齿轮加工机床及其刀具
齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(2)范成法加工齿轮刀具
图8.65 涡轮的滚切
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(2)范成法加工齿轮刀具
2)涡轮滚刀
• 用滚刀加工蜗轮可采用径向进给或切向进给,如图8.66所
示
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(2)范成法加工齿轮刀具
图8.62 齿轮滚刀
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(2)范成法加工齿轮刀具
1)齿轮滚刀
• 根据形成原理,渐开线螺旋面的发生母线是在与基圆柱相 切的平面中的一条斜线,这条斜线与端面的夹角就是螺旋面 的基圆螺旋升角λb,用此原理可车削渐开线蜗杆,如图8.63所 示
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(1)成形法加工齿轮刀具
2)指形齿轮铣刀的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(2)范成法加工齿轮刀具
1)齿轮滚刀
• 齿轮滚刀相当于一个螺旋齿轮,其齿数很少(或称头数,通
常是一头或二头),螺旋角很大,实际上就是一个蜗杆,如图 8.62所示
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
1. 齿轮的加工方法
根据齿轮齿廓以及加工精度的不同,齿轮加工的方法有：
滚齿 插齿 铣齿 刨齿
拉齿 剃齿 磨齿 研齿
金属切削方法
❖ 齿轮的加工方法及刀具
2. 齿轮的加工工具
(1)成形法加工齿轮刀具
1)盘形齿轮铣刀
图8.59 盘形齿轮铣刀
阐述齿轮加工所采用的刀具。
阐述齿轮加工所采用的刀具。
在齿轮加工过程中，常用的刀具包括：
1. 齿轮刀盘：齿轮刀盘是一种切削刀具，通常由高速钢或硬质合金制成。
它的刀片上有一定数量和形状的刀齿，可以切削出齿轮的齿形。
2. 锥齿轮刀盘：锥齿轮刀盘适用于加工锥齿轮，它的刀片和齿轮刀盘类似，但其切削角度可根据锥齿轮的要求进行调整。
3. 修齐刀：修齐刀用于修整齿轮的齿面或侧面，以提高齿轮的精度。
它常由高速钢制成，刀片上有凹槽或锯齿，可以去除齿轮上的毛刺、毛刮痕迹等。
4. 钻床和铰床：钻床和铰床是用来加工齿轮孔或齿轮轴孔的刀具。
钻床用来钻孔，铰床用来加工内螺纹孔。
5. 冲压模具：冲压模具适用于批量生产大批量齿轮或形状复杂的齿轮。
它通常由多个部位组成，包括上下模、导向件和铣削刀等，可以在一次冲压中完成多个齿轮的加工。
这些刀具在齿轮加工过程中按照不同需求和工序进行选择和使用，以获得精准、高效的加工效果。
11 第十一章 齿轮加工
2. 展成法（范成法）
【原理】 利用齿轮的啮合原理加工齿轮：把齿轮副中的一个 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切出齿廓。
【展成法加工的特点】 • 展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
第十一章 齿轮加工
11-1 齿轮加工原理及机床
一、齿轮加工的方法
• 齿轮加工的关键是齿面加工。 • 齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削 加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因 而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用 于齿面的精加工，效率较低。 • 按照形成齿形的原理，可分为成形法和展成法两 大类。
1．主运动 • 插齿刀沿其轴线（工件的轴线）所作的直线往复 运动。 • 立式插齿机上，刀具垂直向下时为工作行程，向 上为空行程。
2．范成运动 • 加工过程中，插齿刀和工件轮坯应保持一对圆柱 齿轮的啮合运动关系 • 插齿刀——工件 转1个齿——转1个齿 1／Z刀转——1／Z工转 这两个运动组成一个复合运动——范成运动
• 主运动：就是滚刀的旋转运动（r/min）。 • 展成运动：就是滚刀的旋转运动和工件的旋转运 动的复合运动，即滚刀与工件间的啮合运动。 • 轴向进给运动：就是滚刀沿工件轴线方向作连续 进给运动，在工件的整个齿宽上切出齿形。
2.滚齿运动传动原理图
（1）主运动传动链 电动机－1－2－uv－3－4－滚刀 外联系传动链
