3第一篇机械制造技术装备及设计第三章齿轮机床

第三章齿轮机床齿轮种类：圆柱齿轮锥齿轮（直齿、斜齿、弧齿）常规齿轮加工机床：圆柱齿轮：滚齿机插齿机锥齿轮：刨齿机铣齿机齿轮精加工机床：剃齿机珩齿机磨齿机数控齿轮加工机床：采用数控系统，实现复杂的传动联系第一节齿轮表面的形成•应用广泛的渐开线齿形•母线：渐开线导线：直线或螺旋线•渐开线齿廓的形成：展成（范成）原理成形刀具1.展成法加工齿轮原理图中齿轮齿条模拟一对渐开线齿轮相互啮合。齿条相当于基圆半径无限大的一个齿轮，所以它的齿廓渐开线就变成直线。图中将齿条作为刀具，即直线刀刃。在运动过程中，直线刀刃的包络线即为形成的齿廓渐开线。•齿条刀具的移动A和工件的旋转运动B共同形成齿廓渐开线的运动。可见形成齿廓渐开线的运动是由刀具运动A和工件运动B复合而成的。单纯的直线移动A和单纯的旋转运动B,称为简单成形运动。•在形成齿廓渐开线的过程中，它们之间必须维持准确的运动关系，即齿条刀具移过一个齿距时，工件也必须转过一个齿。这意味着由运动A和运动B复合成齿廓渐开线的运动时，A、B是不能互相独立的。在机床传动系统中，这种复合运动由刀具至工件之间具有严格传动比的传动链实现。在实际工作中，为了延长齿条刀具的长度，又将齿条转变为蜗杆，蜗杆相当于螺旋角很大的斜齿轮，经开槽并铲背，就形成了齿轮滚刀。P41页图1.3-3齿轮齿条相啮合--复合运动：严格的传动关系齿条蜗杆（螺旋角很大的斜齿轮）开槽、铲背(形成前角、后角)齿轮滚刀2.成形法使用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具盘形铣刀指状齿轮铣刀•成形法是用与被加工齿轮槽形状相同的成形刀具来切削轮齿。为了铣出一定长度的齿槽，需要两个运动：盘形齿轮铣刀的旋转和铣刀沿齿轮坯的轴向移动，两个都是简单运动。铣完一个齿槽后，铣刀退回原位，齿轮坯作分度运动，转过360度/Z(Z是被加工齿轮的齿数)，然后再铣下一个齿槽，直到全部齿槽铣削完毕。第二节滚齿机的传动系统•应用广泛：直齿、斜齿圆柱齿轮，蜗轮•一般为立式布局，如Y3150E一、滚齿机的运动分析和传动系统组成（一）滚切直齿圆柱齿轮传动原理图下页图为滚直齿的传动原理图，图中标“A”为直线运动、标“B”为旋转运动，滚刀、工件、电机、进给传动的丝杠螺母副及刀架均画成示意简图，而菱形小块则是一种可变传动比的换置器官符号。滚切直齿圆柱齿轮传动原理图•1.形成渐开线的运动和传动链•在滚刀和工件之间的复合运动，即展成运动。•（1）主运动传动链：由电机到滚刀的外联系传动链•电机－－1－－2－－iv－－3－－4－－滚刀（2）展成传动链•展成传动链：联系滚刀和工件之间的传动链，是一内联传动链（内链）•设：滚刀头数为K，工件齿数为Z，则有：滚刀转1/K圈工件转1/Z圈传动链：滚刀(B1)－4－5－ix－6－7－工件(B2)•要保证B1和B2之间的严格传动比关系2.形成导线（直线）的运动和传动链直线导线：滚刀的旋转和滚刀沿工件轴向的竖直进给运动进给传动链：工件每转时刀架的轴向移动量（mm/r）工件－7－8－is－9－10－刀架升降丝杠－刀架滚切直齿圆柱齿轮传动链小结：两个外链：主运动传动链进给运动传动链功能：（1）实现执行件的简单运动（2）把动力源接通到内链一个内链：展成运动链功能：实现执行件之间的复合运动（二）滚切斜齿圆柱齿轮•特点：母线为渐开线齿廓导线为螺旋线有左右旋之分•运动实现：形成母线与直齿相同形成导线：刀架下降与工件的旋转B3复合成螺旋运动因原来展成运动已有旋转运动B2，现又有B3，须合成为（B2＋B3）。B3称为附加运动。