第7章 齿轮刀具

金属切削原理与刀具 齿轮刀具
山东大学机械工程学院
7.1 类型、工作原理、选用
按被加工的齿轮类型分：
❖ 圆柱齿轮刀具
❖ 渐开线圆柱齿轮刀具：盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、 齿轮拉刀、插齿刀盘、齿轮滚刀、梳齿刀、剃齿刀
❖ 非渐开线圆柱齿轮刀具：圆弧齿轮滚刀、摆线齿轮滚刀 、花键滚刀等
❖ 蜗轮刀具（蜗轮滚刀、蜗轮飞刀、蜗轮剃齿刀等）
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原始剖面—变位系数等于零的剖面0—0，该面中齿顶高和分圆 齿厚都是标准的。在0—0剖面向前刀面的各剖面的变位系数为 正且逐渐增大；在0—0剖面向夹固基面的各剖面的变位系数为 负且逐渐减小。
插齿刀的本质：基圆相同、且变位系数由大到小依次排列而成 的无穷片变位齿轮的组合体。插齿刀重磨一次，得到一个新的 变位系数的齿轮。按齿轮啮合原理，新的插齿刀和重磨后的插 齿刀都能加工出与之相同的模数、齿形角但不同齿数的标准齿 轮和变位齿轮。
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插齿刀的刀齿在端剖面中的截形
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为得到顶刃后角p：插齿刀外圆面应是外锥面，其半锥顶角为p； 为得到侧刃后角：两侧后刀面做成旋向相反的顶圆直径和分圆齿厚都减小，但两侧刃齿
形仍是渐开线。为了保持齿高不变，齿根圆也应向插齿刀轴线移近相同的距 离。 插齿刀每个端剖面截形，可以看成是基圆直径相同、变位系数不同的变位齿 轮。新插齿刀变位系数最大，齿顶高最高，分圆齿厚最厚；使用到最后的端 剖面中的齿形变位系数减小，齿顶高降低，分圆齿厚减薄。
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梳齿刀
刨齿刀
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成形法加工齿轮
指状齿轮铣刀 盘状齿轮铣刀
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展成法加工齿轮
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齿轮滚刀
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❖ 成形法
刀具的齿形与被加工齿轮的齿槽形状相同 盘状模数铣刀、指状模数铣刀在铣床上铣齿轮，母线（渐开线）用成形
法形成，不需成形运动，导线用相切法（A2、B1）形成。 由于同一模数的铣刀是按被加工工件的齿数范围分号的（每一号铣刀的
❖ 人字齿轮插齿刀：成盘状，两把一套，用于加工无退刀槽人字齿轮，常
用公称分圆直径有三种：100（m=1～6mm）、120（m=2～12mm）和180 （m=2～15mm），螺旋角为30。 ➢ 插齿刀一般用高速钢制造，整体结构。大直径插齿刀也有做成镶齿结构的。
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7.3 直齿插齿刀切削刃及其前、后刀面
插齿原理
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Shaping Machine
Gleason P800S
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7.2 插齿刀结构(Gear Shaper Cutter)
标准插齿刀：直齿(Spur Gear)、斜齿(Helical Gear)插齿刀两类，另有人字齿轮 (Chevron Gear)插齿刀。
直齿插齿刀分3种结构形式：
(4) 小模数直齿插齿刀：盘状63（m=0.3～1mm）和锥柄25（m＝0.3
～1mm）。
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❖ 斜齿插齿刀型式：
(1) 盘形斜齿插齿刀—公称分圆直径100（m=1～7mm），螺旋角有15和23两 种。
(2) 锥柄斜齿插齿刀—加工斜齿内齿轮。公称分圆直径38（m=1～4mm），螺旋 角也有15和23两种。
齿形按所加工的一组齿轮中齿数最少的齿轮的齿形制造），因此，用这 把铣刀切削同组其它齿数的齿轮时齿形有误差。 所需运动简单，不需专门的机床，但要用分度头分度，生产效率低。所 以一般用于单件小批生产低精度的齿轮。
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❖ 展成法
具有较高的生产效率和加工精度。齿轮加工机床绝大多数采 用展成法；
三种标准形式（盘形、碗形、锥柄）
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插齿刀(Gear Shaper Cutter)
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盘形
碗形
锥柄
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插齿刀(Gear Shaper Cutter)
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❖ 直齿插齿刀型式：
(1) 盘形直齿插齿刀（a）—加工外齿轮和大直径的内齿轮。公称分圆 直 径 有 五 种 ： 75（ m=l～4mm）、100（m=1～6mm）、125（ m=4～8mm）、160（m=6～10mm）和200（m=8～12mm）
圆柱齿轮加工方法：滚齿(Hobbing)、插齿(Shaping)等； 锥齿轮加工方法：刨齿(Shaping)、铣齿(Milling)等； 精加工齿轮齿面方法：研齿(Lappiong)、剃齿(Shaving)、磨
齿(Grinding)、珩齿(Honing)等。
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7.2 插齿刀结构(Gear Shaper Cutter)
❖ 锥齿轮刀具
❖ 直齿锥齿轮刀具：成对刨刀、成对盘铣刀、拉－铣刀盘
❖ 曲线齿锥齿轮刀具：弧齿锥齿轮铣刀盘、摆线齿锥齿轮
铣刀盘
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齿轮刀具的分类
按刀具工作原理分： ❖ 成形齿轮刀具
盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘 ❖ 展成齿轮刀具
齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剃齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀 、蜗轮刀具、锥齿轮刀具等
(1) 插齿刀的本质 ❖ 插齿刀的切削刃在前端面上的投影是渐开线，插齿刀的运动轨迹就象
一个齿轮的齿面（假想的“产形”齿轮）。Creating shape ❖ 插齿刀及其产形齿轮的基圆直径：db0=mz0cos ❖ 刀齿结构：一条顶刃和顶后刀面、两条侧刃和侧后刀面
侧刃后角
直齿插齿刀的切削刃与后刀面
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(2) 插齿刀任意剖面的变位系数
侧后刀面（渐开螺旋面）与分圆柱面交线为螺旋线，展开后成为直线，即 梯形两斜边。由于左右两侧刃的后角相等，两侧后刀面分圆柱螺旋角0 相等，故展开图是等腰梯形。
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插齿刀分圆柱面的展开图
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令x0为与原始剖面相距为a的任意剖面Ⅰ—Ⅰ的变位系数，则剖 面内分圆齿厚为：
(2) 碗形直齿插齿刀（b）—加工多联齿轮和某些内齿轮。公称分圆直 径有四种：50（m=l～3.5mm）、75（m=l～4mm）、100（m=1 ～6mm）和125（m=5～8mm）。
(3) 锥柄直齿插齿刀（c）—加工内齿轮。公称分圆直径有两种：25（ m=1～2.75mm）、38（m＝1～3.75mm）。