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1、第五章第五章 齿轮加工机床齿轮加工机床 齿轮是当前应用最广的一种传动元件。齿轮是当前应用最广的一种传动元件。机器、仪器向高速度、高精度、高功率、高效率方向发展，机器、仪器向高速度、高精度、高功率、高效率方向发展，齿轮的应用更加广泛，并且制造的要求越来越高。齿轮的应用更加广泛，并且制造的要求越来越高。例如：波音飞机发动机内的齿轮，其速度高达例如：波音飞机发动机内的齿轮，其速度高达50M/s。由于齿轮品种很多，故齿轮机床的种类繁多，大小规格极由于齿轮品种很多，故齿轮机床的种类繁多，大小规格极众。众。齿轮种类举例：齿轮种类举例：圆柱齿轮（直齿、斜齿、人字齿）圆柱齿轮（直齿、斜齿、人字齿）圆锥齿轮（直
2、齿、斜齿、弧齿）圆锥齿轮（直齿、斜齿、弧齿）小型齿轮（直径仅数毫米，采用不根切的摆线齿形的手表齿小型齿轮（直径仅数毫米，采用不根切的摆线齿形的手表齿轮。）轮。）巨型齿轮（用于无线电望远镜、轧钢机、水轮发电机、雷达巨型齿轮（用于无线电望远镜、轧钢机、水轮发电机、雷达天线等，直径数米或十余米）天线等，直径数米或十余米）各种精度的齿轮。各种精度的齿轮。特殊齿轮（间歇齿轮、非圆齿轮）特殊齿轮（间歇齿轮、非圆齿轮）针对齿轮的不同要求，机床具有相应的品种针对齿轮的不同要求，机床具有相应的品种 例如：例如：对应于不同精度的齿轮，设备上就有滚齿机、剃齿机、磨对应于不同精度的齿轮，设备上就有滚齿机、剃齿机、磨齿
3、机、研齿机等等。齿机、研齿机等等。因轮齿的工作表面是一非圆曲面，故加工时机床的运动一因轮齿的工作表面是一非圆曲面，故加工时机床的运动一般较复杂，认识与了解齿轮加工机床，首先要进行机床的运般较复杂，认识与了解齿轮加工机床，首先要进行机床的运动分析。动分析。第一节第一节 机床运动分析的基本概念机床运动分析的基本概念 机床加工的是工件上一定形状的表面，因此，了解或设计机床加工的是工件上一定形状的表面，因此，了解或设计一台机床的过程通常是：一台机床的过程通常是：工件表面的形状机床运动传动结构。工件表面的形状机床运动传动结构。一、工件加工表面的形状一、工件加工表面的形状工件常由一个表面或多个表面构成。工
4、件常由一个表面或多个表面构成。常见的工件表面，按其形状常见的工件表面，按其形状 可分为三类：可分为三类：1.旋转表面转动而形成。旋转表面转动而形成。2.纵向表面直线移动而形成或沿纵向表面直线移动而形成或沿直线移动而形成。直线移动而形成。3.特形表面由复杂运动而形成。特形表面由复杂运动而形成。二、表面形成的方法及机床上的成形运动二、表面形成的方法及机床上的成形运动 1.机床上运动的分类：机床上运动的分类：a.成形运动为了进行切削并切出要求的工件表面形状，刀具成形运动为了进行切削并切出要求的工件表面形状，刀具与工件之间必须具有的最基本的相对运动。与工件之间必须具有的最基本的相对运动。如车床上的工件
5、旋转和车刀的直线运动。如车床上的工件旋转和车刀的直线运动。b.分度运动使表面形状在工件上周期地实现。分度运动使表面形状在工件上周期地实现。c.切入运动使工件获得要求的尺寸。切入运动使工件获得要求的尺寸。d.辅助运动为切削加工创造条件的运动，如进、退刀、转辅助运动为切削加工创造条件的运动，如进、退刀、转 位、回程等运动。位、回程等运动。e.操纵及控制运动。操纵及控制运动。从获得要求的工件表面形状来看，成形运动是最主要的，从获得要求的工件表面形状来看，成形运动是最主要的，现对其作进一步讨论。现对其作进一步讨论。2.工件表面形成的几何学原理工件表面形成的几何学原理 工件上的表面都可视作一条线（母线）
6、沿另一条线（导线）工件上的表面都可视作一条线（母线）沿另一条线（导线）运动的轨迹。母线与导线统称为表面的发生线。在机床上发运动的轨迹。母线与导线统称为表面的发生线。在机床上发生线靠刀刃与工件的相对运动来体现。生线靠刀刃与工件的相对运动来体现。表面的形状不但取决于发生线的形状，而且还取决于发表面的形状不但取决于发生线的形状，而且还取决于发生线的原始相对位置。生线的原始相对位置。3.发生线成形的方法及所需的运动发生线成形的方法及所需的运动a.轨迹法点切削刃，点接触，形成发生线需要一个轨迹法点切削刃，点接触，形成发生线需要一个独立运动。独立运动。b.成型法线刃，吻合，不需要运动。成型法线刃，吻合，不
