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1、 第四章 齿轮加工机床2023/2/121本章目的学习齿轮加工机床的用途、分类、加工方法；掌握滚齿机的加工原理、传动原理及运动分析；传动系统的调整计算；了解滚刀安装角的调整、运动方向的确定。2023/2/122重点与难点滚齿机的传动原理滚齿机的传动链调整计算2023/2/123第一节 工作原理和分类加工齿轮轮齿的机床齿轮传动应用广泛齿轮传动在圆周速度和传动精度等方面的要求越来越高促进了齿轮加工机床的发展机械制造业中重要的加工设备2023/2/124一、齿轮加工机床的工作原理齿轮加工机床的种类繁多，构造各异成形法范成法2023/2/1251.成 形 法要求：刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相
2、吻合。优点：机床较简单，可利用通用机床加工。缺点：对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。2023/2/1262023/2/1272023/2/128用单齿廓成形刀具加工齿轮 用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮 用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率很高，但刀具制造复杂，仅用于大量生产中。2023/2/1292.范 成 法范成法:利用齿轮的啮合原理把齿轮啮合副（齿条-齿轮、齿轮齿轮）
3、中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。2023/2/12102023/2/12112023/2/1212范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮。加工精度和生产率一般比较高应用广泛2023/2/1213二、齿轮加工机床的类型 按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为两大类圆柱齿轮加工机床滚齿机、插齿机、车齿机等锥齿轮加工机床 加工直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机 加工弧齿锥齿轮：铣齿机；加工齿线形状为延伸渐开线：锥齿轮铣齿机。精加工齿轮齿面：珩齿机、剃齿
4、机和磨齿机等。2023/2/1214第二节 滚齿机的运动分析滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮和蜗轮1.滚切原理-展成法：相当于一对螺旋齿轮啮合滚动的过程 齿轮滚刀2023/2/12152.滚切直齿圆柱齿轮 所需运动：展成运动-滚刀与工件之间的啮合运动沿工件轴线的移动-形成导线主运动-滚刀的旋转进给运动，mm/r形成渐开线（母线）2/12/2023163.滚刀的安装：滚刀轴线与被切齿论端面之间应倾斜一个角度滚刀安装角。数量上等于滚刀的螺旋升角注意旋向！2/12/202317三.滚切斜齿圆柱齿轮1.机床的运动和传动原理图端面齿廓渐开线：需要产生渐开线的展成运动齿长方向是螺旋线与直齿齿轮相同复合
5、进给运动：A21,B22(附加运动）2/12/202318产生螺旋线的内联系传动链：连接刀架移动A21和工件的附加转动B22刀架移动距离导程T-工件附加转动一转差动链换置器官传动比iyB12,B22干涉-合成机构2/12/2023192.滚刀的安装安装角与滚刀的螺旋线方向及螺旋升角，被加工齿轮的螺旋线方向及螺旋角有关。滚刀与齿轮螺旋线同向：=-3.工件附加转动的方向（参见图4-9）2/12/202320第三节第三节 典型滚齿机的传动典型滚齿机的传动分析分析Y3150E型滚齿机传动系统及其调整计算型滚齿机传动系统及其调整计算2023/2/12212023/2/12221。组 成床身 立柱刀架溜板
6、工作台心轴后立柱支架刀杆刀架体床鞍2023/2/1223直齿圆柱外齿轮斜齿圆柱外齿轮蜗轮短花键轴成批、小批、单件生产2 加工范围2023/2/1224Y3150E主要参数最大加工直径 500mm最大加工模数 8mm最大加工宽度 250mm工件最少齿数 Z=5*K主电机功率5.5KW 转速1410rpm机床重量 4300KG主轴转速 9级 40-250刀架垂直进给量 12级 0.4-4mm/工作台每转刀架最大回转角度 2402023/2/1225主运动传动链范成运动传动链轴向进给传动链附加运动传动链径向进给传动链切向进给传动链刀架快速空行程传动链3 传动链2023/2/1226（一）加工直齿圆柱
