机械制造装备概论(第4章 齿轮加工机床)-new

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§4-2 滚齿机的运动分析
一.滚齿机的加工表面及其成形运动 1. 滚齿原理:
相当于一对相互啮合轴线交叉的斜齿轮，其中一 个齿轮为刀具(滚刀)，另一个齿轮为工件。 交错轴斜齿轮副啮合 → 少齿数＋螺旋倾角大→蜗杆副 → 齿面铲背 → 齿轮滚刀－工件副 ← 斜齿轮副
滚刀具有以下一些特点: 1) 螺旋角很大，沿纵向开槽； 2) 齿数很少，做成蜗杆形； 3) 齿很长，并在齿面上铲背形成切削刃。
4. 差动传动链（加工斜齿圆柱齿轮时需要） 5. 滚刀架快速移动传动链
Y3150型滚齿机的传动系统图
YC3180型淬硬滚齿机的传动系统图
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1.主传动链 1) 传动路线：(动力源－－刀架的传动路线+传动表达式)
主运动传动链：
范成运动传动链： 轴向进给运动传动链： 附加运动传动链：刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L 时，工件附加转±1转，形成螺旋线齿线。这条传动链属于内 联系传动链。
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加工斜齿轮的原理图
（工件与滚刀螺旋方向：相同→小，相反→大）
相当于增加（反馈）迭加环节（+/-）
实际上必须用合成机构把展成运动要求工件转动B12和差动 链要求工件附加转动B22迭加起来，然后再传给工作台。 主运动传动链：
范成运动传动链： 轴向进给运动传动链： 附加（差动）运动传动链：刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋 线导程L时，工件附加转±1转，形成螺旋线齿线。这条传动链 属于内联系传动链。
滚齿原理
滚齿原理
滚齿相当于两轴交错的一对无啮合间隙的斜齿轮的啮合传动 （可近似看作是无啮合间隙的齿轮齿条的啮合运动）。
滚刀
二. 滚切直齿圆柱齿轮 1、母线、导线成形及其运动（工件形状成形角度分
析）） 1) 母线的形状--用范成法形成渐开线母线； 导线的形状－用相切法形成齿轮（槽）表面的直线 导线； 2) 成形运动— 母线→滚刀转动n1（切削）和工件转动n2构成复 合成 形运动（展成运动）,有啮合约束关系：
二. 滚切斜齿圆柱齿轮（对比滚切直齿）
增加 差动传动链 → 斜齿螺旋线（ 同螺纹加工） 1 母线：渐开线 导线形状：螺旋线（多头＋螺旋角） 2 螺旋线成形运动（复杂）：分解 →滚刀沿工件轴线移动A + 工件的附加转动n附； 即：
刀架向下（齿轮轴向）移动一个导程(Tmm) --工件附加转动一圈( 1r) Tmm（刀架移动） ← → 1r （工件附加转动）
• 啮合（展成）滚动加工
• －－利用齿轮的啮合原理进行切削,把其中一个
齿轮做成刀具加工另一个与之啮合的齿轮 • －－每一个啮合的瞬时位臵得到一条加工包络 线，连续啮合产生多条包络线 → 渐开线（齿形） • －－同一刀具加工相同模数的任意齿数 • -----采用范成法的加工齿轮的机床有滚齿机,插齿 机,磨齿机,剃齿机和珩齿机等。
齿轮铣刀分号
（基圆：齿数＋压力角）
铣刀 号数
1
2
3
4
5
6
7
8
加工 12~1 14~1 17~2 21~2 26~3 35~5 55~1 135 齿数 3 6 0 5 4 4 34 以上 范围
铣齿轮+拉齿--主要应用（修配行业+锥齿加工等）
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• 2. 范成法（展成法或包络法）---应用广泛
③ 竖直进给传动链（外联系－齿宽表面的导线）：
a) 轨迹：是一条与工件轴向平行的直线，在机床上是 由刀架的导轨来保证； b) 速度:指进给量大小，与工件表面粗糙度有关，设 臵换臵机构Uf以调整； 即：工件n2 ——Uf——刀架移动f（外联系传动链）
主运动传动链： “外联系”传动链，从电动机通过传 动件把运动和动力传至滚刀及其范成运动传动链。
§4-3 YC3180滚齿机
（重点：对应传动链分析各传动路线及调整方法）