滚切斜齿圆柱齿轮传动原理图滚切直齿圆柱齿轮传动原理图差动传动链在刀架和工件之间的复合运动：保证刀架直线运动一个螺旋线的导程T时，工件的附加转动为一转。是一个内链。刀架－丝杠－12－13－iy－14－15－合成－6－7－ix－8－9－工件合成机构：为一差动轮系(5＋15)6滚切圆柱齿轮小结•比直齿时的3个多一个差动传动链，相应地增加一套合成机构•滚齿机设计按照斜齿轮的要求•加工直齿轮时，差动链断开(iy不挂挂轮)，合成机构自由度变2为1，等同于一个联轴器二、滚刀的安装要求：切削部位滚刀的螺旋线方向与工件齿长方向一致。滚刀螺旋升角：ω切削部位：K点1.滚直齿时：滚刀轴线绕K点转δ＝ωδ称为滚刀安装角2.滚斜齿时：工件螺旋角为β滚刀安装角δ＝β±ω滚刀与工件螺旋线方向：相同－负号相反－正号滚刀初始位置及滚直齿滚刀的安装角度右旋滚刀安装B2B2B1B1δωβδβωβ图1.10加工斜齿轮时滚刀的安装角工件螺旋角安装角滚刀螺旋升角三、Y3150E型滚齿机•主要用途：直齿和斜齿圆柱齿轮。刀架垂直进给，可调整角度，工件旋转，也可加工蜗轮•结构组成：图1.3－12•主要技术性能参数：工件最大直径500mm工件最大加工宽度250mm工件最大模数8mm工件最小齿数Z最小＝5×K滚刀主轴转速刀架轴向进给量滚齿机传动系统图•传动系统图：是传动原理图的具体化由若干条传动链组成•分析传动链的步骤：1.找出两端的末端件和传动路线中的所有传动件；2.确定计算位移、运动平衡方程式；3.求解换置式。•换置目的：外链：实现执行件的变速内链：保证两端执行件的严格传动比关系图1.9Y3150E型滚齿机图1.9Y3150E型滚齿机工作台床身立柱刀架溜板刀杆刀架体支架心轴后立柱Y3150E滚齿机（一）滚切直齿圆柱齿轮的传动链及其换置1.主运动传动链Y3150E滚齿机(1)两个末端件电机－－滚刀（2）传动单元变速箱中的滑移齿轮组箱外挂轮A.B其它定比传动换置器官：前两个单元构成iv=i变速箱×（A/B)（3）计算位移Y3150E滚齿机电机n（r/min)－－n(r/min)滚刀(4)运动平衡式1430×(115/165)×(21/42)×i变速箱×(A/B)×(28/28)×(28/28)×(28/28)×(20/28)=n刀（5）换置公式iv＝i变速箱×(A/B)=n刀/(124×583)选取：先选n刀,求iv,确定i变速箱及挂轮齿数2、展成运动链Y3150E滚齿机（1）两个末端件：滚刀工件（2）传动单元：三个：合成机构展成挂轮其它定比传动M1使合成机构相当于一个联轴器i合成=1展成挂轮ix=(a/b)×(c/d)（3）计算位移：滚刀：1/K转工件：1/Z工转（4）运动平衡式Y3150E滚齿机1/K×(80/20)×(28/28)×(28/28)×(28/28)×(42/56)×I合成×(e/f)×(a/b)×(c/d)×(1/72)=1/Z工（5）换置公式：ix=(a/b)×(c/d)=(24Kf)/(Z工e)e,f：结构挂轮，根据被加工齿轮齿数选取，书中P47中部。结构挂轮作用：调节ix值，当Z工/K变化时保持稳定3、进给运动传动链Y3150E滚齿机（1）两个末端件：工件（工作台）---刀架（2）传动单元：进给箱中滑移齿轮组箱外挂轮a1,b1其它定比传动换置器官if=(a1/b1)×i进给箱（3）计算位移：1r(工作台1转)--f(刀架下移mm)（4）运动平衡方程式：1×(72/1)×(2/25)×(39/39)×(a1/b1)×(23/69)×i进给箱×(2/25)×3=f(5)换置公式if=(a1/b1)×i进给箱=f/0.4608二、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