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1、,机械制造技术,第8章 齿形加工,高等教育出版社,Contents Page,目录页,04 其他齿形加工方法,01 齿形加工方法,02 滚齿加工,03 插齿加工,Transition Page,过渡页,04 其他齿形加工方法,01 齿形加工方法,02 滚齿加工,03 插齿加工,一、齿形加工方法概述 1 无切削加工 齿轮齿形的无切削加工方法有铸造、热轧、冷挤、粉末冶金、注塑等方法。无切削加工具有生产率高、材料消耗小和成本低等优点。铸造齿轮的精度较低，常用于农机和矿山机械。 2 切削加工 对于有较高传动精度要求的齿轮来说，切削加工仍是目前主要的加工方法。通常要通过切削和磨削加工来获得所需的齿轮精度
2、。根据所用的加工装备不同，齿轮的切削加工有铣齿、滚齿、插齿、刨齿、磨齿、剃齿、珩齿等多种方法。,8.1,齿形加工方法,二、齿形加工原理 1 成形法 （1）加工原理 用单齿廓成形刀具加工时，每次仅加工齿轮的一个齿槽，通过分度，依次对各个齿槽进行加工，形成齿形。最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。 成形法铣齿的优点是可以在普通铣床上加工，但由于刀具的近似齿形误差和机床在分齿过程中的转角误差影响，加工精度一般较低，为9 12 级，表面粗糙度值为Ra6.3 3.2 m，生产效率不高，一般用于单件小批量生产加工直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮，或用于重型机器制造业的大型齿轮加工。,8.1,齿形加工方
3、法,（2）齿轮铣刀 成形法铣削齿轮所用的刀具有盘形齿轮铣刀和指形铣刀，前者适用于中小模数（m8 mm）的直齿、斜齿圆柱齿轮，后者适于加工大模数（m 8 40 mm）的直齿、斜齿齿轮，特别是人字齿轮。 同一模数的齿轮只要齿数不同，齿形渐开线形状就不相同，为了加工出准确的齿形，就需要备有数量很多的齿形不同的齿轮铣刀，这将是不经济的。为减少刀具的数量，同一模数的齿轮铣刀按其所加工的齿数通常制成 8 把一套（精确的是15 把一套），每种铣刀用于加工一定齿数范围的一组齿轮。,8.1,齿形加工方法,2 展成法 展成法是利用一对齿轮啮合的原理进行加工的。刀具相当于一把与被加工齿轮具有相同模数的特殊齿形的齿轮
4、。加工时刀具与工件按照一对齿轮（或齿轮与齿条）的啮合传动关系（展成运动）作相对运动。在运动过程中，刀具齿形的运动轨迹逐步包络出工件的齿形。同一模数的刀具可以在不同的展成运动关系下，加工出不同的工件齿形。所以用一把刀具就可以切出同一模数而齿数不同的各种齿轮。展成法加工时能连续分度，具有较高的加工精度和生产率，是目前齿轮加工的主要方法。,8.1,齿形加工方法,Transition Page,过渡页,04 其他齿形加工方法,01 齿形加工方法,02 滚齿加工,03 插齿加工,一、滚齿加工原理 滚齿加工的齿形成形原理实质上是模拟一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动过程。,8.2,滚齿加工,滚齿过程如图所示，当
5、滚刀旋转时，在其螺旋线的法向剖面内的刀齿，相当于一个齿条作连续移动。根据啮合原理，其移动速度与被切齿轮在啮合点的线速度相等，即被切齿轮的分度圆与该齿条的节线作纯滚动。由此可知，滚齿时，滚刀的转速与齿坯的转速必须严格符合如下关系：,8.2,滚齿加工,二、滚齿加工的应用 1 直齿圆柱齿轮加工 滚切直齿圆柱齿轮时所需的加工运动包括形成渐开线的复合展成运动、形成全齿长所需的垂直进给运动和切出全齿深所需的径向进给运动。,8.2,滚齿加工,2 斜齿圆柱齿轮加工 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。除形成渐开线需要复合展成运动外，要形成齿长螺旋线也需要一个复合