一. 概述 1 用途: 主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮, 也可以加工蜗轮和花键轴。 2 总体布局
刀杆 刀架溜板
刀 架 体
支架
心轴 立柱 后立柱
工作台
床身
图 YC3180型滚齿机
3 滚齿机运动分析 （1）滚齿机加工直齿圆柱齿轮时的成形运动 包括： 形成渐开线齿廓（母线）的运动－－ （展成运动(B11+ B12)）---展成法
2) 换臵计算（变速计算、调整）
①两末端件的计算位移：
主电机(n=1500r/min)——滚刀n刀（r/min）
②传动平衡式：
nr Uo1 Uv Uo2 = n刀
③ 换臵(变速)公式： Uv＝ n刀/180.8 换臵器官（机构）－－变速机构（箱） Uv可在滑移齿轮组的三个传动比中选择(操纵)
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加工直齿时滚刀安装角
a）用右旋滚刀时；
b) 用左旋滚刀时；
• 螺旋升角＝安装角
• 螺旋升角＝安装角（核心－－对顺（正）啮合）
滚刀的安装角度
•方向：指n1、n2的转向 • n1：滚刀方向（不变） • n2：工件转向，与滚刀的旋向有关。在范成运 动链中，设臵换向机构（介轮、惰轮）来调整。 •运动起点——人为控制 •行程大小
→ 展成运动→ → （母线：渐开线） ← ←主传动链（外联系）
滚刀旋转运动B11 1/K转(1齿)
齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿) ←← 滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯
←←
展成传动链 （内联系）
（3）进给运动A21
→ → (导线：直线)
← ←齿坯B12—7—8—
uf—9—10—A21（
← ← 竖直进给传动链（外联系）
右旋滚刀、左旋齿轮
蜗杆蜗轮旋点： *--切削力的方向和和进给方向相反，所以对于进给丝杆有反向拉力， 震动较大，丝杆寿命受到影响 *--刀齿从未加工表面切向已加工表面，所以已加工表面由切削过程 自然成形，粗糙度较好 •逆铣特点： *--切削力方向和进给相同，所以进给的时候，切削阻力和进给阻力 同向，丝杆受力情况好，振动小 *--刀齿从已加工表面滑入，切向为加工表面，所以已加工表面被刀 齿初期滑行挤压，表面质量较差 ---对于模数小，进给量小，滚刀槽数多，机床设备刚性好的情况下， 常采用顺铣；反之用逆铣 ---在高速滚切时，应综合考虑。如果考虑排屑，应采用逆铣
定性了解！
B12称为基本（正常）回转， B22称为附加回转。 （对比直齿） 若工件与滚刀的螺旋方向相同，则B12与B22同 向旋转：工件B’12= B12 ＋ B22 ； 若工件与滚刀的螺旋方向相反，则B12与B22反 向旋转：工件B’12= B12 － B22 ；
右旋滚刀、右旋齿轮
右旋滚刀、左旋齿轮
滚刀的安装角度
观看滚齿视频
加工斜齿轮时滚刀的安装角（对顺啮合）
安装角

工件螺旋角

ф
滚刀螺旋升角 ф
观看蜗杆蜗轮旋向判断视频 安装角δ取决于滚刀螺旋升角 ф 、旋向及齿轮螺旋角β、旋向。 二者同向时δ= β －λ0 ； 二者反向时δ= β＋λ0 ф ф
ф ф
ф
ф
右旋滚刀、右旋齿轮
4 滚刀安装角δ（对顺啮合，对比直齿加工） 指滚刀轴线与被切齿轮的端面之间的角度
加工时，为了使滚刀刀齿与被切齿轮的齿槽方向一 致，滚刀轴线与被切齿轮的端面之间应倾斜一个角度 δ。
δ=β±ω
其中β为斜齿轮的螺旋角， ω为滚刀的螺旋升角。 ◆ 若加工直齿圆柱齿轮，则β=0。 ◆ 当滚刀与被加工齿轮的螺旋方向不同时取“+”号 （多补偿，才能对顺啮合对滚），相 同时取“－”号， 如图所示：
1. 圆柱齿轮加工机床 滚齿机 插齿机 --（粗加工—展成法）
总结：齿轮加工机床的类型
2. （直齿或曲线齿）圆锥齿轮加工机床 --（粗加工-成形 法+单齿分度展成法） 成形法---铣齿机 拉齿机 单齿分度展成法---刨齿、加工弧锥齿轮的铣齿机 3. 用于精加工机床--（展成法+（单齿）展成法） 磨齿机 剃齿机 珩齿机 研齿 此外还有倒角机、淬火机等。
掌握
§4-1 齿轮的加工方法
1. 成形法(精度低＋效率不高)-----应用较少 运动分析：母线（渐开线）－－成形法 导线（直线/螺旋线/弧线）－－相切法
①盘状齿轮铣刀:为铲齿成形铣刀,其加工精度,生 产率都较低,但结构简单,成本低.刀具是旋转运动;铣刀 沿齿轮坯的轴向移动。
