第八章 齒形加工

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第八章齒形加工教學(xué)目的：1、了解滾齒機(jī)的組成。2、了解滾齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。3、掌握常用齒形加工方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。4、掌握齒輪滾刀、插齒刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和選用。5、掌握滾齒機(jī)的調(diào)整方法及滾刀安裝方法。教學(xué)重點(diǎn)：1、齒輪滾刀、插齒刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和選用。2、常用齒形加工方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。3、滾齒機(jī)的調(diào)整方法及滾刀安裝方法。教學(xué)難點(diǎn)：1、常用齒形加工方法的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。2、滾齒機(jī)的調(diào)整方法及滾刀安裝方法。8.1齒形加工方法一、齒形加工方法概述1、無(wú)切削加工（1）加工方法：鑄造、熱軋、冷擠、注塑、粉末冶金。（2）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、材料消耗少、成本低。2、切削加工：切削加工是指用切削和磨削加工的方法生產(chǎn)齒輪的過(guò)程。通常分銑齒、滾齒、插齒、刨齒、磨齒、剃齒、珩齒等多種方法。電子工程系

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二、齒形加工原理1、成形法（1）定義：利用與被加工齒輪齒槽法面截形相一致的刀具，在齒坯上加工出齒形的方法叫成形法。（2）常見(jiàn)的成法加工方法銑削、拉削、插削及磨削，最常用的方法是在銑床上用成形銑刀銑削齒形。（3）成形法的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是可以在普通銑床上的加工，缺點(diǎn)是加工精度一般不高（IT9～I(xiàn)T12），表面粗糙度為Ra6.3～3.2，生產(chǎn)率不高。一般用于單件小批量生產(chǎn)或用于重型機(jī)器上的大型齒輪的加工。視頻801成形法加工齒輪（4）成形銑刀盤(pán)銑刀—--—用于m<8mm的直齒、斜齒圓柱齒輪。指狀銑刀——用于加工m=8～40mm的直齒、斜齒齒輪和人字齒輪。視頻802銑直齒視頻803銑螺旋齒同一模數(shù)的銑刀按所加工的齒數(shù)通常分為8級(jí)（見(jiàn)表8—1）。當(dāng)加工斜齒圓柱齒輪且精度要求不高時(shí)，可以借用加工直齒圓柱齒輪的銑刀，這時(shí)應(yīng)以齒輪法向截面內(nèi)的當(dāng)量齒數(shù)Zd來(lái)選擇：Zd=Z/COS3β式中：Z——斜齒輪齒數(shù)β——斜齒輪的螺旋角2、展成法（1）定義：利用一對(duì)齒輪嚙合的原理進(jìn)行齒輪加工的方法叫展成法。加工時(shí)刀具齒形的運(yùn)動(dòng)軌跡逐步包絡(luò)出工件的齒形。（3）常見(jiàn)的展成加工方法：滾齒、插齒、剃齒、磨齒等。

