,4.2   滚齿机,轴向进给传动链：工件-7-8-uf-9-10-刀架升降l丝杠,滚齿机动态传动路线,1) 范成运动传动链,联系滚刀主轴(B11)和工作台(B12)传动路线：“滚刀-4-5-ux-6-7-工件”保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运动关系。换置机构ux用于适应工件齿数和滚刀头数的变化。内联系传动链，要求传动比数值绝对准确及滚刀和工件两者的旋转方向互相配合。,2) 主运动传动链,动力源M滚刀主轴使滚刀和工件实现范成运动传动链“电动机-1-2-uv-3-4-滚刀” 外联系传动链，使滚刀和工件共同获得一定速度和方向的运动。换置机构uv调整渐开线齿廓的成形速度，以适应滚刀直径、滚刀材料、工件材料、硬度以及加工质量要求等的变化。,3) 轴向进给运动传动链,由滚刀刀架沿立柱移动实现工作台刀架传动链：“工件-7- 8-uf -9-10-刀架升降丝杠”换置机构uf调整轴向进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。简单运动，外联系传动链 进给量：工件转一转    刀架位移量,渐开线斜齿与直齿的不同：齿长方向,斜齿轮与直齿轮不同处：齿线方向不是直线，而是螺旋线所需运动: 范成运动                    主运动                    轴向进给运动                    附加运动：用于产生螺旋线(导线)即滚刀移动一个工件螺旋线导程L时，工件应准确地附加转过一转,4.2   滚齿机,滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,2. 传动原理,3.滚切斜齿圆柱齿轮的传动链,4.2   滚齿机,滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图,附加运动传动链,“刀架(滚刀移动A21)-12-13-uy-14-15-合成-6-7-ux-8-9-工作台(工件附加转动B22)”保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L时，工件附加转1转，形成螺旋线齿线。内联系传动链换置机构uy适应工件螺旋线导程L和螺旋方向的变化。,附加运动传动链:刀架（滚刀移动A21）1213uy1415合成 67ux89工作台(工件附加转动B22),4.2   滚齿机,4.2   滚齿机,（三）滚齿机的运动合成机构,4. 滚齿机的运动合成机构,作用：将范成运动中工件的旋转运动和工件的附加运动合成后传到工作台，使工件获得合成运动。用途：加工斜齿圆柱齿轮、              切向进给法加工蜗轮时。合成机构：圆柱齿轮或锥齿轮行星机构。,滚切斜齿圆柱齿轮时，工件的旋转运动是两个运动的合成：范成运动中的旋转运动B12和螺旋轨迹运动的附加运动B2 。合成机构作用：将两个运动合成，使其不发生矛盾滚齿机使用的运动合成机构图4-5为Y3150E所用合成机构。由模数m=3，齿数z=30、螺旋角=0的四个弧齿锥齿轮组成。,需要附加运动，则在轴X上先装上套筒G，再将离合器M2空套在套筒G上，离合器M2的端面与空套齿轮zy的端面齿以及转臂H右部套筒上的端面齿啮合，连接在一起，因此来自刀架的运动可通过齿轮传递到转臂,(三)加工蜗轮时的运动和传动原理       用蜗轮滚刀滚切蜗轮时，齿廓的形成方法及成形运动与加工圆柱齿轮是相同的，但齿线是当滚刀切至全齿深时，在范成齿廓的同时形成的。因此需有范成运动、主运动及切入工件的切入进给运动。根据切入进给的方法不同，可有下面两种方式：1径向进给法            见图44a.b所需传动链为：主运动传动链、范成运动传动链、径向进给传动链。2切向进给法            见图44c.d所需传动链为：主运动传动链、范成运动传动链、切向进给传动链、附加运动传动链。,1) 径向进给法,这种加工方法在一般滚齿机上都可进行。运动：     滚刀旋转运动+工件旋转运动    范成齿形     切入进给运动，使滚刀从蜗轮齿顶逐渐切入至全齿深。机床的传动原理,2) 切向进给法,2) 切向进给法,这种加工方法只有在滚刀刀架上具备有切向进给溜板的滚齿机上进行。同时需要采用带切削椎的蜗轮滚刀。