第4章 齿轮加工机床-3

14.5其它类型齿轮加工机床4.5.1插齿机插齿机主要用于加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适用于加工在滚齿机上不能加工的多联齿轮，内齿轮和齿条，但插齿机不能加工蜗轮。1、插齿原理插齿机也是按展成法原理来加工圆柱齿轮的。插齿刀实质上是一个端面磨有前角，齿顶及齿侧均磨有后角的齿轮，如图所示，其模数和压力角与被加工齿轮相同。24.5.1插齿机插齿时，插齿刀沿工件轴向作直线往复运动以完成切削运动，在刀具与工件轮坯作“无间隙啮合运动”的过程中，在轮坯上逐渐地切出全部齿廓。在加工过程中，刀具每往复一次，仅切出工件齿槽的一小部分，齿廓曲线渐开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，如图b所示。34.5.1插齿机2、插齿机的运动由图可知，加工直齿圆柱齿轮时，插齿机应具有以下运动。1）主运动插齿机的主运动是插齿刀沿其轴线所作的直线往复运动。在一般立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向上为空行程。若切削速度v(单位为m/min)及行程长度L(单位为mm)已确L2v1000n刀定，则可按下式计算出插齿刀每分钟往复行程数(双行程／min)44.5.1插齿机2)展成运动即在插齿刀转过一个齿时，工件也转过一个齿；或者说，插齿刀转过1／Z刀转(Z刀为插齿刀齿数)时，工件转过1／Z工转(Z工为工件的齿数)。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。插齿刀和工件的旋转运动组成了一个形成渐开线齿廓的复合运动——展成运动。54.5.1插齿机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，同时也决定了插齿刀每一次切削的切削负荷，加工精度和生产率，所以我们称插齿刀的转动为圆周进给运动。圆周进给量的大小用插齿刀每次往复行程中刀具在分度圆周上所转过的弧长表示，其单位为mm／往复行程。6插齿刀向上运动(空行程)时，为了避免擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应该让开，使其产生一定的间隙，而在插齿刀向下开始工舴行程之前，应迅速恢复到原位，以便刀具进行下一次切削，这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。4.5.1插齿机4）让刀运动插齿机的让刀运动可由安装工件的工作台移动来实现，也可由刀具主轴摆动得到。由于刀具主轴的惯量较小所以新型插齿机，普遍采用刀具主轴摆动来实现让刀运动。7开始插齿时，如插齿刀立即径向切入工件至全齿深，将会因切削负荷过大而损坏刀具和工件。为了避免这种情况，工件应逐渐地向插齿刀(或插齿刀向工件）作径向切入运动，如图所示。4.5.1插齿机5）径向切入运动开始加工时，工件外圆上的a点与插齿刀外圆相切，在插齿刀和工件作展成运动的同时，工件相对于刀具作径向切入运动。当刀具切入工件至全齿深后(至b点)，径向切入运动停止，然后工件再转过一整转，便能加工出全部完整的齿廓。径向进给量的大小，用插齿刀每往复行程中工件或刀具径向切入的距离表示，其单位为mm／往复行程。根据工件的材料、模数、精度等条件，也可采用两次和三次径向切入方法，即刀具切入到工件全齿深可分两次或三次进行。每次径向切入运动结束后，工件都需要转过一整转。84.5.1插齿机3、插齿机的传动原理插齿机的传动原理如图所示。图中表示了三个成形运动的传动链主运动传动链:“电动机M一1—2一iv一3—4—5一曲柄偏心盘A一插齿刀主轴”iv为调整插齿刀每分钟往复行程数的换置机构。圆周进给运动传动链:“曲柄偏心盘A一5—4—6一if一7—8—9一蜗杆蜗轮副B一插齿刀主轴”if为调整插齿刀圆周进给量大小的换置机构。