（2）特點(diǎn)：用一把刀具就可以切出同一模數(shù)而齒數(shù)不同的各種齒輪，具有較高的精度和生產(chǎn)率。但需配置專(zhuān)門(mén)的齒輪加工機(jī)床。視頻804展成法加工齒輪原理8.2滾齒加工一、滾齒加工原理滾齒加工過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一對(duì)交錯(cuò)軸螺旋齒輪的嚙合傳動(dòng)過(guò)程。滾切過(guò)程中，刀具與工件的轉(zhuǎn)速應(yīng)符合下列關(guān)系：n刀/n工=Z工/K式中：Z工——工件的齒數(shù)K——滾刀的頭數(shù)所以，它們相互之間的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)具有嚴(yán)格傳動(dòng)比的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)。該傳動(dòng)鏈稱(chēng)為展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。視頻805滾齒運(yùn)動(dòng)滾齒機(jī)滾齒加工過(guò)程：滾齒加工傳動(dòng)：滾齒加工的特點(diǎn)：（1）適應(yīng)性好，刀具數(shù)量較少；（2）加工時(shí)的齒形誤差和齒距誤差小，精度比銑齒高；（3）加工生產(chǎn)率高；（4）由于滾刀結(jié)構(gòu)的限制，容屑空間較小，表面粗糙度比插齒時(shí)大。滾齒加工主要用于直齒、斜齒圓柱齒輪以及蝸輪的加工，不用于加工內(nèi)齒輪和多聯(lián)齒輪。二、滾齒加工的應(yīng)用（1）展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：聯(lián)系滾刀主軸旋轉(zhuǎn)和工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的傳動(dòng)鏈為展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。它保證工件和刀具之間嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，是一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈，既要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確，又要求滾刀和工件二者旋轉(zhuǎn)方向符合一對(duì)交錯(cuò)軸螺旋齒輪嚙合時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其傳動(dòng)鏈為：刀具—4—5—Ux—6—7—工作臺(tái)。1、直齒圓柱齒輪加工滾齒機(jī)（2）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)锹?lián)系動(dòng)力源和滾刀主軸的傳動(dòng)鏈，它是外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，它產(chǎn)生切削運(yùn)動(dòng)。其傳動(dòng)鏈為：電動(dòng)機(jī)—1—2—Uv—3—4—滾刀。（3）垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)锹?lián)系工作臺(tái)和刀架的傳動(dòng)鏈，它是外聯(lián)系傳動(dòng)鏈通常用工作臺(tái)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，刀架的位移量來(lái)表示垂直進(jìn)給量的大小。其傳動(dòng)鏈為：7—8—Uf—9—10。滾切斜齒圓柱齒輪需要兩個(gè)成形運(yùn)動(dòng)，即形成漸開(kāi)線齒廓的展成運(yùn)動(dòng)和形成齒長(zhǎng)螺旋線的運(yùn)動(dòng)。要求工件在展成運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上再產(chǎn)生一個(gè)附加運(yùn)動(dòng)，以形成螺旋齒形線。附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈為：刀架—12—13—Uy—14—15—合成機(jī)構(gòu)—6—7—Ux—8—9—工作臺(tái)。2、斜齒圓柱齒輪加工3、蝸輪加工蝸輪滾刀加工蝸輪的原理是模擬蝸桿與蝸輪的嚙合傳動(dòng)過(guò)程。蝸輪滾刀是一種專(zhuān)用刀具，每加工一種蝸輪就要設(shè)計(jì)一種專(zhuān)用滾刀。加工時(shí)，展成運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)與加工直齒圓柱齒輪時(shí)相同，沒(méi)有垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。4、滾齒時(shí)滾刀的安裝

滾刀的齒形螺旋線的方向應(yīng)與被加工齒輪的齒向相同。所以，在滾刀安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)滾刀的螺旋角和工件的螺旋角使?jié)L刀相對(duì)于工件轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。滾刀軸線相對(duì)于工件端面轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為滾刀的安裝角。如圖8.8，加工直齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀安裝角度的調(diào)整示意圖，這時(shí)安裝角度等于滾刀的螺旋升角。滾刀的旋向不同，轉(zhuǎn)角的方向也不同。圖a右旋滾刀，圖b左旋滾刀。（1）直齒輪：如圖8.9，加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀安裝角度的調(diào)整示意圖，這時(shí)安裝角度由滾刀的螺旋升角和工件螺旋角來(lái)決定。當(dāng)兩者旋向相同時(shí)，安裝角度為工件螺旋角和滾刀螺旋升角之差（如圖a），反之，為兩者之和（如圖b）。（2）斜齒輪：圖a，工件為左旋，滾刀為右旋；圖b，工件為右旋，滾刀為右旋；三、齒輪滾刀1、滾刀基本蝸桿齒輪滾刀是滾齒加工的刀具，它相當(dāng)于一個(gè)螺旋角很大的斜齒圓柱齒輪。由于它的輪齒很長(zhǎng)，可以繞軸幾圈，因而成為蝸桿形狀，稱(chēng)為滾刀基本蝸桿。（1）漸開(kāi)線蝸桿滾刀：定義：螺旋面為漸開(kāi)線螺旋面的蝸桿滾刀稱(chēng)為漸開(kāi)線蝸桿滾刀。特點(diǎn)：由于這種滾刀制造困難，所以雖然加工精度較高，但在工業(yè)上還是很少使用。（2）阿基米德蝸桿滾刀：定義：該滾刀與漸開(kāi)線蝸桿滾刀很相似，只是它的軸向截面是直線；特點(diǎn)：這種蝸桿滾刀便于制造、刃磨、測(cè)量，已得到廣泛的應(yīng)用。蝸桿類(lèi)型2、滾刀的基本結(jié)構(gòu)