加工前，预先按照蜗轮蜗杆副的啮合状态，调整好滚刀与工件轴线之间的距离，加工时，滚刀沿着工件切线方向缓慢移动，完成切向进给运动。加工过程中，由于滚刀沿工件切线方向移动，破坏了它和工件的正常的啮合关系。,所以工件必须相应的作附加旋转运动与之严格配合，它们的运动关系应与蜗杆轴向移动时带动蜗轮转动一样。即滚刀切向移动一个齿距的同时，工件必须附加转动一个齿。,2) 切向进给法,机床的主运动及范成运动传动链与加工直齿圆柱齿轮相同，联系工作台与滚刀切向溜板的传动链为切向进给传动链。外联系传动链。联系切向进给溜板和工作台的传动链为附加运动传动链。内联系传动链。,附加运动传动链:刀架（滚刀移动A21）123-uy45合成 6ux7,7uf21,Y        3       1     50    E                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           重大改进序号                             主参数（最大工件直径500mm）                         系代号 （1）                                     组：滚齿机                         齿轮加工机床,Y3150E型滚齿机,4.2   滚齿机,二、滚齿机传动系统及其调整计算,由床身1、立柱2、刀架溜板3、滚刀架5、工作台8,4.2   滚齿机,二、滚齿机传动系统及其调整计算,滚齿机外形,4.2   滚齿机,滚齿机工艺范围,Y3150E型滚齿机传动系统,传动系统图,（一）主传动链,（二）范成传动链,（三）进给传动链,（四）滚刀架快速运动传动链,（一）主传动链：,主电动机                 滚刀主轴,主电动机胶带传动115/16521/42三联滑移齿轮组ugv（31/39、35/35、27/43）切削速度挂轮A/B28/2828/2828/2820/80滚刀主轴,（一）主传动链（外联系）,1、传动路线表达式：,2、运动平衡式：,主电动机                 滚刀主轴,1430（r/min）,nc（r/min）,3、换置公式：,主电动机皮带传动115/16521/42三联滑移齿轮组ugv（31/39、35/35、27/43）切削速度挂轮A/B28/2828/2828/2820/80滚刀主轴,u2-3轴II-III间的可变传动比；共三种：                u=27/43；31/39；35/35；A/B-变速挂轮；    三种 A/B=22/44；33/33；44/22根据滚刀的转速，计算uv，并决定u2-3的啮合位置和A/B,v=15-40m/min滚刀主轴转速9级：40, 50,  63, 80, 100, 25,160, 200, 250转速级数较少,最高转速较低滚刀材料为高速钢，工件材料为铸铁和钢，且滚刀刃磨麻烦，选用切削速度较低；滚刀尺寸已标准化，直径变化范围小。,挂轮变速特点可简化变速箱结构传动精度比滑移齿轮变速机构高调整时间长传动比1/4-2尽可能对称，用较少的齿轮获得较多的传动比。,（二）范成传动链：,滚刀主轴                 工件主轴,1/k（r/min）,1/z（r/min）,滚刀主轴,合成机构,1、传动路线表达式：,2、运动平衡式：,滚刀主轴                     工件主轴,1/k（r/min）,1/z（r/min）,3、换置公式：,（二）范成传动链（内联系）,滚刀主轴,合成机构,范成运动传动链换置公式：,结构性挂轮目的：用于工件齿数Z在较大范围内变化时ux的调整，保证分子、分母相差倍数不致过大，使挂轮结构紧凑。 5z/k20时，  取e=48，f=24；21z/k142时， 取e=36，f=36； z/k143时，    取e=24，f=48。,挂轮e和f可在4个挂轮（齿数分别为24、36、36、48）中选2个：,有关说明“24”为范成常数，由传动比决定，要求能方便配算挂轮；内联系传动链，保证齿形的范成和分度严格的运动关系。