滚齿加工工作原理

滚齿加工原理

图8-69a为滚齿加工的工作原理。滚齿时切削齿坯的刀具为滚刀，由于滚刀的螺旋升角较大，所以外形象一个蜗杆，滚刀在垂直于螺旋槽方向开槽，形成若干切削刃，其法向剖面具有齿条形状。因此当滚刀连续旋转时，刀齿可视为一个无限长的齿条的移动，如图8-69b。同时刀齿由上而下的进行切削，保持齿条（滚刀）和齿坯之间的啮合关系，滚刀就可在齿坯上加工出渐开线齿形，图8-69c。

滚齿加工的精度一般为8～7级，表面粗糙度Ra为3.2～1.6μm。

滚齿加工是在滚齿机上进行的，图8-70为滚齿机外形图。滚刀安装在刀架上的滚刀杆上，刀架可沿着立柱垂直导轨上下移动。工件则安装在心轴上。

滚齿时滚齿机必须有以下几个运动：

1．切削运动（主运动）即滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决定。

2．分齿运动 即工件的旋转运动，其运动的速度必须和滚刀的旋转速度保持齿轮与齿条的啮合关系。其运动关系由分齿挂轮的传动比来实现。对于单线滚刀，当滚刀每转一转时，齿坯需转过一个齿的分度角度，即1/z 转（z 为被加工3．垂直进给运动 即滚刀沿工件轴线自上而下的垂直移动，这是保证切出整个齿宽所必须的运动，由进给挂轮的传动比再通过与滚刀架相连接的丝杆螺母来实现。

齿轮的齿数）。

在滚齿时，必须保持滚刀刀齿的运动方向与被切齿轮的齿向一致，然而由于滚刀刀齿排列在一条螺旋线上，刀齿的方向与滚刀轴线并不垂直。所以，必须把刀架扳转一个角度使之与齿轮的齿向协调。滚切直齿轮时，扳转的角度就是滚刀的螺旋升角。滚切斜齿轮时，还要根据斜齿轮的螺旋方向，以及螺旋角的大小来决定扳转角度的大小及扳转方向。

齿轮滚刀是一种专用刀具，每把滚刀可以加工在滚齿机上除加工直齿、斜齿外圆柱齿轮外，也可以模数相同而齿数不等的各种大小不同的直齿或斜齿渐开线外圆柱齿轮。 加工蜗轮、链轮。但不能加工

内齿轮。对于加工双联齿轮和三联齿轮它也受到许多限制。

滚齿加工的原理及滚齿加工润滑油的选择

1．滚齿加工原理

滚齿加工是按照展成法的原理来加工齿轮的。用滚刀来加工齿轮相当于一对交错轴的螺旋齿轮啮合。在这对啮合的齿轮副中，一个齿数很少、只有一个或几个，螺旋角很大，就演变成了一个蜗杆状齿轮，为了形成切削刃，在该齿轮垂直于螺旋线的方向上开出容屑槽，磨前、后刀面，形成切削刃和前、后角，于是就变成了滚刀。滚刀与齿坯按啮合传动关系作相对运动，在齿坯上切出齿槽，形成了渐开线齿面，如图1a 所示。在滚切过程中，分布在螺旋线上的滚

刀各刀齿相继切出齿槽中一薄层金属，每个齿槽在滚刀旋转中由几个刀齿依次切出，渐开线齿廓则由切削刃一系列瞬时位置包络而成，如图1b所示。因此，滚齿加时齿面的成形方法是展成法，成形运动是由滚刀的旋转运动和工件的旋转运动组成的复合运动（B11+B12），这个复合运动称为展成运动。当滚刀与工件连续啮合转动时，便在工件整个圆周上依次切出所有齿槽。在这一过程中，齿面的形成与齿轮分度是同时进行的，因而展成运动也就是分度运动。

综上所述，为了得到渐开线齿廓和齿轮齿数，滚齿时，滚刀和工件间必须保持严格的相对运动关系，即当滚刀转过1转时，工件相应地转过K/Z转（K为滚刀头数，Z为工件齿数）。

2．加工直齿圆柱齿轮的传动原理

在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮必须具备两个运动：形成渐开线齿廓的展成运动和形成直线齿面（导线）的运动。