分類(lèi)：滾刀結(jié)構(gòu)分為整體式（用于中小模數(shù)）和鑲齒式（用于大模數(shù)）兩種。

定位夾緊：滾刀在工作時(shí)，安裝在滾齒機(jī)的心軸上，以內(nèi)孔定位，并以螺母壓緊滾刀的兩端面。

檢驗(yàn)：利用滾刀兩端軸臺(tái)的徑向跳動(dòng)來(lái)檢驗(yàn)滾刀在滾齒機(jī)心軸上安裝是否正確。滾刀沿軸向開(kāi)有容屑槽。（1）齒輪滾刀的外徑與孔徑目前我國(guó)通用的滾刀分為兩系列：Ⅰ型為大外徑系列，用于高精度的滾刀；Ⅱ型為小外徑系列，用于普通精度滾刀。（2）齒輪滾刀的長(zhǎng)度最小長(zhǎng)度應(yīng)滿足的要求：①能完整的包絡(luò)出齒輪的齒廓；②滾刀兩端邊緣的刀齒不應(yīng)負(fù)荷過(guò)重。根據(jù)上述要求可計(jì)算出齒輪滾刀的最小長(zhǎng)度，進(jìn)行適當(dāng)修正就可得出滾刀的實(shí)際長(zhǎng)度。3、滾刀的幾何參數(shù)（3）齒輪滾刀的頭數(shù)滾刀頭數(shù)越多，參與切削的齒數(shù)越多，生產(chǎn)效率越高。但多頭滾刀螺旋升角大，制造誤差增大，鏟磨時(shí)很難保證精度，所以加工精度較低，一般用于初加工。（4）齒輪滾刀的圓周齒數(shù)圓周齒數(shù)越多，每個(gè)刀齒的負(fù)荷減少，使切削過(guò)程平穩(wěn)，有利于提高刀具的耐用度和加工質(zhì)量。但圓周齒數(shù)過(guò)多會(huì)減少齒背的寬度，減少滾刀可刃磨次數(shù)，使?jié)L刀壽命縮短，通常Ⅰ型滾刀圓周齒數(shù)取12～16個(gè)；Ⅱ型滾刀圓周齒數(shù)取9～12個(gè)。4、滾刀精度滾刀精度分為AAA級(jí)、AA級(jí)、A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)等五個(gè)等級(jí)。（具體見(jiàn)表8—2）四、Y3150E滾齒機(jī)1).用途:主要用于滾切直齒和斜齒圓柱齒輪,也可以加工蝸輪和花鍵軸。

2).總體布局:①.床身——支撐件；

②.立柱——用于安裝傳動(dòng)系統(tǒng)；

③.刀架——可以沿立柱上的導(dǎo)軌上下移動(dòng)，還可以繞自己的水平軸轉(zhuǎn)位；

④.小立柱——連同工作臺(tái)一起作水平方向移動(dòng)以適應(yīng)不同的直徑工件；

⑤.心軸——安裝工件用；

⑥.工作臺(tái)1、機(jī)床組成3).運(yùn)動(dòng)

根據(jù)表面成形原理，加工直齒圓柱齒輪時(shí)的成形運(yùn)動(dòng)包括：形成漸開(kāi)線齒廓（母線）的運(yùn)動(dòng)和形成齒長(zhǎng)（導(dǎo)線）的運(yùn)動(dòng)。其中，漸開(kāi)線齒廓由展成法形成；直線齒長(zhǎng)由相切法形成。對(duì)于加工斜齒輪時(shí)，其導(dǎo)線為螺旋線。2、傳動(dòng)系統(tǒng)分析（1）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈視頻806Y3150E滾齒機(jī)傳動(dòng)動(dòng)畫(huà)1)傳動(dòng)路線2)換置計(jì)算

①兩末端件的計(jì)算位移：

主電機(jī)(n=1430r/min)——滾刀nC（r/min）②傳動(dòng)平衡式：其中：nC取決于切削速度和滾刀直徑；

Ugv可以在滑移齒輪組的三個(gè)傳動(dòng)比中選一個(gè)；

A、B掛輪也可以在機(jī)床圖表中選取。③換置公式(2)范(展)成傳動(dòng)鏈1）傳遞路線2).換置計(jì)算

①．兩末端件的計(jì)算位移：滾刀1(r)——工件K/Z工

②.傳動(dòng)平衡式：

③.換置公式：掛輪e、f可以根據(jù)工件齒數(shù)在4個(gè)掛輪(24、36、36、48)中選2個(gè)，一般情況下：k=1,對(duì)于常見(jiàn)的工件齒數(shù)（21≤Z≤142），取f/e=1，則Ux=24/Z,即計(jì)算掛輪時(shí)只與Z有關(guān)。

