插齿加工基础知识讲解

齿宽24mm误差为3Жm 认为通用化是可能的
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
斜齿的螺旋角
插齿刀的螺旋角相同 插齿刀沿着导轨形成的导程运动
刀具和导轨的导程一致
LʹКɾmnʷZcʗsinЌ
夹具示例
ᶃ拉紧式ʢ整体杆ʣ
ᶄ拉杆式ʢ整体)
液压尾架
有时也使用尾架
刀具
޻݅
ᶅ涨套式
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
ᶆ涨套式(轴齿外涨套ʣ
刀杆尽可能短一些好 长的易振动
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
刀杆的长度应考虑主轴伸出长度、立柱 高度、工件安装高度、刀具的种类等进 行设计。 不定刀夹具，不能确定参数。
刀杆和工 件夹具应 无干涉
考虑到随着刃磨刀具变 薄，主轴下移，应留有余 地。
夹具设计要点 要避开尾架的干涉
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
要注意尾上下动作的 时间衔接。
除此之外，还有轴形、筒形插齿刀。
插齿刀各部位名称
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
螺丝长度 锥柄长
侧后角
孔径
前后角
安装厚度
左齿面
右齿面 全齿高
安装面 安装面直径
节圆直径 外径
σ盘Ο形ε刀Ϋ‫ܗ‬
刀台直径 孔径
前角 前刀面
壳体厚
全齿高
安装面 安装面直径
节圆直径 外径
ϕ碗ϧ形‫ܗ‬刀
全宽
前角 前刀面
螺丝 锥柄部分
首径
齿宽
全齿高
节圆直径 外径
γ锥ϟ柄ϯ刀Ϋ‫ܗ‬
前角 前刀面
ϋϒ‫ܗ‬
插齿机所必须的功能
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
齿轮状的插齿刀沿齿向方向往复运动
主轴电机
让刀装置 刀头 支点轴
刀具
主涡轮副
主轴偏心轮机构
导轨 主轴旋转电机
涡轮涡杆 下部导轨
被切削齿轮（工件） 工作台
工作台电机
̍ɽओ轴ɿ往复运动 ̎ɽओ轴旋转ʢ̮̍轴ʣ ̏ɽ工作台轴ʢ̘轴ʣ ̐ɽ切削轴ʢ9轴ʣ ̑ɽ冲程Ґஔʢ̮̎轴ʣ
切削速度