7、需要运动。c.旋切法线刃，点接触，需要两个独立的成形运动。旋切法线刃，点接触，需要两个独立的成形运动。d.范成法线刃，点接触（刀刃与工件廓形共轭）需范成法线刃，点接触（刀刃与工件廓形共轭）需要两个简单运动复合成一个复合运动。要两个简单运动复合成一个复合运动。4.形成工件表面的成形运动形成工件表面的成形运动形成母线的运动与形成导线的运动。形成母线的运动与形成导线的运动。三、机床的传动原理图三、机床的传动原理图传动原理图与传动系统图的区别。传动原理图与传动系统图的区别。1.表示的运动数不一样。表示的运动数不一样。传动原理图只表示与表面成形有直接关系的运动及其传传动原理图只表示与表面成形有直接关系的
8、运动及其传动联系。动联系。传动系统图表示机床的所有运动及其传动联系。传动系统图表示机床的所有运动及其传动联系。2.像真度不一样。像真度不一样。传动系统图的像真度高，具体表示了各传动件的结构形传动系统图的像真度高，具体表示了各传动件的结构形式。式。传动原理图仅用简单的符号表示运动源和执行件、执行传动原理图仅用简单的符号表示运动源和执行件、执行件和执行件之间的传动联系。件和执行件之间的传动联系。设计机床的步骤：设计机床的步骤：传动原理图传动原理图传动系统图传动系统图结构图。结构图。2.传动链的两种类型传动链的两种类型a.外联系传动链运动源与执行件之间的传动链。外联系传动链运动源与执行件之间的传动链
9、。b.内联系传动链两个执行件之间的传动链。内联系传动链两个执行件之间的传动链。内内联系目的：联系目的：i)保证两执行件之间严格的传动比，不可置入摩保证两执行件之间严格的传动比，不可置入摩擦传动元件，实现复合的成形运动。例如车螺擦传动元件，实现复合的成形运动。例如车螺纹的传动链。纹的传动链。ii)合理简化机床的传动系统，其可用外联系传合理简化机床的传动系统，其可用外联系传动链代替。例如车外圆的传动链。动链代替。例如车外圆的传动链。第二节第二节 滚齿机滚齿机一、滚齿的原理与机床的传动原理（一、滚齿的原理与机床的传动原理（65页）页）1.滚齿机的用途：滚齿机的用途：加工直齿和斜齿的圆柱齿轮；加工蜗轮
10、、短花键轴、棘轮、加工直齿和斜齿的圆柱齿轮；加工蜗轮、短花键轴、棘轮、盘形凸轮等。当然各自应配用相应的滚刀。盘形凸轮等。当然各自应配用相应的滚刀。这里仅对加工渐开线圆柱齿轮进行讨论。这里仅对加工渐开线圆柱齿轮进行讨论。2.滚齿的原理滚齿的原理 在在滚齿机上加工圆柱齿轮时，工件和滚刀相当于一对相滚齿机上加工圆柱齿轮时，工件和滚刀相当于一对相互啮合的螺旋齿轮，这时滚刀是一只表面开有刃口的螺旋齿互啮合的螺旋齿轮，这时滚刀是一只表面开有刃口的螺旋齿轮，但它的齿数极少（轮，但它的齿数极少（14齿）螺旋角齿）螺旋角很大。很大。3.直齿圆柱齿轮的滚削直齿圆柱齿轮的滚削滚削齿形表面的运动滚削齿形表面的运动 形
11、成母线形成母线n1 +n2 1/k 1/z工工 1 k/z工工形成导线形成导线f3(沿工件轴向即齿向）沿工件轴向即齿向）这样，即可方便地绘出传动原理图这样，即可方便地绘出传动原理图 滚刀垂直进给运动滚刀垂直进给运动f3不是复合不是复合运动，采用内联系传动链是为了运动，采用内联系传动链是为了简化结构，因此亦可改为外联系简化结构，因此亦可改为外联系传动链。传动链。4.斜齿圆柱齿轮的滚削斜齿圆柱齿轮的滚削 其其原理上与直齿基本相同，只是导线由直线变成了螺旋原理上与直齿基本相同，只是导线由直线变成了螺旋线，待后叙。线，待后叙。二、二、Y3150E型滚齿机型滚齿机 1.机床的布局与主要部件的运动机床的布
12、局与主要部件的运动2.机床主要技术性能机床主要技术性能工件最大直径工件最大直径500毫米毫米工件最大宽度工件最大宽度250毫米毫米滚刀主轴转速滚刀主轴转速9种种 40250rpm轴向进给速度轴向进给速度12种种 0.44mm/工件每转工件每转最大加工模数最大加工模数8毫米毫米3.加工直齿圆柱齿轮时机床传动系统的分析加工直齿圆柱齿轮时机床传动系统的分析 根据传动原理图分析传动系统图根据传动原理图分析传动系统图i.主运动主运动 主电机滚刀主轴主电机滚刀主轴ii.范成运动范成运动 滚刀工作台滚刀工作台 （工件）（工件）iii.垂直进给运动垂直进给运动 工作台滚刀架工作台滚刀架a.主运动传动链主运动传