（3）铣齿加工特点 • 成本低：用通用的铣床设备加工，且刀具成本低。 • 生产效率低：每切完一齿要进行分度，占用较多 的辅助时间。 • 齿轮精度低：加工出的齿形是近似的。渐开线形 状取决于基圆大小，基圆与齿数成正比，所以对 于同一模数齿轮，齿数不同，齿廓形状也不同。 每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合， 而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形 都有一定的误差。
刀具的种类,简介和应用
3.铣刀
铣刀种类及其用途：
大体上分为：
1.平头铣刀，进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣；
2.球头铣刀，进行曲面半精铣和精铣；小刀可以精铣陡峭面/直壁的小倒角
1).一般使用之车刀尖型式有下列几种：
(1)粗车刀：主要是用来切削大量且多余部份使工作物直径接近需要的尺寸。粗车时表面光度不重要，因此车刀尖可研磨成尖锐的刀峰，但是刀峰通常要有微小的圆度以避免断裂。
(2)精车刀：此刀刃可用油石砺光，以便车出非常圆滑的表面光度，一般来说精车刀之圆鼻比粗车刀大。
(3)圆鼻车刀：可适用许多不同型式的工作是属于常用车刀，磨平顶面时可左右车削也可用来车削黄铜。此车刀也可在肩角上形成圆弧面，也可当精车刀来使用。
3.平头铣刀带倒角，可做粗铣去除大量毛坯，还可精铣细平正面（相对于陡峭面）小倒角。
4.成型铣刀，包括倒角刀，T形铣刀或叫鼓型刀，齿形刀，内R刀。
5.倒角刀，倒角刀外形与倒角形状相同，分为铣圆倒角和斜倒角的铣刀。
6.T型刀，可铣T型槽；
7.齿形刀，铣出各种齿形，比如齿轮。
8.粗皮刀，针对铝铜合金切削设计之粗铣刀，可快速加工
刀具的种类
（一）刀具分类
刀具常按加工方式和具体用途，分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和铰刀等几大类型。刀具还可以按其它方式进行分类，如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金刚石刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。
蓝帜刀具在大型齿轮加工中的应用
外 先进 产 品相 比 已没 有很 明显 的 差 距 。而 当前 整
８５ ．
１ ３ ８ ０．１ ０
坯
模数
齿 数
１ ２
８ ２
齿宽／ ｍｍ
压力角 （ ） 。
３６ ０
２ ０
材料
刀
且
， 、
普通高速钢
汉 江 工具
粉末冶金高速钢
汉 江 工 具
厂 家
或 重 庆 工具 或 哈 工
切削速 度 ／ ｍｉ ｍ・ ｎ 切
削 规
２ ４ ４ ５
１ ． ２ ２ ６
３ ２ ６ ０
１６ ． １
３ ８ ６ ５
３５ ． ２ ５ １０ ４
４ ７ ８ ０
６ ２ ６ ２
滚刀转 速 ／ｒｉ ｒ ｎ。 ・ ａ
轴 向 进给 量 ／ ｍｍ・ ｒ 。 吃 刀深 度／ ｍｍ 切 削 时 间／ ｎ ｍｉ 总 切 削 时 间／ ｎ ｍｉ
（ 见图２ 采用在标准滚刀形 ）
式下 附 加 一组 负 刃 ，用 于 大 量切 削金 属 ，适 用 于大 模数 、多 齿数 、大 齿宽 的齿轮 粗 加 工 。其 优 势 为高 进给 、高 效率 、长 寿 命 ，是 现 有大 型 齿轮 常用 的 刀
具。
高 。国内各大滚齿机和刀具厂家积极参与研发新型
高 效滚 齿 机 、铣 齿 机和 刀具 。
（ ）可转位硬 质合金 ３
滚 刀 （ 图３ 以 普 通 合 见 ） 金 钢 为 机 体 再 镶 入 可 转 位 图２ 重载双切精切滚刀 硬 质 合金 刀 片 。可 分 为单 头 滚 刀和 双 头 滚 刀 。此 刀
蓝 帜针对大型齿轮加工推 出系列产 品
齿轮加工中刀具的选择与使用
齿轮加工中刀具的选择与使用加工中心所用的刀具是由通用刀具（又称工作头或刀头）和与加工中心主轴前端锥孔配套的刀柄等组成。
在应用中，要根据加工中心机床的要求、夹具的要求、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具。
刀具选择总的原则是：刀具的安装和调整方便，刚性好，耐用度和精度高。
在保证安全和满足加工要求的前提下，刀具长度应尽可能短，以提高刀具的刚性。
加工中心机床上，各种刀具分别装在刀库中，按程序的规定进行自动换刀。
因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的刀具能迅速、准确地装到机床主轴上。
编程人员应充分了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
