金属切削机床概论第5章.doc

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1、金属切削机床复习思考题答案（1） 第5章 齿轮加工机床 1.分析比较展成法与成形法加工圆柱齿轮各有何特点？ 答： 成形法加工圆柱齿轮时所采用的刀具为成形刀具， 其切削刃的形 状与被切削齿轮齿槽的截面形状相同。 常用的为在铣床上用盘形或指 形齿轮铣刀铣削齿轮。此类成形刀具有单齿廓和多齿廓两种。 单齿廓成形刀具时最常用的一种。用单齿廓成形刀具加工齿轮 时，每次只加工一个齿槽，之后再用分度盘进行分度，并一次加工下 一个齿槽，直至全部轮齿加工完毕。 这种加工方法的优点是机床简单而通用， 常采用万能卧式铣床或 立式铣床；缺点是加工精度低。由于同一模数的齿轮在齿数不同时， 其齿形曲线也不同， 这就需要备有

2、所有模数相同而齿数不同的成形刀 具，很不经济。为此，通常采用一把铣刀加工几种规定的相近齿数齿 轮的方法，以减少所需刀具的种类，由于铣刀的齿形是按该范围内最 小齿数齿轮的齿形制造的，生产其它齿数的齿轮时必有形状上的偏 差； 而且一般分度头的分度的精度不高， 造成齿轮轮齿分布的不均匀。 另外，分度所占用的时间也较多。这些原因造成了成形法齿轮加工中 加工精度低，加工的速度、效率低的缺点。又由于此法所需的设备简 单通用，所以此法通常使用于单件小批量生产及修配行业。 在大批量生产齿轮时， 可采取利用多齿廓成形刀具的齿轮拉刀和 齿轮推刀及相应机床的加工方法。 用多齿廓成形刀具加工齿轮可以得到较高的加工精度

3、和生产率， 但要求刀具有较高的制造精度且结构复 杂，而且每套刀具只能加工一种模数和齿数的齿轮，所用机床又必须 是特殊结构的，因而成本较高，仅使用于大量生产中。 展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的， 即是把齿轮啮合 副中的一个作为刀具，另一个作为工件，并强制刀具和工件间作严格 的啮合运动而切削出齿廓的。 展成法加工齿轮时，使用的刀具有滚刀、插刀等，根据展成法加 工齿轮的原理，其使用刀具的形状只与齿轮的模数有关，而与齿轮的 齿数无关，一把刀具可用于模数相同而齿数不同的所有齿轮的加工， 因而具有刀具的通用性强，所需刀具的数量少的优点。 另外，用展成法加工齿轮时，加工过程是连续进行的，加工的速

4、度较高，齿轮的精度也较高，适用于大批量生产多种齿轮。展成法中 的滚齿法是目前广泛使用的齿轮加工方法， 但展成法中的插齿法更适 合于多联齿轮、内齿圈等的加工。 展成法所使用的机械是专门用于加工齿轮的机床， 无法用于加工 其它机械零件。故只适合于专门化的大批量齿轮生产中。 2.在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮、 大质数直齿圆柱齿轮及 用切向法加工蜗杆时，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？ 答： 在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮时，分别需要调整三条传动链。它们是：主运动传动链，展成运动传动链和垂直进给运动传动链。 主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴；

5、 计算位移是主电 动机与滚刀主轴转速。 展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴； 计算位移是 滚刀主轴转速与工作台主轴转速。 垂直进给运动传动链的两端件是工件与滚刀； 计算位移是工件转 速与滚刀轴沿工件轴向的进给量。 在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮时的传动原理图如图 5-1。 在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，分别需要调整四条传动链。它 们是：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。 主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴； 计算位移是主电动机与滚刀主轴转速。 展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴； 计算位移是 滚刀主轴转速与工作台主轴转速。 垂直进给运动传

6、动链的两端件是工件与滚刀； 计算位移是工件转 速与滚刀架沿工件轴向的进给量。 附加运动传动链的两端件是滚刀架沿工件轴向的进给量与工作 台主轴的附加转动量。 在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时的传动原理图如图 5-2。 在滚齿机上加工大质数直齿圆柱齿轮时， 分别需要调整四条传动 链。它们是：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。这四条传动链的两端件同上述的加工斜齿圆柱齿轮时的传动路 线的情况。 在滚齿机上加工大质数直齿圆柱齿轮时的传动原理图也与前述 的在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时的传动原理图相同，见如图 5-2。 在滚齿机上用切向法加工蜗杆时， 有径向切入法与切向切入法两

7、 种方法，其分别需要调整的传动链，传动原理图，各传动链的两端件 及计算位移分述如下： (1)在滚齿机上用径向切入法加工蜗杆时，分别需要调整三条传 动链。它们是：主运动传动链，展成运动传动链，径向进给运动传动 链。 主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴； 计算位移是主电 动机与滚刀主轴转速。 展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴； 计算位移是 滚刀主轴转速与工作台主轴转速。 径向进给运动传动链的两端件是工件与滚刀； 计算位移是工作台 主轴转速与滚刀架沿工件径向的进给量。 用径向切入法加工蜗杆时的机床传动原理图如图 5-3。 （2）在滚齿机上用切向切入法加工蜗杆时，分别需要调整四条 传