传动链误差影响齿形精度,（三）进给传动链：,工件主轴                     滚刀架,工件主轴,滚刀架垂直运动丝杠,1、传动路线表达式：,2、运动平衡式：,工件主轴                     滚刀架,1（r/min）,f（mm）,3、换置公式：,（三）进给传动链（外联系）,工作台,滚刀架垂直运动丝杠I,轴向进给运动传动链换置公式,f轴向进给量，单位为mm/r；根据工件材料、加工精度及表面粗糙度等选定；a1/b1轴向进给挂轮；u17-18轴17-18间的可变传动比，共三种： u17-18 =49/35；30/54；39/45,进给量值  mm/r,（二） 加工斜齿圆柱齿轮的调整计算,1、主运动传动链         和加工直齿圆柱齿轮时相同。2、 范成运动传动链     传动路线及两端件计算位移：和加工直齿圆柱齿轮时相同     运动合成机构用离合器M2联接，其传动比为 u合1=-1,负号说明范成运动传动链中轴X与IX的转向相反在实际加工时，要求两轴的转向相同在范成运动挂轮UX时，配加一个惰轮，以消除“-”号的影响。,3、 轴向进给运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮相同 进给量不同,4、附加传动链：,滚刀架                     工件主轴,滚刀架垂直运动丝杠,M3,工件主轴,合成机构,1）、传动路线表达式：,2）、运动平衡式：刀架沿工件轴向移动一个螺旋线导程L，工件应附件转1转,滚刀架                     工件主轴,L（mm）,附加回转1（r）,4、附加传动链（内联系）,滚刀架垂直运动丝杠,M3,工件主轴,合成机构,3-轴向进给丝杠的导程，mmu合2-运动合成机构在附加运动传动链中的传动比，u合2=2a/bc/d-范成运动链挂轮传动比  L被加工齿轮螺旋线的导程，mmmn 法向模数，单位mm 被加工齿轮螺旋角，单位为度,说明：附加运动传动链是形成螺旋线齿线的内联系传动链，挂轮传动比应配算准确。但换置公式中包含有无理数sin ，故只能近似配算，但误差不能太大。对开8级精度的余齿轮，要精确到小数点后第四位数字，对开7级精度的余齿轮，要精确到小数点后第五位数字，才能保证不超过精度标准中的齿向允差。,3）、换置公式：,L,运动平衡式中，不仅包含uy而且包含ux,这可以经过代换传动链换置公式中不包含工件齿数z这个参数。好处在于：加工一对相互啮合的斜齿轮，可以用相同的挂轮，因而只需计算和调整挂轮一次；更重要的是，由于附加运动挂轮近似配算所产生的螺旋角误差，对两个齿轮是相同的，因此可获得良好的啮合。刀架的传动丝杆采用模数螺纹，可使得到的换置公式中不含因子。,附加运动挂轮,范成运动挂轮,进给运动挂轮,（五）滚刀架快速运动传动链,快速电动机（P=1.1kw，n=1410r/min）,链传动副13/26,滚刀架垂直运动丝杠I,(4)刀架快速移动的传动路线,目的：刀架作快速升降运动           调整刀架位置           进给前后实现快进和快退           加工斜齿轮时，检查附加运动的方向传动路线：   快速电机-13/26-M3-2/25-丝杠方向：电机方向变换手柄P3置于“快速移动”位置,加工斜齿轮时，第一刀初切完毕，使用快速移动向上退回刀架，附加运动传动链未断开，滚刀仍按原来螺旋线轨迹退回，不会出现“乱牙”使用快速电机，主电机可转可不转，它们属于两个不同的独立运动,刀架快速退回如：主电动机仍转，这时刀架带着以B11旋转 的滚刀退刀，而工件以B12 +B22的合成运动旋转如：主电动机停止，刀架快退时，刀架上 的滚刀不转，但是工作台上的工件还是会转动，这是由附加运动传动链带来的B22。,快速传动链接通时,其他传动链的工作状态:      .快速传动链接通时，进给传动链必须脱开；      .快速传动链接通时，差动传动链不能断开,否则会产生“乱扣”"；      .快速传动链接通时，范成传动链、主传动链，可断可不断。,(三)滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算,1加工原理:     由范成换置公式a/b c/d = f / e 24k/z可知， 要加工齿数大于100质数齿轮时，b、d两挂轮中必须有一个的齿数应为被加工齿轮的质数齿数，而滚齿机通常没有大于100的质数挂轮，因此可用两条传动链并通过运动合成机构来实现所需的范成运动。