SE25A
冲 程 速 度 N JO
冲程速度与切削速度





ᎎ齿‫ص‬SE25A冲程଎౓͸Max1800strɾmin-1 ੾࡟଎౓Max130mɾmin-1 ʢ密封件允许速度ʣ
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
޻݅参数 ໛਺2.5 齿਺28 压ྗ֯20˃֎‫ܘ‬П75 ཐટ֯0˃齿宽41 冲程数500ʗ700ʗ700str/min 圆प进给1.963ʗ0.302ʗ0.302mm/str
Ճ޻৚݅
设计鼓形加工用的让刀凸轮ɼ与倾斜工作台配合能够进行锥度和鼓形的加工
无螺旋导轨的ᎎ齿‫ص‬
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
采用数控技术实现任意导程 ʢ 开发了ST系列插齿机 ʣ
加工中的问题 出头段差
工件A 工件转动１周中的跳动
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
刀具跳动造成工件转动1周 的节距精度不连续。
刀刃分散对刀具寿命有利
原有的加工方法与圆周高进给
圆周高进给所特有的刀痕
因无后工序加工，刀痕有问题时，需要降低精加工进给。 如后面有剃齿工序，则刀痕不构成问题。
负荷控制加工法
根据负荷控制切削进给速度
切削开始 切削深度
径向进给 速度控制
切削结束
负荷控制加工法
切削开始 切削深度
切削结束
螺旋加工法
径向进给速度 圆周进给速度 冲程数
޻݅小且短的情况下 可将޻݅下降，将尾架放在立柱下。 有时需要提高立柱的高度。
޻݅比较长的情况下
为了避免尾架和立柱的干涉，加大刀具直径。
为了保证刀具刃磨变小后也不会干涉，要留 有余地。
夹۩设计的要点
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
ᎎ齿‫ص‬的夹۩
设计顺序
̍ɽ夹۩形式的确定
ᶃ轴齿ɺ片齿ɺ外齿ɺ内齿、直齿、斜齿轮 ᶄ夹紧位置、方法
插齿加工
(基础ʣ
ࡾඛॏ޻‫ࣜגۀ‬ձࣾ ޻࡞‫ػ‬ցࣄ‫ۀ‬෦
̎̌̍̌ɽ̌̕ɽ̎̔
插齿机的必要性
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
用于内齿和多段齿的加工
加工这样的内齿
与齿啮合轮同步转动，就能加工出齿轮。
上面的工件和左边的齿轮如 用滚齿机加工,因刀具会有 干涉而不能加工.
使用齿轮形状的插齿刀
插齿刀
后沿 圆周后角
在插齿刀的主涡轮副中，设有上 下运动的导轨。
在加工螺旋齿时，为了 实现插齿刀的螺旋动 作，使用螺旋导轨。
使用静压导轨的注意事项
使用粘度合适 (46cst)的油 使用清洁的油 定期换油及清洁过滤器 控制油温 油温控制装置的清洁和检查
阴导轨机械加工困难，是以阳导轨为模 具，注入树脂制造而成。
插齿刀的导程
切屑断面积及切屑厚度的最大值与 圆周进给的关系
最大切屑断面积
最大切屑厚度
即使提高圆प进给，最大切屑厚度、 断面积也大致不变，因此限制了切 削力。
最大切屑断面积 最大切屑厚度
径向进给0.02mm/str
圆周进给
̍ɽ分析੾۵延长刀具寿命。 ̎ɽ提高加工条件缩短节拍时间。
圆प高进给
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础