8、动链。它们是：主运动传动链，展成运动传动链，切向进给运动传 动链和附加运动传动链。 主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴； 计算位移是主电 动机与滚刀主轴转速。展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴； 计算位移是 滚刀主轴转速与工作台主轴转速。 切向进给运动传动链的两端件是工件与滚刀； 计算位移是工作台 主轴转速与滚刀架沿工件切向的进给量。 附加运动传动链的两端件是滚刀架沿工件切向的进给量与工作 台主轴的附加转动量。 用切向切入法加工蜗杆时的机床传动原理图如图 5-4。 3.在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时， 附加运动和垂直进给运动传动链的两端件都是工作台和刀架， 这两条传动链是否可以合

9、并为一条传动链，为什么？ 答： 不能合并为一条传动链。 虽然附加运动和垂直进给运动传动链的两端件都是工作台和刀 架，但两条传动链中具有合成机构，合成机构的两个输入端分别刀架 的旋转运动与刀架的垂直运动，这是刀架的两种完全不同的运动，其 计算位移不同。 图 5-5 是在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时的机床传动原理图。 从 图中可清楚地看出， 刀架的旋转运动机构与刀架的垂直运动机构是滚 齿机上的两个完全不同的机构。尽管它们控制的都是刀架，但它们带 给刀架的是两种完全不同的运动。 4.在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时所产生的螺旋角误差与哪些 因素有关？如何保证一对相互啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等？ 答：

10、在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时所产生的螺旋角误差与滚刀刀 架扳转角度与方向、附加运动传动链的齿轮选择、展成运动传动链的 齿轮的选择等因素有关。 滚刀刀架扳转角度与方向可参见第 5 题的图示。 为保证一对相互啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等， 应采用成对 滚切加工的方法。 滚切一对外啮合齿轮时， 滚切完其中的一个齿轮后， 只需重新调整滚刀安装角度、主运动传动链，并在附加运动传动链中 增加或减少一个介轮，再滚切另一与只啮合的齿轮。 5.在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， 将会产生什么后果？答：在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时，应根据滚

11、刀及工件 的旋向确定滚刀刀架扳转角度与方向。具体可参考下图。 图中，为滚刀安装角；为滚刀螺纹升角；为齿轮螺旋角。 加工直齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角示意图如图 5-5 及 5-6。 用右旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角示意图如图 5-7 用左旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角示意图如图 5-9 如扳转角度有误差或方向有误， 将会造成加工后的齿轮齿廓的严重变形。 6.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？以 Y3150E 型滚齿机为例，说明在使用中如何检查这两种运动方向是否正确？ 答：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 的方向可按下面的相

12、应各图确定。图中，工件上的实线箭头为展成运 动的方向；虚线箭头为附加运动的方向；滚刀上的箭头表示滚刀的旋 转方向。 （1）滚切直齿圆柱齿轮时： 右 图 5-11 用右旋滚刀加工直齿圆柱齿轮 左 图 5-12 用左旋滚刀加工直齿圆柱齿轮 （2）滚切右斜的斜齿圆柱齿轮时：右 右 图 5-13 用右旋滚刀加工右斜的斜齿圆柱齿轮 右 左 图 5-14 用左旋滚刀加工右斜的斜齿圆柱齿轮 （3）滚切左斜的斜齿圆柱齿轮时： 右 左 图 5-15 用右旋滚刀加工左斜的斜齿圆柱齿轮左 左 图 5-16 用左旋滚刀加工左斜的斜齿圆柱齿轮 Y3150E 型滚齿机上滚切齿轮前，应按以上的图 5-115-16 检查 机

13、床各运动的方向是否正确，如发现运动方向相反时，只需在相应的 传动链交换齿轮中装上或去掉一个惰轮即可。 7.在滚齿机上加工一对斜齿圆柱齿轮时，当一个齿轮加工完成后，再加工另一个齿轮前应当进行哪些交换齿轮计算和机床调整工作？ 答： 在滚齿机上加工一对斜齿圆柱齿轮时，当一个齿轮加工完成后， 再加工另一个齿轮前应当进行展成运动传动链中交换齿轮的重新计 算与变换，在附加运动传动链中增加或减少一个惰轮，并对滚刀刀架 扳转角度的调整。 滚刀调整后的刀架扳转角度与方向可参见第 5 题的图示。 展成运动传动链中交换齿轮的选择可按下列公式进行： = 8.在其他条件不变，而只改变下列某一条件的情况下，滚齿机的哪些传