,4.2   滚齿机,（三）滚切齿数大于100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z的数值z0来调整范成运动传动链（ z0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1转，工件转k/ z0 转。因而，在范成运动中，滚刀转1转时，工件产生运动误差（k/z-k/ z0 ）转。为了补偿这一误差，可利用附加运动传动链，在工件转k z转过程中，使工件得到附加的（k/z-k/ z0 ）转，从而加工出齿轮齿数为z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）工作台（工件附加转动），运动联系路线为:9-10-u f-11-13-uy-14-15-合成-6-7-ux-8-9。,1加工原理,4.2   滚齿机,(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。,2传动链的调整计算,(2) 范成运动传动链,(3)附加运动传动链       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k/z转，工作台附加转（k/z-k/z0)转，其运动平衡式为：,滚刀刀架的作用是支承滚刀主轴，并带动安装在主轴上的滚刀作沿工件轴向的进给运动。由于在不同加工情况下，滚刀旋转轴线需对工件旋转轴线保持不同的相对位置，或者说滚刀需有不同的安装角度，所以，通用滚齿机的滚刀刀架都由刀架体和刀架溜板两部分组成。装有滚刀主轴的刀架体可相对刀架溜板转一定角度，以便使主轴旋转轴线处于所需位置，刀架溜板则可沿立柱导轨作直线运动。,4.2   滚齿机,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整  自学,（一）滚刀刀架的结构,图4-8为Y3150E型滚齿机滚刀刀架的结构。刀架体1用装在环形T型槽内的六个螺钉4固定在刀架溜板（图中未示出）上。调整滚刀安装角时，应先将螺钉4松开，然后用扳手转动刀架溜板上的方头PS（见图4-7)，经蜗杆蜗轮副1/3。及齿轮Z16，带动固定在刀架体上的齿轮x148，使刀架体回转至所需的位置。,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整,自学 （一）滚刀刀架的结构,主轴14前（左）端用内锥外圆的滑动轴承13支承，以承受径向力，并用两个推力球轴承11承受轴向力。主轴后（右）端通过铜套8及套筒9支承在两个圆锥滚子轴承6上。轴承13及11安装在轴承座15内，15用六个螺钉2通过两块压板压紧在刀架上。主轴以其后端的花键与套筒9内的花键孔联接，由齿轮5带动旋转。,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整,（一）滚刀刀架的结构,当主轴前端的滑动轴承13磨损，引起主轴径向跳动超过允许值时，可以拆下垫片10及12，磨去相同的厚度，调配至符合要求时为止。如需调整主轴的轴向窜动，则可将垫片10适当磨薄。,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整,（一）滚刀刀架的结构,4.2   滚齿机,安装滚刀的刀杆17（见图4-8b)用锥柄安装在主轴前端的锥孔内，并用方头螺杆7将其拉紧。刀杆左端装在支架16上的内锥套支承孔中，支架16可在刀架体上沿主轴轴线方向调整位置，并用压板固定在所需位置上。,三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整,（一）滚刀刀架的结构,4.2   滚齿机,4.2   滚齿机,安装滚刀时，为使滚刀的刀齿（或齿槽）对称于工件的轴线，以保证加工出的齿廓两侧齿面对称；另外，为了使滚刀的磨损不致集中在局部长度上，而是沿全长均匀地磨损，以提高滚刀使用寿命，都需调整滚刀轴向位置，这就是所谓串刀。,4.2   滚齿机,调整时，先放松压板螺钉2，然后用手柄转动方头轴3，通过方头轴3上的齿轮，经轴承座15上的齿条，带动轴承座连同滚刀主轴一起轴向移动。调整妥当后，应扳紧压板螺钉。Y3150E型滚齿机滚刀最大串刀范围为55mm。