其装置特别之处：多一差动传动链，合成机构工作差动传动链：(1)两个末端件：刀架---工件(2)传动单元：合成机构差动换置器官展成链换置器官定比传动(3)计算位移：T(mm)(导程）---1转(工件)Y3150E滚齿机(4)运动平衡式：Y3150E滚齿机(T/3π)×(25/2)×(2/25)×(a2/b2)×(c2/d2)×(36/72)×I合成×(e/f)×ix×(1/72)=1r(工件)•T:被加工斜齿轮螺旋线导程T=(m端Z工)/tgβ=(m法Z工)/sinβ•3π：丝杠导程抵消T中的无理因子π（5）换置公式iy=(a2/b2)*(c2/d2)=9*sinβ/(mK)合成机构结构图（三）径向进给法滚切蜗轮•径向靠手动进给•其它与滚切直齿相同（四）刀架快速移动的传动路线用途：调整机床滚刀快速接近工件退刀实现：切断原进给链，接入快速移动电机传动路线：Y3150E滚齿机快速电机－13/26－2/25－刀架轴向进给丝杠－刀架四、插齿机•用途：内、外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮特别是内齿轮和多联齿轮，不能加工蜗轮•加工原理：展成原理•刀具：插齿刀－－特殊的“齿轮”模数与压力角相同于被加工齿轮铲背前角•运动：对滚展成上下往复径向进给让刀运动附加转动（插斜齿轮）•特点：效率相对降低精度一般•发展：高速插齿机插齿机Y5132型插齿机床身立柱刀架插齿刀工作台挡块第三节锥齿轮加工机床一、锥齿轮的类型及其加工原理1、齿形及其分类：收缩齿等高齿2、加工原理成形法：单片铣刀或指状铣刀在卧式铣床上加工加工近似，精度不高，较少采用展成法：相当一对啮合的锥齿轮平顶齿轮：加工收缩齿锥齿轮时用，假想齿轮，顶面为平面，节锥角90度平面齿轮：加工等高齿锥齿轮时用，节锥为平面平顶齿轮和平面齿轮二、锥齿轮加工机床的工作原理1、直齿锥齿轮刨齿机图1.3－19应用平面齿轮与直齿锥齿轮的啮合原理。背锥母线长度无穷大，相当于齿条，廓形为直线用两片刨刀代替平面齿轮齿槽的两个侧面，与齿坯按啮合关系作展成运动，加上刨刀的径向进给，切出一个齿。分度运动可以实现其它齿的加工。•下页图为直齿锥齿轮铣齿机，它利用了平面齿轮与直齿锥齿轮的啮合原理，由于平面齿轮背锥母线长度为无限大，相当于齿条，因此任意截面上的齿形都是直线。用铣刀做平面齿轮的向心运动，就可以加工出直齿锥齿轮的一个齿，加工完一个齿进行分度后再加工另一个齿。直齿锥齿轮铣齿机•2、弧齿锥齿轮铣齿机的工作原理•刀具：端面刀盘代替弧齿平面齿轮到一个齿•运动：展成运动分度运动见图1.3－20•图1.48为弧齿锥齿轮铣齿机，其加工原理与直齿基本相同。不过这时用一个端面刀盘代替弧齿平面齿轮的一个齿，在机床的展成运动机构与被加工齿轮作相对滚动中就可以加工弧齿锥齿轮的齿槽或齿槽的一面，加工完一个齿后进行分度，再加工另一个齿。弧齿锥齿轮铣齿机第四节数控齿轮机床1.数控滚齿机特点：（1）滚刀旋转与工件回转等均用伺服电机；（2）展成运动联系等由数控系统实现。优点：（1）运动关系简明传动链极短（2）误差小加工精度高（3）具有柔性：不再进行计算使用挂轮数控滚齿机二、数控插齿机•四个电机分别驱动：1个直流电机－－主运动，上下往复3个伺服电机－－展成运动，进给运动•让刀机构：让刀凸轮让刀楔铁•特点：传动系统简明精度高可加工非圆齿轮、扇轮等数控插齿机三、数控弧齿锥齿轮铣齿机•格里森公司•六轴联动：三个直线坐标：XYZ工件回转运动：A工件的摆动：B刀盘回转运动：C优点：具有柔性加工精度高数控弧齿锥齿轮铣齿机数控锥齿轮铣齿机•886