加工中心机床所用的刀具必须适应加工中心高速、高效和自动化程度高的特点，其刀柄部分要联接通用刀具并装在机床主轴上，由于加工中心类型不同，其刀柄柄部的型式及尺寸不尽相同。
JT（ISO7388）表示加工中心机床用的锥柄柄部（带有机械手夹持槽），其后面的数字为相应的ISO锥度号，如50、45、和40分别代表大端直径为69.85、57.15和44.45毫米的7：24锥度。
ST（ISO297）表示一般数控机床用的锥柄柄部（没有机械手夹持槽），数字意义与JT类相同。
BT（MAS403）表示用于日本标准MAS403的带有机械手夹持槽联接。
加工中心刀具的刀柄分为整体式工具系统和模块式工具系统两大类。
模块式工具系统由于其定位精度高，装卸方便，连接刚性好，具有良好的抗振性，是目前用得较多的一种型式，它由刀柄、中间接杆以及工作头组成。
它具有单圆柱定心，径向销钉锁紧的联接特点，它的一部分为孔，而另一部分为轴，两者之间进行插入连接，构成一个刚性刀柄，一端和机床主轴连接，另一端安装上各种可转位刀具便构成一个工具系统。
根据加工中心类型，可以选择莫氏及公制锥柄。
中间接杆有等径和变径两类，根据不同的内外径及长度将刀柄和工作头模块相联接。
机床的分类简介
一、金属切削机床的分类、型号与主要技术参数机床主要是按加工方法和所用刀具进行分类，根据国家制定的机床型号编制方法，机床分为11大类：车床，钻床，镗床，磨床，齿轮加工机床，螺纹加工机床，铣床，刨插床，拉床，锯床和其他机床。
在每一类机床中，又按工艺范围，布局型式和结构性能分为若干组，每一组又分为若干个系（系列）。
除了上述基本分类方法外，还有其它分类方法：按照万能性程度，机床可分为：①通用机床：这类机床的工艺范围很宽，可以加工一定尺寸范围内的多种类型零件，完成多种多样的工序。
如，卧式车床，万能升降台铣床，万能外圆磨床等。
②专门化机床：这类机床的工艺范围较窄，只能用于加工不同尺寸的一类或几类零件的一种（或几种）特定工序。
如，丝杆车床，凸轮轴车床等。
③专用机床：这类机床的工艺范围最窄，通常只能完成某一特定零件的特定工序。
如，加工机床主轴箱体孔的专用镗床，加工机床导轨的专用导轨磨床等。
它是根据特定的工艺要求专门设计，制造的，生产率和自动化程度较高，使用于大批量生产。
组合机床也属于专用机床。
2.按照机床的工作精度，可分为普通精度机床，精密机床和高精度机床。
3.按照重量和尺寸，可分为仪表机床，中型机床（一般机床），大型机床（质量大于10t），重型机床（质量在30t以上）和超重型机床（质量在100t以上）。
4.按照机床主要器官的数目，可分为单轴，多轴，单刀，多刀机床等。
5.按照自动化程度不同，可分为普通，半自动和自动机床。
自动机床具有完整的自动工作循环，包括自动装卸工件，能够连续的自动加工出工件。
半自动机床也有完整的自动工作循环，但装卸工件还需人工完成，因此不能连续地加工。
机床的分类（一）按加工性质和所用刀具分为11大门类。
机床分类及代号（二）按机床工作精度分类：普通机床、精密机床、高精度机床（三）按机床加工件大小和机床自身重量分类：仪表机床、中小型机床、大型机床、重型机床、特重型机床。
（四）按机床通用性分类：通用机床、专门化机床、专用机床、组合机床。
第四章 机械加工齿轮加工专用机床
(2)查表，选挂轮a=30， b=46， c=25，d=70
a c 30 25 24 1 b d 46 70 103 1/ 25 可知z0 103 1/ 25
(3)按轴向进给量标称值查表
uf a1 32 49 uXVII-XVIII b1 46 35
附加运动传动链的特点 （1）附加运动传动链的精度，决定着螺旋角的精度。 在配挂轮的时候，先配范成挂轮，再配附加挂轮。对于8级 精度的齿轮，精确到小数点后4位，对于7级精度的齿轮， 精确到小数点后5位。
a2 c2 sin uy 9 b2 d 2 mn k
（2）附加运动传动链中齿数被抵消掉，说明不同齿数 的齿轮可共用附加运动挂轮，这时螺旋角误差也是相同的， 可以获得良好的啮合。 同一台滚齿机生 产的齿轮螺旋角 的系统误差相同 （3）导程L含有π，与丝杆中的π 抵消，使计算简便。 （4）左旋和右旋，是靠加惰轮实现的。
(四) 滚齿机的运动合成机构
滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮 行星机构。
行星架空套 在轴X上
行星架固定 在轴X上
行星机构计算
i
H X-IX
z1 z2 a nX nH nIX nH z2 a z3
nX nH 1 nIX nH
nX 2nH nIX
滚齿加工刀具叫做滚刀，滚刀是理论上应由螺旋角接 近90度的斜齿轮开槽得到，但这种刀具难于加工得到，一 般用阿基米得蜗杆代替。
参与啮合齿的截面
视频
滚刀的旋转在截面上相当于齿条的移动，毛坯与这个 假想的齿条啮合，将齿形切出。