,4.2   滚齿机,（二）滚刀安装角的调整,4.2   滚齿机,（二）滚刀安装角的调整,4) 工作台,被加工齿坯通过工件心轴或夹具装在工作台上，由工作台带动作回转运动。,4.3   其它类型齿轮加工机床,一、插齿机,（一）机构,4.3   其它类型齿轮加工机床,一、插齿机,（一）插齿原理,内外齿轮插齿,（一）插齿机,应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。,插齿原理    插齿机的加工原理类似一对圆柱齿轮相啮合，其中一个是工件，另一个是“特别的”齿轮（刀具），它的模数和压力角与被加工齿轮相同。,4.3   其它类型齿轮加工机床,模拟一对圆柱齿轮的啮合，其中一个是工件，另一个是插齿刀，它的模数和压力角与被加工齿轮相同。插齿时，插齿刀和工件的相对转动是一个复合的成形运动，用以形成渐开线齿廓。,1. 插齿原理,插齿刀实质上是一个齿轮端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角,用插齿刀加工圆柱齿轮的工作原理在刀具与工件轮坯作“无间隙啮合运动”过程中，在轮坯上渐渐切出齿廓。加工过程中，刀具每往复一次，仅切出工件齿槽的一小部份，齿廓曲线是在插齿刀刀刃多次相继切削中，由刀刃各瞬时位置的包络线所形成的。,插齿机的运动：1）主运动插齿刀沿工件轴向作直线往复运动。插齿刀沿其轴线也是工件轴线所做的直线往复运动，一般插齿机上，刀具垂直向下为工件行程，向上为空行程。若切削速度为v，行程长度为L。插齿刀每分钟往复行程数为          n刀=1000v/2L,2) 范成运动,加工过程中，插齿刀和工件轮坯应保持一对圆柱齿轮的啮合运动关系  插齿刀  工件     转1个齿 转1个齿     1/Z刀 转 1/Z工转这两个运动组成一个复合运动范成运动,3) 圆周进给运动,插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的决慢，同时也决定了插齿刀每一次切削的切削负荷。插齿刀的转动为圆周进给运动。大小：用插齿每次往复行程中，刀具在分度圆圆周上所转过的弧长表示，即圆周进给量的单位为mm/往复行程。降低圆周进给量将会增加形成齿廓的刀刃切削次数，从而提高齿廓曲线精度。,4) 让刀运动,作用：避免空行程时擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应该让开，使之产生一定间隙。在插齿刀向下开始工作行程之前，应迅速恢复到原位，以便下一次切削，这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。实现方式：安装工件的工作台移动来实现，也可由刀具主轴摆动得到。大尺寸及新型号的中、小尺寸插齿机,普遍采用刀具主轴摆动来实现让刀运动。,5) 径向切入运动,由于插齿刀立即径向切人工件至全齿深，会因切削负荷过大而损坏刀具和工件。，工件应逐渐地向插齿刀(或插齿刀向工件)作径向切人运动。根据工件的材料、模数、精度等条件，可采用一次、两次和三次径向切入至全齿深的径向切入方法。径向进给量的大小，用插齿刀每次往复行程中工件或刀具径向切人的距离表示，其单位为mm/往复行程。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）插齿机的运动,1主运动,是插齿刀沿其工件的轴线所作的轴线往复运动。,电动机M-1-2-uv-3-4-5-曲柄偏心盘A-插齿刀主轴，主运动传动链,uv为调整插齿刀每分钟往复行程数的换置机构。,插齿机的运动,1) 主运动主运动插齿刀沿其轴线(工件的轴线)）所作的直线往复运动。立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向上为空行程。           切削速度v(m/min)及行程长度L(mm)已确定，则插齿刀每分钟往复行程数：                    n刀= 1000v/2L,4.3   其它类型齿轮加工机床,2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，即范成运动。,插齿刀主轴-蜗杆涡轮副B-9-8-10-ux-11-12-蜗杆涡轮副C-工作台 工件转动,ux调整插齿刀与工件轮坯之间传动比的换置机构，以适应插齿刀和工件齿数的变化。