注意：當(dāng)加工直齒圓柱齒輪時(shí)，U合成=1；加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，U合成=-1。(3)進(jìn)給傳動(dòng)鏈1).傳動(dòng)路線:2).換置計(jì)算

①．兩末端件的計(jì)算位移：

工件（1r）——滾刀架f（mm）

②．傳動(dòng)平衡式：

③換置公式:式中：f取決于滾齒機(jī)加工的切削用量；Ugf可在滑移齒輪組的3個(gè)傳動(dòng)比值中選取一個(gè)。a1、b1、Ugf也可查機(jī)床說(shuō)明書(shū)的專(zhuān)用表格來(lái)選取。（4）差動(dòng)傳動(dòng)鏈（加工斜齒圓柱齒輪時(shí)需要）

1).傳動(dòng)路線2).換置公式：

①.兩端件的計(jì)算位移：滾刀架垂直運(yùn)動(dòng)T（mm）——工件附加轉(zhuǎn)1（r）

T：被加工斜齒輪螺旋線的導(dǎo)程；按下圖所示幾何關(guān)系，將T換算為斜齒輪的常用參數(shù)：式中，mn：齒輪的法向模數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)值）；

β：齒輪的螺旋角；

右圖為斜齒輪圓柱齒輪的各參數(shù)間幾何關(guān)系：

②.傳動(dòng)平衡式t：滾刀架垂直運(yùn)動(dòng)絲桿的導(dǎo)程（3πmm）；U∑Ⅱ=2（合成機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比）。③換置公式：

從上式可以得出以下結(jié)論：

a)．Uy的掛輪需要計(jì)算；

b).當(dāng)k一定時(shí)，Uy與β、mn有關(guān)而與齒數(shù)Z無(wú)關(guān)；

c)．當(dāng)用同一把滾刀加工一對(duì)相互嚙合的齒數(shù)不同的斜齒輪時(shí)，Uy不用更換，UX需要換。3).滾齒機(jī)的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)滾齒機(jī)所用的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)通常是圓柱齒輪或錐齒輪行星機(jī)構(gòu)。下圖所示為Y3150E滾齒機(jī)所用的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)，由模數(shù)m=3、齒數(shù)Z=30、螺旋角β=0的四個(gè)弧齒錐齒輪組成。運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)組成：①滾切直齒圓柱齒輪時(shí)，由于不需要合成運(yùn)動(dòng)，在Ⅸ軸上安裝牙嵌離合器M1（鍵聯(lián)接），M1的端面齒與合成機(jī)構(gòu)系桿H的端面齒相連接，這樣合成機(jī)構(gòu)就相當(dāng)于一個(gè)"聯(lián)軸器”，如圖a)所示，U合=1。②滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，如圖b)所示，先在Ⅸ軸上裝上套筒g(用鍵與軸連接)，再將離合器M2空套在套筒g上，離合器的端面齒與空套齒輪Zy=72的端面齒以及轉(zhuǎn)臂H的端面齒同時(shí)嚙合，將它們聯(lián)成一個(gè)整體，因而來(lái)自刀架的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)齒輪Zy=72傳遞給轉(zhuǎn)臂H，與來(lái)自滾刀的運(yùn)動(dòng)(由空套齒輪Zx=56傳入)經(jīng)過(guò)四個(gè)錐齒輪合成后，由Ⅸ軸經(jīng)過(guò)齒輪e輸出一個(gè)合成轉(zhuǎn)速nb傳往工作臺(tái)。根據(jù)行星傳動(dòng)原理，其傳動(dòng)比計(jì)算公式為：因?yàn)閆1=Z2a=Z2b=Z3=30，代入上式可得：即：nIX=2nH-nXI。

①.若只考慮展成運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有附加運(yùn)動(dòng)時(shí)，即Zy=72齒輪沒(méi)有運(yùn)動(dòng)輸入，nH=0，代入上式可得：nIX/nXI=-1。

②.若只考慮附加運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有展成運(yùn)動(dòng)時(shí)，即Zx=56齒輪沒(méi)有運(yùn)動(dòng)輸入，nXI=0，代入上式可得：nIX/nH=2。

由合成機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的U合=-1，這和滾切直齒圓柱齒輪不同，將使工作臺(tái)的轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，因此，在調(diào)整展成運(yùn)動(dòng)掛輪時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)向來(lái)決定在e、f輪之間是否增加惰輪。短齒M1長(zhǎng)齒M2M1

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