7、齿轮的调整计算2023/2/12272023/2/12282023/2/12292023/2/12302023/2/12311 1主运动传动链主运动传动链两端件:电动机 滚刀主轴计算位移：n 电（r/min）-n刀（r/min）运动平衡式：换置公式2023/2/1232u2-3轴II-III间的可变传动比；共三种：u=27/43；31/39；35/35；A/B-变速挂轮；三种 A/B=22/44；33/33；44/22根据滚刀的转速，计算uv，并决定u2-3的啮合位置和A/B 2023/2/1233v=15-40m/min滚刀主轴转速9级:40,50,63,80,100,125,160,200
8、,250转速级数较少,最高转速较低滚刀材料为高速钢，工件材料为铸铁和钢，且滚刀刃磨麻烦，选用切削速度较低；滚刀尺寸已标准化，直径变化范围小。2023/2/1234挂轮变速特点可简化变速箱结构调整时间长传动比1/4-2尽可能对称，用较少的齿轮获得较多的传动比。2023/2/12352范成运动传动链两端件 滚刀主轴(滚刀转动）工作台(工件转动）计算位移：滚刀主轴工件 1转 -k/z转运动平衡式为：2023/2/12362范成运动传动链2023/2/1237范成运动传动链换置公式:2023/2/1238结构性挂轮目的：用于工件齿数Z在较大范围内变化时ux的调整，保证分子、分母相差倍数不致过大，使挂轮
9、结构紧凑。5z/k20时，取e=48，f=24；21z/k142时，取e=36，f=36；z/k143时，取e=24，f=48。2023/2/1239有关说明“24”为范成常数，由传动比决定，要求能方便配算挂轮；内联系传动链，保证齿形的范成和分度严格的运动关系传动链误差影响齿形精度2023/2/12403轴向进给运动传动链2023/2/12413轴向进给运动传动链两端件：工作台（工件转动）刀架（滚刀移动）计算位移：工作台刀架进给 1转-f（mm）运动平衡式为：2023/2/1242换 置 公 式f轴向进给量，单位为mmr；根据工件材料、加工精度及表面粗糙度等选定；a1/b1轴向进给挂轮；u17
10、-18轴17-18间的可变传动比，共三种：u17-18=49/35；30/54；39/452023/2/1243进给量值mm/r2023/2/1244（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算 2023/2/12452023/2/1246主运动及范成运动 1主运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮时相同。2范成运动传动链 传动路线及两端件计算位移：和加工直齿圆柱齿轮时相同 运动合成机构用离合器M2联接，其传动比为 u合1=-12023/2/1247负号说明范成运动传动链中轴X与IX的转向相反在实际加工时，要求两轴的转向相同在范成运动挂轮UX时，配加一个惰轮，以消除“-”号的影响。2023/2/1248 3轴向进
11、给运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮相同 进给量不同 2023/2/12494附加运动传动链两端件：滚刀刀架-工作台（工件附加转动）计算位移：刀架沿工件轴向移动一个螺旋线导程S时，工件应附加转1转运动平衡式为：2023/2/12503-轴向进给丝杠的导程，mmu合2-运动合成机构在附加运动传动链中的传动比，u合2=2a/bc/d-范成运动链挂轮传动比 S被加工齿轮螺旋线的导程，mmmn 法向模数，单位mm 被加工齿轮螺旋角，单位为度。2023/2/1251换置公式形成螺旋线齿线的内联系传动链，传动比数值的精确度，影响工件齿轮的齿向精度换置公式中包含有无理数sin8级精度斜齿轮，准确到小数点后第四位
12、7级精度斜齿轮，准确到小数点后第五位2023/2/1252运动平衡式中包含有ux，使uy不包含工件齿数Z，一对啮合的斜齿轮，模数相同，螺旋角绝对值也相同。用一把滚刀加工一对斜齿轮时，即使齿数不同，仍可用相同的uy，且只需计算和调整一次挂轮。附加运动的方向，由惰轮保证，所产生的螺旋角误差，对于一对齿轮是相同的，仍可获得良好的啮合。2023/2/1253刀架的传动丝杠采用模数螺纹，其导程为3使换置公式中不含，计算简便左旋和右旋螺旋齿线是靠附加运动配加惰轮，改变附加运动B22的方向而获得的。2023/2/12542023/2/1255 附加运动挂轮2023/2/1256 范成运动挂轮范成运动挂轮20
13、23/2/1257 进给运动挂轮进给运动挂轮2023/2/1258（四）刀架快速移动的传动路线目的：刀架作快速升降运动 调整刀架位置 进给前后实现快进和快退 加工斜齿轮时，检查附加运动的方向传动路线：快速电机-13/26-M3-2/25-丝杠方向：电机方向变换手柄P3置于“快速移动”位置2023/2/12592023/2/1260加工斜齿轮时，第一刀初切完毕，使用快速移动向上退回刀架，附加运动传动链未断开，滚刀仍按原来螺旋线轨迹退回，不会出现“乱牙”使用快速电机，主电机可转可不转，它们属于两个不同的独立运动2023/2/1261刀架快速退回如：主电动机仍转，这时刀架带着以B11旋转 的滚刀退刀