,4.3   其它类型齿轮加工机床,3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。,曲柄偏心盘A-5-4-6-uf-7-8-9-蜗杆涡轮副B-插齿刀主轴 插齿刀转动,uf调整插齿刀圆周进给量大小的换置机构,插齿机的布局,插齿机按其径向切入运动和径向调位运动的分配方案不同，基本有两种布局形式：工作台移动式和刀架移动式，图4-12属于工作台移动式。插齿刀2装在刀具主轴1上作上下往复运动并旋转。工件4装在回转工作台5上作旋转运动，并随同床鞍6一起，沿床身7上的导轨，在水平方向做直线移动，实现径向切入运动，以及调整工件和刀具之间的距离。,4.3   其它类型齿轮加工机床,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，主要用于淬硬齿轮的精加工，齿轮精度可达到6级或更高。,按齿廓的形成方法，磨齿也有成型法和范成法两种。大多数以范成法来磨齿。,一般先由滚齿机或插齿机切出轮齿后再磨齿，有的磨齿机也可以直接在齿轮毛坯件上磨出轮齿，只限于模数较小的齿轮,4.3   其它类型齿轮加工机床,（一）蜗杆砂轮型磨齿机,二、圆柱齿轮磨齿机,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，其工作原理和滚齿机相同，但形成齿线的轴向进给运动一般由工件完成。,特点：   加工过程连续，生产率最高；缺点1、砂轮修整困难，不易达到高的精度； 2、磨削不同模数的齿轮时需更换砂轮；3、联系砂轮与工件的内联传动链中的各个传动环节转速很高，易产生噪声，磨损快。适用于中小模数齿轮的成批和大量生产。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）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。,锥形砂轮型磨齿机,原理：利用齿条和齿轮啮合砂轮截面形状按照齿条的齿廓修整砂轮按切削速度旋转 + 沿工件齿线方向作直线往复运动   砂轮两侧锥面的母线就形成了假想齿条的一个齿廓。,齿轮在此假想齿条上作无间隙的啮合滚转运动被磨削齿轮转动一个齿(1/z转)的同时，其轴心线移动一个齿距(m)的距离，便可磨出工件上一个轮齿一侧的齿面,磨削过程,磨齿时，一个齿槽的两侧齿面分别进行磨削工件向左滚动时，磨削左侧的齿面向右滚动时，磨削右侧的齿面工件往复滚动一次，磨完一个齿槽的两侧齿面后，工件滚离砂轮，并进行分度，即工件在不作直线移动的情况下绕其轴线转过一个齿再重复上述过程，磨削下一个齿槽,特  点,优点：万能性高，砂轮形状简单；缺点：内联系传动链长，砂轮形状不易修整得准确，精度难以提高，生产率较低。应用：小批和单件生产。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,砂轮型磨齿机的成形运动有：砂轮旋转B1和直线移动A2，这是形成齿线所需的两个简单运动；工件转动B31和直线移动A32，是形成渐开线齿廓所需的一个复合运动展成运动。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,此外，为磨出全部轮齿，还需一个周期的分度运动。锥形砂轮型磨齿机的传动原理如图4-14所示。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,1.主运动 主运动是砂轮旋转运动B1，由外联系传动链“M112uv34砂轮主轴（砂轮转动）”实现，uv为调整砂轮转速的换置机构,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,2.轴向进给运动  轴向进给运动是砂轮的往复直线运动A2，由外联系传动链“M287uf165曲柄偏心盘机构P砂轮架溜板（砂轮移动）”实现。uf1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,3.展成运动  展成运动是工件转动B31和直线移动A32形成的一个复合运动，由内联系传动链： 回转工作台（工件旋转）2221合成1918ux11109纵向工作台（工件直线移动）外联系传动链：M31413uf 21210来实现。