铣削螺旋齿轮示意图
②指状齿轮铣刀：加工模数较大 齿轮.(m=10～100mm)，如:直齿 圆柱齿轮，斜齿圆柱齿，人字齿。
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滚切直齿轮的原理图（对比学习）
3 运动要素分析： ----（对比：展成运动与直齿加工一致） 1) 轨迹：指螺旋线形状的产生，与螺旋角β、 齿数、模数等有关； 即： 刀架移动f（导程T）——Uy——f4 （1r） (附加转动→ 差动传动链) -----（同螺纹加工） 2) 速度：指刀架移动速度（轴向进给）； 3) 方向：指f4的转向，与滚刀、工件的螺旋线 方向向（左旋或右旋）有关。
成形法加工齿轮轮齿精度一 般为9级，齿面粗糙度Ra6.3～ 3.2μm。 齿数（模数）的不同，存在 齿形近似的问题
基圆：齿数＋压力角
• 基圆上的压力角为0。 • 基圆上渐开线的发生圆， 基圆内是没有渐开线的。 • 压力角是渐开线运动方 向与受力方向的夹角， 渐开线上每个点的压力 角是不同的，离基圆越 远，压力角越大。 • 基圆上的压力角为0， 分度圆上的压力角为20 度。
范成运动传动链： “内联系” 传动链，滚刀转1转，工件应该 相应地转过一个齿（K=1）。
轴向进给运动传动链：滚刀 （刀架）沿工件轴线方向的 竖直进给运动。 “外联系” 传动链。
总结：滚齿机加工直齿提供的成形运动 （从机床传动链角度分析）
（1）主运动B11 ← ← 电机—1—2—uv—3—4—滚刀（外联系） （2）工件圆周进给运动B12 B11 + B12→ 复合
② 传动平衡式：
1r Uo1 UΣ UX Uo2 = K/Z
滚刀转1转 ——工件转 K/Z工 转 （1齿）
导线→滚刀轴向（竖直）进给运动A2
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3) 传动链分析（滚齿机）
① 展成（运动）传动链（内联系）：指渐开线形状与 齿轮齿数有关（滚刀不变）。根据选择的滚刀头数 K和被加工齿轮齿数Z工来调整换臵机构的传动经UX， 以调整渐开线形状（轨迹）；
2. 范(展)成传动链（内，执行件间的运动关系） 1) 传动路线
主运动传动链：
范成运动传动链： 轴向进给运动传动链： 附加运动传动链：刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L 时，工件附加转±1转，形成螺旋线齿线。这条传动链属于内 联系传动链。
2) 换臵计算
① 两末端件的计算位移：
滚刀1转——工件K/Z转
第四章 齿轮加工机床
重点：滚齿机展成法加工齿轮（直齿+斜齿） 1. 滚齿机的运动分析+传动链分析 +安装角 2. 滚齿机传动系统之传动路线及其调整方法 分析（了解各级传动齿轮搭配及其传动比关系） 一般掌握： 1. 成形法 的加工特点（加工锥齿+修配等） 2. 插齿机的运动分析及传动链分析（展成法） 了解：各传动链运动平衡式计算方法，磨齿+锥齿 及弧齿加工（单齿分度展成法）
齿轮加工机床的作用与分类： 用来加工齿轮轮齿表面的机床，称为齿轮 加工机床。按照被加工齿轮的种类，齿轮加工 机床可以分为圆柱齿轮加工机床，圆锥齿轮加 工机床两类。
圆柱齿轮加工机床主要由滚齿机、插齿机等; 圆锥齿轮加工机床有加工直齿锥齿齿轮的刨齿机、 铣齿机、拉齿机和加工弧齿锥齿齿轮的铣齿机; 用来精加工齿轮齿面的机床有珩齿机、剃齿机和磨 齿机等。
即：滚刀转动n1——UX——工件转动n2 （范成运 动传动链）
②主（运动）传动链（展成运动的外联系，提供动力， 基准）：指滚刀转动的快慢，与滚刀材料及其直径、 工件材料、硬度、模数、精度和表面粗糙度有关， 设臵换臵机构以调整； 即：电动机——UV——>滚刀转动n1 （主运动 传动链）
滚切直齿轮的原理图：
形成齿长（导线）的运动－－ （轴向进给运动A21 ）---相切法 （2）对于加工斜齿轮时，其导线为螺旋线— (轴向进给运动（ A21 ）+附加运动（ B22）) --相切法
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二 传动系统（传动链）分析
YC3180型淬硬滚齿机的传动系统图，如 图所示，该传动系统图有5条传动链。 1.主运动传动链 2.展(范)成运动传动链 3. 轴向进给传动链 -----加工直齿