第八章 齿形加工

教
§8.1 齿形加工方法
一、齿形加工方法概述视频
1、无切削加工 无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新 工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列 的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定 特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。 2、切削加工 齿形的有切削加工，具有良 好的加工精度，目前仍是齿形 的主要加工方法。其方法有铣 齿、滚齿、插齿、刨齿、磨齿、 剃齿、珩齿等多种方法。
加工斜齿时：
安装角由滚刀螺旋角和工件螺旋角决定。当两者旋向相同 时，安装角为工件螺旋角与滚刀螺旋升角之差；反之为二者之 和。如图8.9
三、齿轮滚刀
1、滚刀基本蜗杆 齿轮滚刀是滚齿加工的刀具，它相当于一个螺旋角很大的斜 齿圆柱齿轮。由于它的轮齿很长，可以绕轴几圈，因而成为蜗杆 形状，如图8.10所示。在长度方向开出若干个容屑槽，形成前刀面
2、斜齿圆柱齿轮加工 滚切斜齿圆柱齿轮时，形成渐开线所需的运动与滚切直齿圆 柱齿轮相同。斜齿圆柱齿轮在齿长方向不是直线，而是螺旋线。 因此，滚切斜齿圆柱齿轮需要两个成形运动，一个是形成渐开线 的复合展成运动B12，另一个是螺旋齿形成的复合运动B22。要求将 垂直进给运动利用一个装臵传递给工作台即可（如图8.6），其中 展成运动传动链、垂直进给运动传动链、主运动传动链与直齿圆 柱齿轮的传动原理相同，只是增加了附加运动传动链为：
和切削刃。每个刀齿有一个顶刃和两个侧刃。为了使刀齿有后角 还要用铲齿方法铲出侧后面和顶后刀面。得到了基本蜗杆滚刀。 根据螺旋面的旋向不同，有右旋滚刀和左旋滚刀。 基本蜗杆有渐开线蜗杆和阿基米德蜗杆两种。渐开线蜗杆滚 刀理论上可以加工出完全正确的渐开线齿轮，但由于其制造难， 在生产中很少使用。阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆非常近似，只是 它的轴向截面内的齿形是直线，这种蜗杆滚刀便于制造、刃磨、 测量，已得到广泛的应用。
§8.2 滚齿加工
一、滚齿加工原理
视图 仿真
1、滚刀的产生 滚齿加工加工过程实质是一对交错轴螺旋轮的啮合过程。 如图8.3其中一个齿轮的齿数很少（通常只有一个），螺旋角很 大就演变成了一个蜗杆,该齿轮经过开容屑槽、磨前刀面和切削 刃、后角就成为齿轮滚刀。用该刀具按啮合关系做相对运动就 可以加工齿轮。 在齿轮按给定的切削速度作旋转运动时，工件则按齿轮齿 条啮合关系传动，在齿坏上切出齿槽，形成渐开线齿面。即滚 齿时滚刀的转速与齿坯的转速必须严格符合如下关系：
（2）齿轮铣刀：
成形法铣齿轮刀有盘形齿轮铣刀和指状铣刀。盘形铣刀适用 于加工中小模数（m<8）的直齿、斜齿圆柱齿轮；指状铣刀适于加 工大模数（m=8～40）的直齿、斜齿、人字齿轮由于同一模数不同 齿数的形状不同，需要不同的刀具来完成这样刀具的数目就会有 许多，为简化刀具数目，通常生产上采用刀号（8把或15把一套） 的办法，如表8.1所示。即用某一刀号的铣刀铣制模数和压力角相 同而齿数不同的一组齿轮。每号铣刀的齿形均按所铣制齿轮范围 中最小齿数的齿形设计的。 用盘形铣刀铣制斜齿轮时，铣刀是在齿轮法剖面中进行成形 铣削的。选择刀号时，铣刀模数应依照被切齿轮的法向模数mn和 法剖面中的当量齿轮的当量齿数Zd选择。 式中 β－斜齿轮螺旋角； z zd Zd－当量齿数； cos 3 Z－斜齿轮齿数。
3、蜗轮加工
蜗轮滚刀加工蜗轮的原理是模拟蜗杆与蜗轮的啮合传动过 程加工蜗轮所用的滚刀与该蜗轮实际工作时的蜗杆完全相同， 只是在上面做出了切削刃，这些切削刃位于原蜗杆的齿廓螺旋 线上。蜗轮滚刀是一种专用刀具每一种蜗轮就要设计一种专用 滚刀。 加工蜗轮时，展成运动和主运动与加工直齿圆柱齿轮时相 同。由于在蜗轮的轴向平面内蜗轮齿底部是圆弧形，滚刀轴线 就在圆弧中心，所以不需要垂直进给运动。为切出全齿深滚刀 相对于蜗轮的切入运动可以有两种形式径向进给和切向进给。 采用切向进给时，蜗轮齿面有更多的包络切线，加工表面 粗糙度小。对大螺旋升角的蜗轮，应尽可能采用切向进给。但 切向进给时，需要机床有切向进给刀架。
