第4章 齿轮加工机床

第四章齿轮加工机床目的和要求：掌握齿轮加工机床的工作原理；掌握齿轮加工机床的类型和用途；了解Y3150E（YC3180)型滚齿机的主要组成部件；掌握Y3150E（YC3180)型滚齿机的传动系统；掌握插齿机的工作原理重点：齿轮加工机床的工作原理；Y3150E（YC3180)型滚齿机的传动系统；插齿机的工作原理难点：齿轮加工机床的工作原理；Y3150E（YC3180)型滚齿机的传动系统；插齿机的工作原理第四章齿轮加工机床4.1工作原理和分类铸造、锻造、热轧、冲压及切削加工具有传动比准确、传力大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，因此，齿轮传动被广泛用于各种机械及仪表中。随着现代科学技术和工业水平的不断提高，对齿轮制造质量的要求越来越高，齿轮的需求量也日益增加，这就要求机床制造业生产出高精度、高效率和高自动化程度的齿轮加工机床，以满足生产发展的需要。齿轮加工机床已成为机械制造业中不可缺少的重要加工设备之一。一、齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也不相同，但就其加工原理来说，不外乎是成形法和展成法。1.成形法成形法加工齿轮所采用的刀具为成形刀具，其切削刃形状与被切齿轮齿槽的截面形状相同。成形刀具有单齿廓和多齿廓两种。a.形成母线（渐开线）——成形法，无需表面成型运动；b.形成导线（直线）——相切法，2成形（简单）运动：铣刀旋转B1，铣刀沿齿坯轴向移动A2；c.分度——辅助运动。4.1工作原理和分类4.1工作原理和分类2.展成法展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副中的一个制作为刀具，另一个则作为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。4.1工作原理和分类二、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。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。4.1工作原理和分类锥齿轮加工机床：主要分为直齿和弧齿两种。直齿锥齿轮加工机床：包括刨齿机、铣齿机、拉齿机和磨齿机等。弧齿锥齿轮加工机床：包括弧齿锥齿轮铣齿机、拉齿机和磨齿机等。此外，齿轮加工机床还包括加工齿轮所需的倒角机、淬火机和滚动检查机等。4.1工作原理和分类滚齿机滚齿机插齿机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三、齿轮制造技术的发展方向传统的齿轮齿形加工是在齿轮未淬硬前，用滚齿或插齿的方法切出，经剃齿后淬硬，精度要求高的齿轮，在热处理后还要进行精加工，如磨齿、珩齿和研齿。珩齿、研齿和硬剃齿的发展是现今齿轮制造技术的一个趋势。滚齿和插齿的高精度和高速切削也是值得注意的动向。1.新型滚齿机和插齿机YC3180型淬硬滚齿机吸收了国内外先进技术，机床结构优良，动、静刚性好，工作精度高，特别适用于滚切淬硬(50~60)的直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用来滚切蜗轮，同时也能进行小锥度和鼓形齿等齿轮的仿形加工。该机床也同样适合于非淬硬滚齿轮的滚切。2.新型珩齿、剃齿和磨齿机利用珩齿加工技术能使齿面上形成微小的、肉眼看不到的对角线痕迹，可以很好地保存润滑油、减小噪声、延长齿轮寿命、抵抗齿面产生点浊，并减小轮齿中的应力和增加齿轮的传动转矩。例如德国Hurth公司生产的ZH250数控珩齿机。4.1工作原理和分类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4.2滚齿机运动分析二、滚切直齿圆柱齿轮滚齿.avi1.机床的运动和传动原理图a.展成运动——复合运动：滚刀旋转运动B11，工件旋转运动B12;内联传动链：滚刀—4—5—ix—6—7—工件。b.主运动——滚刀旋转，外联：电动机—1—2—iv—3—4—滚刀。4.2滚齿机运动分析c.竖直进给运动——滚刀轴向直线运动A2,简单运动外联传动链：工件—7—8—if—9—10—刀架升降丝杠。2.滚刀的安装（图4-3）滚刀安装角δ=螺旋升角ω4.2滚齿机运动分析三、滚切斜齿圆柱齿轮滚齿.avi1.机床的运动和传动原理图a.展成运动——复合运动：滚刀旋转运动B11，工件旋转运动B12;内联传动链：滚刀—4—5—i合成—6—7—ix—8—9工件。b.进给运动——复合运动：滚刀架直线运动A21,工作台旋转运动B22传动链：丝杠A21—12—11—if—10—9—工件B12。丝杠A21—12—13—iy—14—15—合成—6—7—ix—8—9—工件B224.2滚齿机运动分析4.2滚齿机运动分析2.滚刀的安装右旋滚刀右旋齿轮：滚刀安装角δ=β-ω左旋齿轮：δ=β+ω若左旋滚刀左旋齿轮：？3.工件附加转动方向作业1.分析比较应用展成法与成形法加工圆柱齿轮各有何特点？2.在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮，分别需要调整哪几条传动链？画出传动原理图，并说明各传动链的两端件及计算位移是什么？3.滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，工件的展成运动（）和附加运动（）的方向如何确定？4.滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时，如何确定滚刀刀架扳转角度与方向？如扳转角度有误差或方向有误差，将会产生什么后果？12B22B4.3YC3180滚齿机直齿和斜齿圆柱齿轮。手动径向进给滚切蜗轮，花键轴及链轮等。机床的主要参数为：加工齿轮最大直径为800mm，最大模数为10mm，最小齿数为8。4.3YC3180滚齿机二、机床的传动系统YC3150型滚齿机，一般要求能加工直齿、斜齿、圆柱齿轮和蜗轮等。其传动系统具备下列传动链：主运动传动链、展成运动传动链、垂直进给运动传动链、附加运动传动链、径向进给运动传动链和切向进给运动传动链。一、主要组成部件由床身1、立柱2、刀架溜板3、滚刀架5、后立柱8和工作台组成一、主要组成部件4.3Y3150E滚齿机4.3YC3180滚齿机一、工作运动：根据展成法滚齿原理可知，用滚刀加工齿轮时，除具有切削工作运动外，还必须严格保持滚刀与工件的运动关系，这是切制出正确齿廓形状的必要条件。因此，滚齿机在加工直齿圆柱齿轮时的工作运动有：1)主运动：即滚刀的旋转运动。根据合理的切削速度和滚刀直径，即可确定滚刀的转速n刀，其计算式为n刀＝1000v/πD刀2)展成运动：即滚刀和工件之间的啮合运动。两者之间应准确地保持一对啮合齿轮的传动比关系。设滚刀线数为k，工件齿数为z，则每当滚刀转1r时，工件应转k/zr。4.3YC3180滚齿机3)垂直进给运动：沿工件轴向作连续的进给运动，以切出齿宽。为了实现上述3个运动，机床就必须具有3条相应的传动链，而在每一传动链中，又必须具有可调环节（即变速机构），以保证传动链两端件间的运动关系。二、传动链的调整计算：根据上面讨论的机床在加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理图，即可从传动系统图中找出各个运动的传动链并进行运动的调整计算。1)主运动传动链。（1）末端件——电动机，主轴（2）计算位移——1500r/min(电动机）n(主轴）（3）运动平衡式（4）换置式4.3Y3150E滚齿机24/4824/48903323232320150028/4436/36176352323238032/4048/24n117635232323801500903323232320180vnin4.3YC3180滚齿机2)展成运动传动链（展成链or分齿链）。（1）末端件——滚刀（主轴），工件（工作台）（2）计算位移——1r(滚刀）K/z(工件）（3）运动平衡式（4）换置式802323234511202323234596veacKiifbdz合成2424xeacKifbdzacfKbdez4.3YC3180滚齿机3)进给传动链（进给链）。（1）末端件——工作台，滚刀架（2）计算位移——1r(工作台）f(滚刀架）（3）运动平衡式（4）换置式4040/2040/3496273613030240130/30334/403525136362430304020/402535f136362430401962736130230.45ffif4.3YC3180滚齿机一、滚切斜齿圆柱齿轮1)差动链——复合运动，内联传动链。（1）末端件——滚刀（主轴），工件（工作台）（2）计算位移——T(滚刀架）±1(工件）（3）运动平衡式（4）换置式222214030242113230244096aceacTibdfbd合成2222222232302124401964030212422tgtgcossinsin23021244016sin396403021242224yyacfbdibdTeacmzmzmzTaczimzKbdmz端滚齿机的传动系统中附加运动和展成运动在运动合成机构以后有一公用传动段，并将展成运动的换置机构置于该公用段，这样产生两个有利结果：1)当加工一对相啮合的斜齿圆柱齿轮时，参数β、mn、k均相同，只是齿轮的齿数z和螺旋线旋向不同。由于附加运动换置公式中不包含齿轮齿数z，所以加工一对相啮合的斜齿圆柱齿轮时uy不需另行调整，只需根据螺旋线旋向调整附加运动的方向。2)换置公式中包含了sinβ无理数，调整计算不可能十分精确，但由此而引起的β角的误差对相啮合的斜齿轮是一样的，因而，仍能保证这对齿轮良好的啮合。4.3Y3150E滚齿机4.3YC3180滚齿机2)展成链：与滚切直齿圆柱齿轮，但合成机构不被锁住。主运动链和进给链与直齿时相同。二、径向进给法滚切蜗轮(wormwheel)主运动链和展成链与滚切直齿时相同。进给为床身溜板连同工作台和后立柱在床身的导轨上作水平的径向进给。4.3YC3180滚齿机插齿机主轴插齿刀立柱工件工作台床身4.4其他齿轮加工机床一、插齿机的用途是加工内、外啮合的圆柱齿轮的轮齿，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，这是滚齿机无法加工的。1、插齿原理及运动：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。4.4其他齿轮加工机床4.4其他齿轮加工机床2、插齿机的传动原理图4.4其他齿轮加工机床4.4其他齿轮加工机床二、磨齿机磨齿机床用来对齿面淬硬的齿轮进行齿廓的精加工。磨齿机床分成型砂轮法磨齿和展成法磨齿两大类。1、成型砂轮法磨齿原理及运动2、展成法磨齿原理及运动（1）连续磨削（2）单齿分度磨削根据砂轮的形状分蝶形砂轮型、大平面砂轮型和锥形砂轮形三种。磨齿机磨齿机磨齿机传动原理图弧齿锥齿轮铣齿机弧齿锥齿轮铣齿机加工原理弧齿锥齿轮铣齿机传动原理思考题:1.2.3.4.5.6.第四章齿轮加工机床