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,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uf 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转，依次完成各个齿的磨齿工作循环。ux是用来调节工件齿数和模数变化的换置机构。,4.3   其它类型齿轮加工机床,4.分度运动  工件的分度由分度运动传动链“分度机构1516u i1720合成2122回转工作台”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ui来保证的。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）锥形砂轮型磨齿机,此种机床的优点是通用性高，砂轮形状简单（直线）；       缺点是内联系传动链长，砂轮形状不易修整得准确，精度难以提高，生产率也较低。主要用于小批和单件生产。,4.3   其它类型齿轮加工机床,自学 （三）双碟形砂轮型磨齿机,双碟形砂轮磨齿机用的两个碟形砂轮的端平面（实际是宽度约为0.5mm的工作棱边所构成的环形平面）来形成假想齿条的不同轮齿两侧面，同时磨削齿槽的左右齿面。      磨削过程中的成形运动和分度运动与锥形砂轮磨齿机基本相同，但轴向进给运动通常是由工件来完成。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（三）双碟形砂轮型磨齿机,砂轮的工作棱边很窄，且为垂直于砂轮轴线的平面，易获得高的修整精度。       磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小。机床具有砂轮自动修整与补偿装置，使砂轮能始终保持锐利和良好的工作精度，因而磨齿精度较高，最高可达4级，是各类磨齿机中磨齿精度最高的一种。其缺点是砂轮刚性较差，磨削用量受到限制，生产率较低。,特 点,由于砂轮的工作棱边很窄，且为垂直于砂轮轴线的平面，易于获得高的修整精度；磨削接触面积小，磨削力和磨削热很小；自动修整与补偿装置，使砂轮能始终保持锐利和良好的工作精度，因而磨齿精度较高，是各类磨齿机中磨齿精度最高的一种。缺点：砂轮刚性较差，磨削用量受到限制，生产率较低。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（三）双碟形砂轮型磨齿机,4.3   其它类型齿轮加工机床,（三）双碟形砂轮型磨齿机,双蝶形磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构实现范成运动,可以提高磨齿精度。这种机构的工作原理     纵向滑板8上固定有支架7，横向滑板11上装有工件心轴3，其前端安装工件2，后端通过分度机构4与滚圆盘6连接。钢带5及9的一端固定在滚圆盘6上，另一端固定在支架7上，并沿水平方向张紧。当横向滑板11由曲柄盘10驱动作横向直线往复运动时，滚圆盘6因受钢带5及9约束而转动，从而工件心轴一边随横向滑板移动，一边转动，带动工件2沿假想齿条由砂轮工作面形成）的节线作纯滚动,实现了范成运动。纵向滑板8沿床身导轨作往复直线运动，可磨出整个齿的宽度。工件在完成一个或二个齿面的磨削后继续滚动至脱离砂轮，由分度机构带动分齿再进行下一个齿槽的磨削。利用滚圆盘实现范成运动可以大大缩短传动链，且没有传动间隙，从而传动误差小，加工精度高。,4.3   其它类型齿轮加工机床,自学三、锥齿轮加工机床,（一）锥齿轮的范成原理,锥齿轮加工机床的工作原理，可分为成形法和范成法。        范成法应用最广泛。,用范成法形成各种锥齿轮渐开线齿廓的基本原理都是相同的，即都是由一对锥齿轮的啮合传动原理演变过来的。将一对锥齿轮啮合传动的一个锥齿轮转化为刀具，另一个转化为工件，并强制它们按一对锥齿轮啮合运动关系作为相对运动，便能范成切出渐开线齿廓。,4.3   其它类型齿轮加工机床,（二）弧齿锥齿轮铣齿机的传动原理,铣切弧齿锥齿轮的形成运动为：切齿刀盘的旋转运动形成齿线，它是一个简单运动主运动；摇台与工件的对滚运动形成渐开线齿廓，是一个复合运动范成运动。分度运动为工件周期地转过一定角度。此外，还有其它一些辅助运动。,