14、，而工件以B12+B22的合成运动旋转如：主电动机停止，刀架快退时，刀架上 的滚刀不转，但是工作台上的工件还是会转动，这是由附加运动传动链带来的B22。2023/2/1262三、滚刀刀架结构和滚刀的安装调整2023/2/1263（一）滚刀刀架的结构作用：1.支承滚刀主轴 2.带动安装在主轴上的滚刀作沿工件轴向的进给运动。组成：刀架体和刀架溜板。装有滚刀主轴的刀架体可相对刀架溜板转一定角度，以便使主轴旋转轴线处于所需位置，刀架溜板则可沿立柱导轨作直线运动2023/2/12642023/2/1265图4-8Y3150E型滚刀刀架的结构刀架体1用装在环形T型槽内的六个螺钉4固定在刀架溜板。调整滚刀安
15、装角时，松开螺钉4，然后转动方头P5，经蜗杆蜗轮副130及齿轮z16 带动齿轮Z148，使刀架体回转至所需的位置。2023/2/1266主轴14前（左）端用内锥外圆的滑动轴承13支承，以承受径向力，并用两个推力球轴承11承受轴向力。主轴后（右）端通过铜套8及套筒9支承在两个圆锥滚子轴承6上。轴承13及11安装在轴承座15内，15用六个螺钉2通过两块压板压紧在刀架上。主轴以其后端的花键与套筒9内的花键孔联接，由齿轮5带动旋转。2023/2/1267当主轴前端的滑动轴承13磨损，引起主轴径向跳动超过允许值时，可以通过修磨垫片10及12。如需调整主轴的轴向窜动，则可将垫片10适当磨薄。安装滚刀的刀杆
16、17用锥柄安装在主轴前端的锥孔内，并用方头螺杆7将其拉紧。刀杆左端装在支架16上的内锥套支承孔中，支架16可在刀架体上沿主轴轴线方向调整位置，并用压板固定在所需位置上。2023/2/1268串串 刀刀串刀：调整滚刀轴向位置目的：1.使滚刀的刀齿（或齿槽）对称于工件的轴线，以保证加工出的齿廓两侧对称；2.使滚刀的磨损不致集中在局部长度上，而是沿全长均匀地磨损，以提高滚刀使用寿命。2023/2/1269如何串刀调整时，先放松压板螺钉2，然后,用手柄转动方头轴3,通过方头轴3上的齿轮,经轴承座15上的齿条，带动轴承座连同滚刀主轴一起轴向移动。调整妥当后，应扳紧压板螺钉。Y3150E型滚齿机滚刀最大串
17、刀范围为55mm。2023/2/12702023/2/12712023/2/12722023/2/12732023/2/12742023/2/1275（二）滚刀安装角的调整滚齿时，为了切出准确的齿形，应使滚刀和工件处于正确的“啮合”位置滚刀在切削点处的螺旋线方向应与被加工齿轮齿槽方向一致。需将滚刀轴线与工件顶面安装成一定的角度，称作安装角。安装角：被加工齿轮的螺旋角 滚刀的螺旋升角2023/2/1276工作台被加工齿坯通过工件心轴或夹具装在工作台上，由工作台带动作回转运动。组成：工作台、底座、蜗杆蜗轮副、快速驱动工作台油缸等。双圆环导轨支承和长锥体定心轴向负荷由工作台底座上的环形导轨a、b承受
18、径向负荷由长锥体滑动轴承承受2023/2/12772023/2/1278四 滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算2023/2/12791。加工原理选择一接近于所需加工的齿数z的数值z0 来调整范成运动传动链范成运动传动链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转1转，工件转k/z0转。因而，在范成运动中，滚刀转1 转时，工件产生运动误差（kz-k/z0）转。附加运动传动链，在工件转k/z 转过程中，使工件得到附加的（kz-k/z0）转，从而加工出齿轮齿数为Z的直齿圆柱齿轮。2023/2/12802传动链的调整计算（1）主运动传动链 与滚切直齿圆柱齿轮时相同（2）轴向进给运动传动链 与滚切直齿圆
19、柱齿轮时相同2023/2/1281（3）范成运动传动链两端件：滚刀主轴-工作台计算位移改变为 滚刀主轴转1转-工作台转k/z0转其运动平衡式为：换置公式2023/2/1282（3）附加运动传动链两端件：工作台-工作台计算位移：工作台工作台附加转 k/Z转 （kzk/z0）转运动平衡式为：2023/2/1283换置公式z0-所选的接近被加工齿数之的数（z与z0的差值可正可负，通常取差值为15150）；f刀架轴向进给量，单位为mmr.2023/2/1284工件附加运动方向工件附加运动的方向与所选定的z0的大小有关，当z0z时，由于k/z0 k/z，造成被加工齿轮的转速较所需的转速慢，应通过附加运动使其加快一些以达到所需转速，所以附加运动的方向与范成运动的方向相同；反之，若z0z，则两运动方向相反。2023/2/1285计算实例：在Y3150E型滚齿机上加工大质数齿轮，已知被加工齿轮的齿数Z=103，滚刀头数k=1，轴向进给量f=-1.41mmr，试确定范成运动和附加运动挂轮的齿数。解:计算范成运动挂轮 选定：z0=103+1/25，并取挂轮 e=36，f=36。将其代人范成运动传动链换置公式，得：2023/2/12862023/2/1287(2）计算附加运动挂轮 2023/2/1288