94.5.1插齿机展成运动传动链:“插齿刀主轴(插齿刀转动)一蜗杆蜗轮副B一9—8—10一ix一11—12一蜗杆蜗轮副C一工作台”其中ix为调整插齿刀与工件轮坯之间传动比的换置机构，用以适应插齿刀和工件齿数的变化。让刀运动及径向切入运动不直接参与工件表面的形成过程，因此没有在图中表示。104.5.1插齿机在插齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，必须采用斜齿插齿刀(见图4—13)，其螺旋角与工件螺旋角相等而螺旋方向相反。为了使插齿刀刀刃在运动时实现形成斜齿的螺旋运动，将刀具主轴安装在螺旋导轨中，当刀具主轴往复运动时，刀具主轴上的螺旋导轨与固定的螺旋导轨面相对滑动，使刀具主轴产生相应的附加回转运动。刀具主轴上的螺旋导轨固定的螺旋导轨114.5.1插齿机螺旋导轨的导程应等于插齿刀及工件的导程。加工螺旋角不同的工件时，需更换插齿刀及螺旋导轨。由于螺旋导轨的制造难度较大，一般需要向制造厂特殊订货，因此这种方法仅适用于大批大量生产中。124.5.2圆柱齿轮磨齿机1、按成形法工作的磨齿机磨齿机是用磨削方法对淬硬齿轮的齿面进行精加工的精密机床。通过磨齿可以纠正磨削前预加工中的各项误差。齿轮精度可达6级或更高。按齿廓的形成方法，磨齿有成形法和展成法两种，大多数的磨齿机均以展成法来磨削齿轮。下面介绍几种常用的磨齿机的工作原理及其特点；这类磨齿机又称成形砂轮型磨齿机。它所用砂轮的截面形状被修整成工件轮齿间的齿廓形状。图4—14a所示是磨削内啮合齿轮用的砂轮截面形状；图4—13b所示是磨削外啮合齿轮用的砂轮截面形状134.5.2圆柱齿轮磨齿机成形砂轮型磨齿机的优点是加工时砂轮和工件接触面积大，生产率较高。缺点是砂轮修整时容易产生误差，并且在磨削过程中，由于砂轮各部分的磨损不均匀，直接影响加工精度和表面质量。这种类型的磨齿机一般用于大量生产中磨削精度要求不太高的齿轮。此外，展成法由于结构上的限制，难以用来磨削内齿轮，因此，内齿轮的磨齿一般均采用成形法进行加工。成形法磨齿时，砂轮高速旋转并沿工件轴线方向作往复运动。一个齿磨完后，工件需分度一次，再磨第二个齿。砂轮对工件的切入进给运动，由安装工件的工作台作径向进给运动得到。这种磨齿方法使机床的运动比较简单。144.5.2圆柱齿轮磨齿机1）蜗杆砂轮型磨齿机2、按展成法工作的磨齿机蜗杆形砂轮相当于滚刀，其旋转运动B11(即主运动)与工件的旋转运动B12组成一个复合成形运动，形成渐开线齿廓(即展成运动传动链)。加工直齿圆柱齿轮时，轴向进给运动A2由工件(即工作台)完成。加工斜齿圆柱齿轮时，工件齿槽与砂轮螺旋线方向应一致，同时还应具有相应的附加回转运动B22(图4—15a中未标注)。蜗杆砂轮型磨齿机是用直径很大的修整成蜗杆形的砂轮磨削齿轮，其工作原理与滚齿机相同，如图4—15a所示。154.5.2圆柱齿轮磨齿机这类机床在加工过程中是连续磨削不需分度，且蜗杆砂轮具有很高的转速，故其生产率在各类磨齿机中是最高的；对于模数较小的齿轮，也可直接从轮坯上磨出轮齿。其缺点是砂轮修整困难，不易达到高的精度。磨削不同模数的齿轮时需要更换砂轮；由于砂轮转速很高，使联系砂轮与工件的内联系传动链中的各个传动环节转速也很高，如采用机械方式传动，易产生噪声，磨损较快，为此，目前常采用两个同步电动机分别传动砂轮和工件，靠电气系统保证它们之间的严格传动比关系，不但简化了传动链，也提高了传动精度。这种机床适用于中小模数齿轮的成批和大量生产。164.5.2圆柱齿轮磨齿机2）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，它所使用的砂轮截面形状是按照齿条的齿廓修整的。当砂轮按切削速度高速旋转(B1)，并沿工件齿线方向作直线往复运动(A2)时，砂轮两侧面的母线就形成了假想齿条的一个齿廓，如图4-15b所示。在这类机床上磨削齿轮时，是按单齿分度法磨削的，每一个齿槽的两侧面均需分别进行磨削。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，工件退离砂轮，并进行分度。分度时，工件在不作直线移动的情况下绕其轴线转过一个齿。