6、运动。即在滚刀沿工件轴线移动（垂直进给）与工作台的旋转运动之间也必须建立一条内联系传动链。,8.2,滚齿加工,3 蜗轮加工 加工蜗轮时，展成运动和主运动与加工直齿圆柱齿轮时相同。由于在蜗轮的轴向平面内蜗轮齿底部是圆弧形，滚刀轴线就在圆弧中心，所以不需要垂直进给运动。为切出全齿深，滚刀相对于蜗轮的切入运动可以有两种方式，一种是径向进给，另一种是切向进给。,8.2,滚齿加工,采用切向进给时，蜗轮齿面有更多的包络切线，加工表面粗糙度值小。对大螺旋升角的蜗轮，应尽可能采用切向进给。但切向进给时，需要机床有切向进给刀架，并使用带切削锥的蜗轮滚刀。,4 滚齿时滚刀的安装 在滚切直齿和斜齿圆柱齿轮时，为保证
7、加工出的齿形的正确性，滚刀与工件的相对位置关系应符合相应的螺旋齿轮啮合的相互位置关系，即滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。为实现这一要求，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。,8.2,滚齿加工,三、齿轮滚刀 1 滚刀基本蜗杆 齿轮滚刀相当于一个螺旋角很大的斜齿圆柱齿轮，成为蜗杆形状。为了使这个“蜗杆”能起到切削作用，需在这个蜗杆沿其长度方向开出若干个容屑槽，以形成切削刃和前后刀面。 根据滚刀的成形原理，滚刀基本蜗杆在螺旋齿的法向截面内应该是渐开线齿形，才能加工出理论上正确的渐开线齿轮。这种
8、蜗杆称为渐开线蜗杆，但这种具有渐开线齿形的基本蜗杆制造困难，在生产中很少使用。为便于制造，实际上多采用在轴向截面内的齿形是直线的基本蜗杆，称为阿基米得基本蜗杆，这种蜗杆滚刀的齿形在理论上存在误差，但便于制造、刃磨、测量，能满足一定精度范围内的齿轮加工要求。,8.2,滚齿加工,2 滚刀基本结构 滚刀结构分为整体式、镶齿式等类型。目前中小模数滚刀都做成整体结构，大模数滚刀，为了节省材料和便于热处理，一般做成镶齿式结构。,8.2,滚齿加工,3 滚刀的几何参数 （1）齿轮滚刀的外径与孔径 （2）齿轮滚刀的长度 （3）齿轮滚刀的头数 （4）齿轮滚刀的圆周齿数 （5）滚刀的前刀面和前角 （6）滚刀的后刀面
9、和后角,8.2,滚齿加工,4 滚刀的精度 滚刀按精密程度分为AAA 级、AA 级、A 级、B 级、C 级，表8.2 列出了滚刀精度等级与被加工齿轮精度等级的关系。,8.2,滚齿加工,四、Y3150E 滚齿机 1 机床组成 Y3150E 型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮，可以加工工件的最大直径为500 mm，最大模数为8 mm。,8.2,滚齿加工,2 传动系统分析 滚齿机的主要运动是由主运动传动链、展成运动传动链、垂直进给运动传动链和附加运动传动链组成的。此外，还有用于快速调整机床的空行程快速传动链。 （1）主运动传动链 主运动传动链的两
10、端件是：电动机滚刀主轴。其传动路线表达式为：,8.2,滚齿加工,（2）展成运动传动链 展成运动传动链的两端件是：滚刀主轴工作台，其传动路线表达式为： 滚切直齿圆柱齿轮时合成机构用离合器M1，故u合成 1。由上式可得展成运动传动链换置公式为：,8.2,滚齿加工,（3）垂直进给运动链 垂直进给运动传动链的两端件是：工作台刀架。计算位移是：工作台转1 转，刀架垂直进给 f（单位为mm），其传动路线表达式为： 上式中，a1 / b1 和轴XVIIXVIII之间的三联滑移齿轮是垂直进给运动的换置机构。由上式得出换置公式为：,8.2,滚齿加工,（4）附加运动传动链,8.2,滚齿加工,3 运动合成机构 在加
11、工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动传动链要通过合成机构合成后传递给工作台。在Y3150E 上采用了行星轮机构的运动合成机构。该机构由4 个z 30 的锥齿轮组成。,8.2,滚齿加工,五、数控滚齿机简介 随着数控技术的不断发展，数控滚齿机克服了普通滚齿机传动系统复杂的缺点，实现了高度自动化和柔性化控制，大大简化了普通滚齿机机械传动。 普通滚齿机复杂的机械传动链，在数控滚齿机上全部分解成单个伺服电动机驱动，彼此之间的联动关系则由数控系统中专用计算机的控制软件来实现。,8.2,滚齿加工,Transition Page,过渡页,04 其他齿形加工方法,01 齿形加工方法,02 滚齿加工,03 插齿加