14、动链的换向机构应变向： 1）由滚切右旋改为滚切左旋。 2）由逆铣滚齿改为顺铣滚齿（改变轴向进给方向）。 3）由使用右旋滚刀改为左旋滚刀。 4）由加工直齿齿轮改为加工斜齿齿轮。 答： （1）由滚切右旋改为滚切左时，可在滚齿机附加运动传动链中 加入或减少一个介轮，使附加运动传动链换向。 （2）由逆铣滚齿改为顺铣滚齿（改变轴向进给方向）时，滚齿 机展成运动传动链的交换齿轮中应增加或减少一个惰轮。 （3）由使用右旋滚刀改为左旋滚刀时，滚齿机展成运动传动链 中的交换齿轮中应增加一个惰轮，以改变展成运动的方向；附加运动 传动链中也应加入或减少一个介轮， 使附加运动传动链方向维持为原 附加运动的方向。同时，

15、还必须按第 5 题中的图 5-5图 5-10 重新 调整滚刀的安装角。 （4）由加工直齿齿轮改为加工斜齿齿轮时，应计算并安装调整 好附加运动的交换齿轮，以实现工作台的附加转动量。 9.在 Y3150E 滚齿机上加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，在初次滚切完毕后，是否可以采用快速电动机驱动刀架返回，再滚切第二次？对齿形会有何影响？在加工齿数大于 100 的质数直齿圆柱齿轮时，可否同样采用上述方法？为什么？ 答： 在 Y3150E 滚齿机上加工一般的直齿圆柱齿轮时，在初次滚切完 毕后，可以采用快速电动机驱动刀架返回，再滚切第二次。 在 Y3150E 滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，在初次滚切完毕后， 不

16、能采用快速电动机驱动刀架返回，再滚切第二次。 这是因为在加工直齿圆柱齿轮时， 不需附加运动传动链提供的工 作台旋转运动的附加转动；而在加工斜齿圆柱齿轮时，加工过程中必 须考虑附加运动传动链提供的工作台旋转附加转动。 而在快速电动机 驱动刀架返回的过程中， 附加运动传动链所提供的工作台旋转附加转 动将无法复原，这将造成齿轮齿廓形状的偏差，使轮齿变薄。 在 Y3150E 滚齿机上加工齿数大于 100 的质数直齿圆柱齿轮时， 在初次滚切完毕后，不能采用快速电动机驱动刀架返回，再滚切第二 次。 这是因为在加工齿数大于 100 的质数直齿圆柱齿轮， 必须依靠附 加运动传动链提供的工作台旋转运动的附加转动

17、， 而基于类似于加工 斜齿圆柱齿轮时的同样情况，不能采用快速电动机驱动刀架返回，再 滚切第二次。 10.在 Y3150E 滚齿机上，采用单头右旋滚刀，滚刀螺纹升角=219， 滚刀直径为 55mm， 切削速度=22m/mm， 轴向进给量取=1mm/r，加工斜齿圆柱齿轮， 螺旋方向右旋， 螺旋角=12199” ， 模数 mn=2mm，齿数 Z=58，8 级精度。要求： 1）画图表示滚刀安装角、刀架扳动方向，滚刀和工件的运动方向。2）列出加工时各传动链的运动平衡式，确定其交换齿轮齿数。 答： 11.对比滚齿机和插齿机的加工方法，说明它们各自的特点及主要应用范围。 答： 虽然滚齿机和插齿机的加工方法同

18、属于展成法， 但这两种齿轮加 工方法也各有其特点和应用范围。 滚齿机的加工方法等接近于一对相互啮合的齿轮在转动时的情 况，依靠滚齿刀的旋转来切削工件。由于滚齿刀为多刃刀具，每次切 削的进刀量较小，切削过程又是一个连续不断的过程，所以切削过程 中产生的冲击力较小，切削过程较平稳，容易得到较高的齿轮表面精 度及较低的表面粗糙度；同时，由于其切削的频率很高，所以滚齿法 的切削速度也很高。但由于滚刀轴结构上的限制，只适合于单联齿轮 的加工，无法适应多联齿轮和内齿轮的加工。尽管如此，由于滚齿机 高质高效的优点，它是目前最常用的加工齿轮的专用设备。 用插齿机加工齿轮时，由于插齿刀在构造上属于单刃刀具，切削 过成为断续的过程，切削时的大部分时间为空行程，插齿刀在每次切削完成后还必须以让刀的方式返回原位置，所以切削的频率较低，每 次切削量较大，切削出的齿轮的表面精度较低、表面粗糙度较高，切 削的速度也较低。但插齿机可适应于多联齿轮和内齿轮的加工。 12.在插齿机上加工直齿圆柱齿轮，主要有哪些运动组成？其中那些运动不参与工件表面的形成过程？ 答： 在插齿机上加工直齿圆柱齿轮，主要运动有主运动、展成运动、圆周进给运动、径向切入运动及让刀运动等。其中让刀运动不参与工件表面的形成过程。