螺旋角=0°
螺旋角=11.3°
螺旋角=45°
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展成法加工齿轮刀具
展成法 加工齿轮刀具
齿轮滚刀
涡轮滚刀
插齿刀
剃齿刀
磨齿及磨具
• 齿轮滚刀 是一种展成法加工齿轮的刀具，它相当于一个 斜齿轮，其齿数很少，螺旋角很大，实际上就是 一个蜗杆。
•涡轮滚刀 涡轮滚刀相当于原蜗杆，只是上面制作出切削 刃，这些切削刃都在原蜗杆的螺旋面上。
•插齿刀
插齿刀是利用展成原理加工齿轮的一种刀具，它 可以用来加工直齿、斜齿、内圆柱齿轮和人字齿 轮等，而且是加工内齿轮和台肩齿轮最常用的刀 具。
•卧式滚齿机
•立式滚齿机
插齿机是用插齿刀按展成法加工直齿、 斜齿齿轮和其他齿形件，主要用于加 工多联齿轮和内齿轮；
剃齿机是用齿轮式剃齿 刀精加工齿轮的一种高 效机床
锥齿斜齿、弧齿 和延长外摆线齿等锥齿轮的齿部。 •直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、 精加工直齿锥齿轮的机床，有的机床还能刨制 斜齿锥齿轮，在中小批量生产中应用最广。 •双刀盘直齿锥齿轮铣齿机使用两把刀齿交错的 铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿 面，生产效率较高，适用于成批生产。
• 1835年英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利； • 1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利； • 以后经多次改进，至1897年德国的普福特制成带 差动机构的滚齿机，圆满解决了加工斜齿轮的问 题。 • 美国的费洛斯于1897年制成了插齿机。 • 1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿 机。 • 60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加 工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字 显示指示移动量和切齿深度；发展了数字控制非 圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；
滚齿机的优点 •适用于成批，小批及单件生产圆柱斜齿轮和蜗 轮，尚可滚切一定参数范围的花健轴. •调整方便，具有自动停车机构 •具有可靠的安全装置以及自动润滑滚齿机 (gear hobbing machine)是齿轮加工机床中应 用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、 斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。
齿轮加工机床分类
• 齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床和锥齿 轮加工机床两大类。
圆柱齿轮加工机床 • 圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆柱齿轮、 齿条、蜗轮。
• 包括： 滚齿机 插齿机 剃齿机等
滚齿机
滚齿机(gear hobbing machine)是齿轮加 工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿 机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加 工蜗轮、链轮等。 用滚刀按展成法加工 直齿、斜齿和人字齿圆柱齿轮以及蜗轮的 齿轮加工机床。这种机床使用特制的滚刀 时也能加工花键和链轮等各种特殊齿形的 工件。普通滚齿机的加工精度为7～6级 (JB179-83),高精度滚齿机为4～3级。最 大加工直径达15米。