（1）展成运动传动链联系滚刀主轴的旋转运动B11和工件旋转运动B12的传动链（4—5—ux—6—7—工作台）为展成运动传动链。由这条传动链保证工件和刀具之间严格的

运动关系，其中换置机构ux用来适应工件齿数和滚刀头数的变化。这是一条内联系传动链，它不仅要求传动比准确，而且要求滚刀和工件两者旋转方向必须符合一对交错轴螺旋齿轮啮合时相对运动方向。当滚刀旋转方向一定时，工件的旋转方向由滚刀螺旋方向确定。

（2）主运动传动链主运动传动链是联系动力源和滚刀主轴的传动链。如图2所示，主运动传动链为：电动机—1—2—uv—3—4—滚刀。这是一条外联系传动链，其传动链中换置机构uv 用于调整渐开线齿廓的成形速度，应当根据工艺条件确定滚刀转速来调整其传动比。

（3）垂直进给运动传动链为了切出整个齿宽，滚刀在自身旋转的同时，必须沿工件轴线作直线进给运动A2，滚刀的垂直进给运动是由滚刀刀架沿立柱导轨移动实现的。在图2中，将工作台和刀架联系起来的垂直进给运动传动链为：7—8—uf—9—10，传动链中的换置机构uf

用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。由于刀架的垂直进给运动是简单运动，所以，这条传动链是外联系传动链。通常以工作台（工件）每转一转，刀架的位移来表示垂直进给量的大小。

3．加工斜齿圆柱齿轮的传动原理

斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线，但齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个成形运动：一个是形成渐开线齿廓的展成运动；另一个是形成齿长螺旋线的运动。前者与加工直齿圆柱齿轮相同，后者要求当滚刀沿工件轴向移动时，工件在展成法运动B12的基础上再产生一个附加转动，以形成螺旋齿形线轨迹。

图3 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图

图3b是滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图，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，只是在刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链：刀架（滚刀移动A21）—12—13—uy—14—15—合成机构—6—7—ux—8—9—工作台（工件附加转动B22），以保证螺旋齿形线，这条传动链亦称为差动运动传动链，其中换置机构uy适应工件螺旋线导程L和螺旋方向的变化。图3a可以形象说明这个问题：设工件的螺旋线为右旋，当滚刀沿工件轴向进给f（单位为mm），滚刀由a点到b点，这时工件除了作展成运动B12以外，还要再加转动bb′，才能形成螺旋齿形线。同理，当滚刀移至c点时，工件应

附加转动cc′。依次类推，当滚刀移至p点时（一个工件螺旋导程L），工件附加转动pp′,正好附加转一转。附加运动B22的旋转方向与工件展成运动B12旋转方向是否相同，取决于工件的螺旋方向及滚刀的进给方向。如图B12和B22同向，计算附加运动取加1转，反之取减1转。在滚切斜齿圆柱齿轮时，要保证B12和B22这两个旋转运动同时传给工件又不发生干涉，需要在传动系统中配置运动合成机构，将这两个运动合成之后，再传给工件。工件的实际旋转运动是由展成运动B12和形成螺旋线的附加运动B22合成的。

4．滚齿加工的工艺特点

（1）加工精度高属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一般可加工8~7级精度的齿轮。

（2）生产率高滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失，生产率一般比铣齿、插齿高。

（3）一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀相同而齿数不同的圆柱齿轮。

在齿轮齿形加工中，滚齿应用最广泛，它除可加工直齿、斜齿圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。但一般不能加工内齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批量生产和大批大量生产。

5．Y3150E型滚齿机的组成

Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。可以加工的工件最大直径为500mm，最大模数8mm，图4为该机床的外形图。立柱2固定在床身1上，刀架溜板3可沿立柱导轨上下移动。刀架体5安装在刀架溜板3上，可绕自己的水平轴线转位。滚刀安装在刀杆4上，作旋转运动。工件安装在工作台9的心轴7 上，随工作台一起转动。后立柱8和工作台9 一起装在床鞍10上，可沿机床水平导轨移动。用于调整工件的径向位置或作径向进给运动。

Y3150E型滚齿机

1-床身，2-立柱, 3-刀架溜板, 4-刀杆, 5-刀架体，6-支架，7-心轴，8-后立柱，9-工作台, 10-床鞍