13、动链（1）两端件的计算位移）两端件的计算位移主电机主电机1430rpm滚刀滚刀ncrpm（2）传动平衡式传动平衡式（3）挂轮计算公式）挂轮计算公式 实际工作中，实际工作中，A、B、ugv查机床说明书中的专用表格查机床说明书中的专用表格来选取。来选取。b.范成传动链范成传动链 （1）两端件的计算位移）两端件的计算位移滚刀滚刀1转工件转工件k/z （2）传动平衡式传动平衡式加工直齿轮加工直齿轮 uE1=1 加工斜齿轮加工斜齿轮 uE1=1（后叙）后叙）（3）挂轮计算公式）挂轮计算公式e、f一对结构挂轮一对结构挂轮 采用采用e、f 的的目的：避免目的：避免a/b,c/d 分子、分母的值相差太分子、分
14、母的值相差太大，即避免挂轮直径过大。大，即避免挂轮直径过大。当当z/k20，取取e=48,f=2421 z/k 142,取取e=36,f=36143 z/k,取取e=24,f=48 换向机构：换向机构：36/36c.垂直进给传动链垂直进给传动链 （1）两端件的计算位移两端件的计算位移 工作台（每转）滚刀架工作台（每转）滚刀架f（mm)（2）传动平衡式传动平衡式（3）挂轮计算公式）挂轮计算公式换向机构：换向机构：39/39辅助传动链辅助传动链d.刀架快速垂直运动刀架快速垂直运动 小电机刀架滑板小电机刀架滑板 XVIII轴上的三联滑移齿轮操纵手柄轴上的三联滑移齿轮操纵手柄与小电机启动之间有互锁保护
15、。与小电机启动之间有互锁保护。e.切入运动工作台小立柱作径向切入运动。切入运动工作台小立柱作径向切入运动。手动手动XXIV手柄。手柄。f.快速进退工作台与小立柱作径向快速进退油缸完成。快速进退工作台与小立柱作径向快速进退油缸完成。g.小立柱上工件心轴支架的移动手动完成。小立柱上工件心轴支架的移动手动完成。h.刀架安装角调整传动手动完成。刀架安装角调整传动手动完成。用左旋用左旋滚刀时滚刀时滚刀架逆时针方向旋转。滚刀架逆时针方向旋转。用右旋滚刀时用右旋滚刀时滚刀架顺时针方向旋转。滚刀架顺时针方向旋转。=工件螺旋角工件螺旋角工件与滚刀螺旋方向相同工件与滚刀螺旋方向相同 取取“”号；号；工件与滚刀螺旋
16、方向相反工件与滚刀螺旋方向相反 取取“+”号号4.差动机构传动合成机构差动机构传动合成机构合成机构合成机构合成机构：合成机构：具有两个输入端，具有两个输入端，一个输出端。一个输出端。合成机构合成机构合成机构合成机构加工直齿轮，不需要合成机构，用加工直齿轮，不需要合成机构，用M1 uE1=1加工斜齿轮加工斜齿轮 需要合成机构需要合成机构 用用M2Z56Ze uE1=-1Z72Ze uE2=2Z72Z56 Ze5.斜齿圆柱齿轮滚切原理与传动系统的分析斜齿圆柱齿轮滚切原理与传动系统的分析导线螺旋线导线螺旋线 垂直进给与附加转动之间要有垂直进给与附加转动之间要有传动比要求，形成斜齿轮的螺旋传动比要求，
17、形成斜齿轮的螺旋线（导线）。线（导线）。滚刀架工作台滚刀架工作台必须新增一条内联系传动链。必须新增一条内联系传动链。传动链的分析：传动链的分析：斜齿轮加工与直齿轮相比。斜齿轮加工与直齿轮相比。区别：区别：a.范成传动链范成传动链 直齿直齿 M1 uE1=1 斜齿斜齿 M2 uE1=-1b.差动传动链新增差动传动链新增(1)两端件的计算位移两端件的计算位移 刀架滑板刀架滑板T(mm)工作台附加工作台附加1(r)(2)传动平衡式传动平衡式(3)挂轮计算公式挂轮计算公式换向机构：换向机构：a2、b2之间的惰轮。之间的惰轮。第三节第三节 插齿机简介插齿机简介一、插齿机的工作原理一、插齿机的工作原理二、插齿机的传动原理与外形二、插齿机的传动原理与外形数数控控插插齿齿机机的的外外形形三、插齿机的优缺点三、插齿机的优缺点1.优点：能加工双联齿轮和内齿轮，采用附件后可加工齿条。优点：能加工双联齿轮和内齿轮，采用附件后可加工齿条。其其加工的齿形精度与光洁度较滚齿高。加工的齿形精度与光洁度较滚齿高。2.缺点：缺点：不能加工蜗轮；加工斜齿轮时需采用专用的斜齿插齿刀不能加工蜗轮；加工斜齿轮时需采用专用的斜齿插齿刀和螺旋导向导轨不及滚齿机方便。和螺旋导向导轨不及滚齿机方便。