39 39 45 39 - - - a 1 23 30 72 2 2 工作台 M - 丝杆（P 3 ) 3 1 25 b 69 54 25 1 换向 49 35
（4）、附加运动传动链：
二、齿形加工原理
按齿轮齿廓的成形原理不同，齿轮的切削加工又可分为成形 法和展成法两种。
1、成形法
（1）加工原理：视频
利用与被加工齿轮齿槽法面截形相一致的刀具，在齿坯上加 工出齿形。用成形法有：铣齿、拉削、插削及成形磨齿等。其中 最常用的方法是在普通铣床上用成形铣刀铣削齿形。如图8.1。这 些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，以及齿形近似误差 所以加工精度较低，一般只能加工出IT9-IT10级精度和表面粗糙 度为Ra6.3-3.2um的齿轮。 其优点是：能在普通铣床上加工各种齿轮，特别是加工人字 圆柱齿轮是其它加工方法无法代替的。生产效率低。
4、滚齿时滚刀的安装 在滚切直齿和斜齿圆柱齿轮时，为保证加工出的齿形的正 确性，滚刀的齿形螺旋线的方向应与被加工齿轮的齿向相同。 因此在滚刀安装时，应根据滚刀的螺旋角和工件的螺旋角使滚 刀相对于工件转动一定的角度。滚刀轴线相对于工件端面转过 的角度称为滚刀的安装角。
加工直齿时：
安装角等于滚刀的螺旋角。滚刀的旋向不同，转角的方向 也不同。如图8.8
来自百度文库
2、展成法
视频
展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种
方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。
齿数不同的齿轮，只要模数和压力角相同，都可以用同一把 刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、 剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形 的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通 用性好，所以在生产中应用十分广泛。
电机 31 / 39 115 21 A 28 28 28 20 35 / 35 滚刀主轴 n 1430r / min P 4 KW 165 42 27 / 43 B 28 28 28 80
平衡方程：uv=uⅡ-ⅢA/B=n刀/124.583 A 33 ，44 为主运动变速挂轮齿数比： 22 ， 44 33 22 B
（2）展成运动传动链：
由滚刀主轴—工作台如图8.13
传动路线表达式为： 滚刀主轴-80/20-Ⅶ-28/28-Ⅵ-28/28-Ⅴ-28/28-Ⅳ-42/56a c Ⅺ-合成机构-Ⅸ-E/F-Ⅻ- -ⅩⅢ-1/72-工作台 b d 滚切直齿圆柱齿轮时合成机构用离合器M1。传动路线可得 平衡表达式为：
n刀 z工 n工 K
z工—工件齿数； K—滚刀的头数 n工、n刀—分别为滚刀和工件的转速；
2、滚齿加工的特点：视频 在滚齿加工时，滚刀的旋转与工件的旋转运动之间是一 个具有严格传动关系要求的内联系传动链。即为形成渐开线 齿形的传动链—展成运动传动链。 滚刀的旋转运动是主运动；工件的旋转运动为圆周进给 运动。还有切出全齿高的垂直进给运动；切出全齿深的径向 进给运动。 滚齿加工采用展成原理，适应性好，解决了成形铣齿的 铣刀数过多的问题，并解决了铣刀相似齿形误差和间断分度 误差，精度高；滚齿加工是连续分度，连续切削，无空行 程，生产效率高；由于受结构的限制，加工齿面的表面粗糙 度大于插齿加工。主要用于直齿、斜齿圆柱齿轮、蜗轮的加 工，不能加工多联齿轮。
（2）齿轮滚刀的长度： 齿轮滚刀的最小长度应满足两个要求：①能完整地包络出齿 轮的齿廓；②滚刀两端边缘的刀齿不应负荷过重。为了满足要 求，通常增加滚刀的长度；轴台的长度不小于4~5mm。供检验用 （3）、齿轮滚刀的头数： 滚刀的头数对加工精度影响大。 采用多头滚刀，参与切削的 齿数增多，切削效率高，但由于头数分度误差造成加工精度较低 一般用于粗加工。 4、滚刀的精度： 滚刀按精密程度分为AAA级、AA级、A级、B级、C级如下 图齿轮精度等级与被加工齿轮精度等级的关系。