12、工,一、概述 1 插齿加工原理 插齿加工的齿形成形原理模拟一对圆柱齿轮的啮合传动过程，其中一个是工件，另一个是端面磨有前角、齿顶及齿侧均磨有后角的插齿刀。,8.3,插齿加工,2 插齿加工的特点 （1）由于插齿刀在设计时没有滚刀的近似齿形误差，在制造时可通过高精度磨齿机获得精确的渐开线齿形，所以插齿加工的齿形精度比滚齿高。 （2）齿面的表面粗糙度值小。这主要是由于插齿过程中参与包络的刀刃数远比滚齿时多。 （3）运动精度低于滚齿。由于插齿时，插齿刀上各个刀齿顺次切削工件的各个齿槽，所以刀具制造时产生的齿距累积误差将直接传递给被加工齿轮，从而影响被切齿轮的运动精度。 （4）齿向偏差比滚齿大。因为插齿
13、的齿向偏差取决于插齿机主轴回转轴线与工作台回转轴线的平行度误差。由于插齿刀往复运动频繁，主轴与套筒容易磨损，所以齿向偏差常比滚齿加工时要大。 （5）插齿的生产率比滚齿低。这是因为插齿刀的切削速度受往复运动惯性限制难以提高， 目前插齿刀每分钟往复行程次数一般只有几百次。此外，插齿有空行程损失。 （6）插齿可以加工内齿轮、双联或多联齿轮、齿条、扇形齿轮等滚齿无法完成的加工。,8.3,插齿加工,二、插齿加工的应用 1 直齿圆柱齿轮加工 由插齿的加工原理可知，插齿的展成运动是插齿刀与被加工齿轮之间的啮合传动。这是一条内联系传动链，二者的转速应严格符合下式的关系： 在插齿加工中，主运动是插齿刀的轴向往复
14、运动，因而，齿轮的齿长是由主运动的轨迹形成的。显然，通过调整插齿刀的轴向往复行程，就可以加工不同齿长的齿轮。为切出全齿高，还有一个径向进给运动。为避免空行程时刀具与工件的摩擦，还有一个让刀运动。,8.3,插齿加工,2 斜齿圆柱齿轮加工 加工斜齿圆柱齿轮时的展成运动和主运动与直齿轮加工时相同，其特殊之处在于必须使插齿刀附加一个转动，以形成斜齿轮的齿向螺旋线。这一附加转动与插齿刀的轴向运动之间也必须保持严格的相对运动关系，以得到齿向螺旋角。所以，这也是一条内联系传动链。,8.3,插齿加工,三、插齿刀 1 插齿刀的类型 （1） 型盘状直齿插齿刀（图 a） 这是最常用的一种形式，用于加工直齿外齿轮和大
15、直径内齿轮。插齿刀的内孔直径由国家标准规定，因此不同的插齿机应选用不同的插齿刀。 （2）型碗形直齿插齿刀（图 b） 它和型插齿刀的区别在于其刀体凹孔较深， 以便容纳紧固螺母，避免在加工双联齿轮时螺母碰到工件。 （3）型锥柄直齿插齿刀（图 c） 这种插齿刀的直径较小，只能做成整体式，它主要用于加工较小的内齿轮。,8.3,插齿加工,2 插齿刀的选择 插齿刀是一个特殊的变位齿轮，即除了原始剖面OO 内具有标准齿形（变位系数x0 0）外，整个插齿刀可看成是由无穷多的每片厚度为无限小，且具有不同变位系数的薄片齿轮叠加而成。OO 剖面以下（如AA 剖面）和以上的每一薄片齿轮的变位系数分别为x0 0 和x0
16、 0，插齿刀的不同剖面内的顶圆半径和分度圆齿厚随着变位系数的增减而增减。因此，选择插齿刀时，必须要考虑变位系数的大小。在插齿加工时要避免下列现象的发生： （1）插齿刀加工出来的齿轮啮合时可能发生过渡曲线干涉。 （2）插齿刀加工齿轮时可能发生根切。 （3）插齿刀加工齿轮时可能发生顶切。 （4）插齿刀加工齿轮时，刀具的齿根圆可能参加切削，从而将毛坯外圆切掉一层。,8.3,插齿加工,Transition Page,过渡页,04 先进磨削技术简介,01 齿形加工方法,02 滚齿加工,03 插齿加工,一、剃齿 1 剃齿原理 剃齿加工原理相当于一对螺旋齿轮作双面无侧隙啮合的过程，其中一个是剃齿刀，它是一个沿齿面齿高方向上开有很多容屑槽形成切削刃的斜齿圆柱齿轮，另一个是被加工齿轮。剃齿时，经过预加工的工件装在心轴上，顶在机床工作台上的两顶尖间，可以自由转动； 剃齿刀装在机床的主轴上，在机床的带动下与工件作无侧隙的