• 1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按 展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机； • 1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿 轮的机床。 由于汽车工业的需要，1905年在美 国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又 于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机；1923年，出现 了准渐开线齿锥齿轮铣齿机；30年代研制成能把 直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽 车差动齿轮的制造。 40年代，为适应航空工业 的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞 士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机； 从50年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀 盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。
•剃齿刀 剃齿刀常用于未淬火的软齿面圆柱齿轮加精工 ，其精度可达6级以上，且成产效率很高，因此 应用十分广泛。
•磨齿及磨具
磨齿多用于淬硬齿轮的齿面精加工，有的还 可直接用来在齿坯上磨制小模数齿轮。
• 弧齿锥齿轮铣齿机以弧齿锥齿轮铣刀盘，按展成 法粗、精加工弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的机床 ，有精切机、粗切机和拉齿机等变型。 • 弧齿锥齿轮磨齿机是用于磨削淬硬的弧齿锥齿 轮，以提高精度和光洁程度的机床，其结构与弧 齿锥齿轮铣齿机相似，但以砂轮代替铣刀盘，并 装有砂轮修整器，也可磨削准双曲面齿轮。
• 锥齿轮加工机床的配套设备有磨削铣刀盘 和拉刀盘刀刃的磨刀机，配研成对锥齿轮 的研齿机，检验成对锥齿轮啮合接触情况 的锥齿轮滚动检查机和防止齿部热处理变 形的淬火压床等。
弧齿锥齿轮加工机床
直齿锥齿轮
齿轮加工 轮齿的切削加工方法按成型的原理可分为成形法和 展成法。 成型法加工齿轮，要 求所用的刀具形状与 被切齿轮的齿槽形状 相吻合。
齿轮加工机床及其刀具
孙兆亮 02010525
•齿轮加工机床的定义及其发展历史
•齿轮加工机床的分类
•齿轮加工方法和齿轮加工刀具
定义：
• 齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其 他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规 格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加 工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用 的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。 齿 轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工 程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞 机和航天器等各种机械制造业中。
展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即 把齿轮啮合副中的一个转化为刀具，另一个为工件 ，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切除 齿廓。
成形法加工齿轮刀具
• 盘形齿轮铣刀
一种铲齿成形的铣刀。盘形齿轮铣刀前角为零 时，其刃口形状就是被加工齿轮的渐开线齿形。 • 指形齿轮铣刀 实质上是一种成形立铣刀有铲齿和刀齿结构。
• 用滚刀按展成法加工直齿、斜齿和人字齿 圆柱齿轮以及蜗轮的齿轮加工机床。这种 机床使用特制的滚刀时也能加工花键和链 轮等各种特殊齿形的工件。普通滚齿机的 加工精度为7～6级(JB179-83),高精度滚齿 机为4～3级。最大加工直径达16米。
•滚齿机按布局分为立式和卧式两类。大中 型滚齿机多为立式，小型滚齿机和专用于加 工长的轴齿轮的滚齿机皆为卧式。
历史： • 1953年出土的东汉人字齿轮古代的齿轮是用手工 修锉成形的。 • 1540年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成 一台使用旋转锉刀的切齿装置； • 1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工 机床，并有切削齿条和内齿轮的附件； • 1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能加工 圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床。具有这一性 能的机床到19世纪后半叶又有发展。