可见，工件上全部轮齿齿面需经多次分度和磨削后才能完成。174.5.2圆柱齿轮磨齿机如果强制被磨削齿轮在此假想齿条上作无间隙的纯滚动运动，即被磨削齿轮在转过1/z转(B31)也就是转一个齿的同时，其轴心线移过一个齿距(πm)的距离(A32)，便可磨出工件上一个轮齿一侧的齿面。因此，渐开线齿廓是由工件转动B31和移动A32所组成的复合运动形成，而直线形齿线则由砂轮旋转Bl和直线移动A2用相切法形成。由上述可知，锥形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。此外，为磨出全部轮齿，加工过程中还需一个周期的分度运动，这类磨齿机典型的传动原理如图4—16所示；184.5.2圆柱齿轮磨齿机194.5.2圆柱齿轮磨齿机1)主运动主运动是砂轮旋转运动B1，由外联系传动链“M1—1—2一iv一3—4一砂轮主轴(砂轮转动)”实现，iv为调整砂轮转速的换置机构。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“M2—8—7一ifl一6—5一曲柄偏心盘机构P一砂轮架溜板(砂轮移动)”实现。ifl为调整砂轮轴向进给速度的换置机构。204.5.2圆柱齿轮磨齿机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B31)一22—21一[合成]一19—18一Ux一11—10—9一纵向工作台(工件直线移动A32)”和外联系传动链“M3—14—13一Uf2—12—10”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Uf2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。214.5.2圆柱齿轮磨齿机这种机床的优点是通用性高，砂轮形状(直线)简单；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)分度运动工件的分度由分度运动传动链“分度机构一15一16一Ui一17—20一[合成]一21—22一回转工作台”实现，机床的自动控制系统将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。224.5.2圆柱齿轮磨齿机双碟形砂轮型磨齿机也是按单齿分度法磨削的。3）双碟形砂轮型磨齿机该磨齿机用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)来形成假想齿条的一个轮齿两侧齿面，同时磨削齿槽的左右齿面。如图c所示。234.5.2圆柱齿轮磨齿机磨削过程中的成形运动和分度运动，与锥形砂轮型磨齿机基本相同，但轴向进给运动通常是由工件来完成。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；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，所以生产率较低。为了提高磨齿精度，这类磨齿机一般采用钢带滚圆盘机构实现展成运动。这种机构的工作原理如图4—17所示。244.5.2圆柱齿轮磨齿机纵向溜板8上固定有支架7，横向溜板11上装有工件主轴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。当横向溜板11由曲柄盘l0驱动作横向直线往复运动时，滚圆盘因受钢带5及9的约束而转动，从而工件主轴一边随横向溜板移动，一边转动，带动工件2沿假想齿条的节线作纯滚动，实现了展成运动，如图4—17b所示。图4-17滚圆盘机构工作原理8纵向溜板254.5.2圆柱齿轮磨齿机根据材料力学分析，钢带绕在圆盘外圆上时，它的外层是伸长的，内层是缩短的，中间层长度则基本上不变，所以通常把水平张紧的钢带厚度的中间层作为纯滚动的节线W-Wo，而把与这条线相切的圆(就是以滚圆盘回转中心为中心，由该中心到钢带厚度中间层的距离为半径的圆)叫做“磨削节圆”。滚圆盘直径d盘和滚圆直径d滚以及钢带厚度方的关系为d盘=d滚+δ