插齿加工基础知识讲解

齿向
+*4 ４ 级
干切的效果 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
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


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
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
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。
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
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
̎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
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
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
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
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
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
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
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
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。

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
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.
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
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。
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
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 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
޻݅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
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
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
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
޻݅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。