第八章 齿形加工
教学目的要求：
了解齿形加工方法；掌握齿形加工原理――成形法和展成 法；掌握滚齿加工的原理、特点及应用；熟悉齿轮滚刀；了解 滚齿机的组成，学会分析滚齿机的传动系统。
主要教学内容：
1、齿形加工方法 2、滚齿加工原理 3、插齿加工 4、其它齿轮加工方法
教学重点、难点：
1、成形法加工齿轮 2、滚齿加工原理 3、齿轮滚刀 4、Y3150E滚齿机的传动系统分析 具： 滚刀
b2
d2
3.运动合成机构 在加工斜齿圆柱齿轮时， 展成运动和附加运动传动链 要通过合成机构合成后传递 给工作台。 加工直齿圆柱齿轮时，不 需要附加运动，不使用附加工 传动链，合成机构不需起运动 合成作用。M1接合，转臂H与轴 IX、XI形成一个整体，展成运动齿轮z，直接传至齿轮E， 所以u合成=1 加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附运动需要通过合成机构叠 加后传给工作台。离合器M2空套，三者之间的运动关系为：
表8.2 滚刀精度等级与被加工齿轮精度的关系 滚刀精度等级 可加工齿轮精度等级 AAA级 IT6 AA级 IT7~IT8 A级 IT8~IT9 B级 IT9 C级 IT10
四、Y3150E滚齿机
1、机床的组成：视频
主要有刀架溜板、刀架体、支架、心轴、床身、工作台等
如图8.12
2、传动系统分析：视频 滚齿机的主要运动是由主运动链、展成运动链、垂直进给 运动链和附加运动传动链组成。 （1） 主运动链：电机---滚刀主轴Ⅷ 如图8.13 .1
E a c u x 24k / z工 F b d 式中 E、F的取值有三种情况： 5≤Z工/k≤20 取E=48，F=24； 5≤Z工/k≤20 取E=36，F=36 143﹤Z工/k 取E=24，F=48
（3）、垂直进给运动链：
工作台—刀架 要求工作台转1转时刀架进给f。 传动路线表达式为：
传动链表达式：刀架—工作台 a c 刀架P/3π-25/2-ⅩⅧ-2/25-ⅩⅨ- b d -ⅩⅩ-36/72-M2-合 a c 成机构-E/F-Ⅻ- b d -Ⅷ-1/72-工作台 附加运动的换臵公式为： u y a2 c2 9 sin /( m法 k )
2 2 2 2
二、滚齿加工应用
1、直齿圆柱齿轮加工 滚切直齿圆柱齿轮时需要的加工运动有：形成渐开线的展成 运动、形成全齿长的垂直进给运动和形成全齿高的径向进给运 动，如图8.5仿真所示。 （1）展成运动传动链： 是滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运 动，这个运动被分解为两部分：滚刀的旋转运动B11和工件的旋转 运动B12。这条传动链滚刀-4-5-ux-6-7-工件。 （2）主运动传动链 这条传动链是联系动力源和滚刀，其传动链为：电动机-12-uv-3-4-滚刀，是主运动。 （3）垂直运动传动链 为了形成齿宽，滚刀还需作竖直的直线运动A2。这条传动链 为：工件-7-8-uf-9-10-刀架升降丝杠这是一条外联系传动链。
2、滚刀基本结构： 滚刀结构分为整体式、镶齿式等类型，如图8.11。一般小 模数采用整体式，其它采用镶齿式。滚刀安装时，以孔定位， 利用孔径平行轴线的键槽和螺母压紧，保证滚刀的两个端面与 轴线垂直。 3、滚刀的几何参数： （1）齿轮滚刀的外径与孔径： 外径是一个重要参数，它直接影响其结构参数的合理性、 切削过程的平衡性、滚刀精度和耐用度、滚刀的制造工艺性和 齿轮的加工质量。 滚刀分为两大系列： 大外径系列（Ⅰ）型，小外径系列（Ⅱ）前者用于高精度滚 刀，后者用于普通精度滚刀。 增大滚刀外径可以增多圆周齿数，减小齿面包络误差，减 小刀齿负荷，提高加工精度。但增大外径会降低加工生产率， 加大刀具材料的浪费。
刀架-12-13-uy-14-15-合成机构-6-7-ux-8-9-工作台
附加B22的旋向与工件展成运动B12旋向是否相同，取决于工件 的螺旋方向及滚刀的进给方向，如果B12和B22同向，计算时附加运 动取+1转，反之取-1转。另外在滚切斜齿圆柱齿轮时，要保证B12 和B22这两个旋转运动不发生相互干涉，增加了一个合成机构，将 运动合成以后再传给工件。