硬 度 ) #
Ճ޻৚݅ʢ加工余量与切削次
数ʣ
切削次数根据精度等决定
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
切削次数
N P EV MF
切削次数
余量
精加工 半精 粗
0.2ʙ0.4 mm 0.3ʙ1.0 mm 剩余部分
+*4*40 +*4 +*4
往下拉紧涨套涨开， 卡紧工件内径。
液压夹具
ᶇ压紧式ʢ轴齿用驱动卡爪Ƅ) ᶈ三筒式
ᶉ涨套式ʢ内齿用内涨套ʣ
ᶊ手动拧紧式ʢ内齿用ʣ
弹簧顶尖
内径基准
不用夹紧装置
夹具设计的要点
高度方向的研究很重要
刀轴伸出 长度
刀杆的长 度
立柱高度
刀的厚度 夹具高度
冲程位置（距离）的设定
立柱高度从通用性考虑高的好 从刚性考虑低的好
刀具切削进给 刀头让刀 刀头升降式
ओ轴的往复运动与切削速度 由偏心轮运动实现往复动作
上死点"
"
ओ轴速度
下死点# "
੾࡟ #
# 使用范围
去程
回程
偏心轮运动与切削速度
在中央ʶ60˃的范围内 B L 直线运动ʼ齿宽
LʹBʗsin60˃ʴ余量
冲程距离
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
偏心轮将圆周运动转换为直线 运动˰ ଎౓不断变化
ʢओ轴伸出长度ʣ ̒ɽ行程距离ʢ̯轴ɿ0QU
̓ɽ工作台倾角 0QU
ʢ加工锥度齿用ʣ
ᶃ刀具和工件的同步转动 ᶄ刀具的往复运动 ᶅ刀具返回时的让刀 ᶆ刀具的切削 ᶇ刀具和工件的位置、冲程距离 ᶈ刀具的夹紧、工件的夹紧、交换等
ᎎ齿‫ص‬的结构 结构的变迁
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
刀具切削进给 工作台让刀
刀具切削进给 刀头让刀
普通机型
偏心轮
主轴电机 偏心轮
主轴电机
螺旋导轨 （阳）
螺旋导轨 （阴）
插齿刀
调整螺旋角用 的伺服电机
通过采用数控技术，省掉了螺旋导轨，缩短了 更换工件时的准备时间。
一次装2把刀，能够加工螺旋角 不同的2段齿轮。
加工示例 ST柔性ᎎ齿‫ص‬的加工示例
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
工件参数：模数0.85 齿数108 螺旋角17.5° 齿宽18 加 工 条 件 冲 程 数 500 ／ 600 ／ 600str/min 圆 周 进 给 0.184 ／ 0.2 ／ 0.15 径向进给0.002／0.002／0.002
为单位控制
径向进给速度 圆周进给速度 冲程数
切削阻力主分力
净加工时间(秒)
(b)控制径向进给速度
净加工时间(秒)
(a)径向进给速度不变
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
切削开始 切削深度
切削结束
原来的加工方法
原来是Rd切削后,进行圆周 进给.
高圆周进给加工 Rd切削速度是固定的.
将切削过程分为15段,各段 分别使用不同的切削进给速 度,谋求负荷的均衡,以实现 缩短加工时间和延长刀具寿 命的目的.
90
2000
年
锥度齿的加工
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
工作台倾斜加工
Ћnɿ压ྗ֯
L1
В Ќ
b
Ћn L1 L2
̱
̱ɾtanЌʹL2
L̎
̱ɾtanВʹL1
В
Ќ
L2ʹL1ɾtanЋn
工作台倾角Вʢ齿底倾角ʣ与齿向倾角Ќ的 关系ʢ锥度L2)
tanВʹtanЌʗtanЋn
鼓形加工
采用特殊的让刀凸轮实现鼓形加工
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础

Ճ޻৚݅ʢ圆प进给量ʣ
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
圆प进给量
用每冲程的节圆长度表示
粗加工时ɿ 精加工时ɿ
FrotaryʹКʷ̼nʗaɾcosЌ 1节距的冲程数 aɿ ̎ʙ̐ ̼n 2.5以下 ̐ʙ̔ ̼n 超过2.5
Frotʹ0.2ʙ0.3 mmʗstr 精度要求 JIS ʙ̓级 0.4ʙ1.0 mmʗstr 精度要求 JIS ̔‫ڃ‬ʙ
机床的限制
冲程速度取决于ओ轴转速 ੾࡟଎౓取决于主轴密封 件的允许速度
V=КɾSɾL/1000 V:੾࡟଎౓ mɾmin-1 S:冲程速度 min-1 L:冲程距离 mm
ओ轴导轨的作用
偏心轮
主轴电机
螺旋导轨 （阳）
螺旋导轨 （阴）
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
保证插齿刀导程的导轨
刀轴往复运动与旋转运动同时进 行。
VʹКʷLʷsinВʷSʗ1000 V:੾࡟଎౓ mɾmin-1 L:冲程距离 mm B:工件齿宽 mm Вɿ偏心轮旋转角以上方为0 Sɿ冲程速度 min-1
在上下端切削଎౓为̌ɼ因此不 能加工
੾࡟速度用Max表示 VmaxʹКʷLʷSʗ1000
੾࡟଎౓与冲程速度

N ・ N JO


ᎎ齿‫ص‬效率的提高 Ճ޻时间的变迁
ࡾඛత齿轮Ճ޻设备
sec
180 节 拍 时 间
120
60
1969 230z
1972 165z 1978 110z TiN㥷层
1984 55” NC化
圆周高进给
໛਺ 2.25
齿਺ 27 螺旋角 31˃ 齿宽 15
1988 48z 高速化
2000 36z 干切
70
80
齿向
+*4 ４ 级
来自百度文库切的效果 降低刀具费用、缩短节拍时间
刀具寿命 ̐倍
节拍时间 缩短̏̏ˋ
600࿽
1.63 min
1.26 min
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
޻݅参数 ̼n 2.25 齿数 51 ཐટ֯ 直齿 齿宽 14 材质SCM420
150࿽ 原来的刀具涂层TiN 超级干切
原来的刀具涂层TiN 超级干切
导程-К͇̼O͇;DTJOЌ
ཐટ֯Ќ
导程-
刀的节圆
К͇̼O͇;D
К͇П%DʹК͇̼O͇;̲DPTЌ
螺旋导轨通用化的研究
໛਺ ཐટ֯ ˃ 刀齿数 ֎‫ ܘ‬П 导程
໛਺ ཐટ֯ ˃ 刀齿数 ֎‫ ܘ‬П 导程
X JUI 5 J/ D P BUJO H
材质
硬度
4$ S)
4$
4$.
'$
N N JO
粗精
N N JO
粗加工
Ճ޻৚݅ʢ径向进给量ʣ
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
径向进给量
以每̍冲程的径向切削进给表示
粗加工时ɿ 精加工时ɿ
FradialʹFrotʷʢhʗbʣʷʢcosЌʗКɾ̼nɾZʣ
hɿ切削深度
Zɿ޻݅的齿数
bɿ工件转速
bʹ3ʙ6 ໛਺ 2.5 以下
4ʙ8
超过2.5
Fradʹ0.003ʙ0.01 mmʗstr
径向进给
提高径向进给，则最大切削主 分力将增大。
最大切削阻力主分力
冲程数
圆周进给
由于容易打刀，因此Rd进给不 宜过大。
ᎎ齿‫ص‬加工示例 干切示例
插齿机加工示例 齿形
+*4 ６ 级
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
޻݅参数 mn2.5 Z28 D П75 Ћ20˃ Ќ0˃ B15
Ճ޻৚݅ 干切切̎次 N :760/1200 min-1 V : 50/80 mɾmin-1 Frotɿ 2.618/1.122 mm/str Fradɿ 0.009/0.01 mm/str
涂层处
前刀面 圆周进给
被切削的齿轮
径向进给
想像的齿轮
往工件的齿宽（齿向）向进刀。
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
刀具的种类
盘形刀 随着刃磨后刀具变 薄，紧固螺帽有可 能产生干涉。
碗形刀 不会因刀具变薄紧 固螺帽露出，而产 生干涉。但比盘形 刀贵。
锥柄刀 用于内径较小的内 齿加工。刀刃数 少，寿命短，刚性 低ɼ单位刀刃的价格 比较贵。
̎ɽ刀具的确定
ᶃ形式 盘形、碗形、锥柄 ᶄ齿数（直径）、导程（螺旋齿）
设计要点
ᶃ޻݅尽可放在较高位置（为使主轴伸出长度最小）
ᶄ配置刀具（考虑磨变薄的情况）
ᶅ
检查刀头、尾架的干涉
ᶆ
检查上下料装置及去毛刺装置的干涉
加工时间的计算 各动作时间的合计
粗加工
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
节拍时间
精Ճ޻
径向进给15段
粗加工 余量
Rd.(X) 切削位置
径向切削
工作台3~6转
2ʵ4 冲程ʗ̍ 节距
圆प
圆प
精加工余量 ʢ 0.2ʵ 0.4mm ʣ
径向
工作台转 ̏̒ ̑˃
工作台转 ̏̒̑˃
径向进给量 0.003ʵ0.01mm/str
Ճ޻৚݅ʢ੾࡟଎౓ʣ
齿轮༩齿轮Ճ޻‫ج‬础
੾࡟଎౓根据材料硬度、组织、涂层确定
切削速度 工件材料 渗碳材料 炭素钢 炭素钢 铸铁