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滚齿工艺培训
杨韬 Yangtao
二、内容
1.滚齿工序的输出
2.过程流程介绍
3.滚齿加工原理
4.滚齿设备（加工设备和检测设备）原理
设备的整体结构 传动原理 工装结构及原理
5.设备输入参数和产品参数计算
6.PFMEA内容的展开与控制方法
工装 设备 检具 来料
7.考试
2
1、滚齿工序的输出：
滚刀转速与进给速度
最大滚刀转速（无极 100-1330转/分 变速）
轴向进给速度（无级 0.01-10mm/转 变速）
径向进给速度（无级 0.01-10mm/转 变速）
最大滚刀窜刀行程 150mm
9
工装结构及原理
KN151滚齿机的工装主要分为轴类与片齿轮类两种。 轴类零件工装由尾架顶尖、底碗、弹性夹头与底座顶尖组成，具体装夹过程如下： 1.零件通过机械手安放在底碗上，底碗端面与零件定位端面贴紧，起到限位与支撑作用； 2.尾架顶尖顶下降顶紧零件，同时工装底座内的活动顶尖提供一个向上的支撑力，通过两顶尖 的定位与顶紧以保证零件加工时的同轴度； 3.零件顶紧后，机床底部的油缸通过连接杆下拉弹性夹头从而夹紧零件外圆，以防止零件在加 工过程中发生错位。整个装夹过程完毕。 顶尖与弹性夹头的夹紧力都是通过液压调节的。
4
加工斜齿轮时，除了滚刀回转运动、工作台分齿运动与滚刀垂直进给运动外，还增加了一个 附加运动，所以加工时工作台的实际转速是由分齿运动与附加运动合成的，具体运动如下：
滚齿加工运动：
主运动—— 滚刀的回转运动称为主运动。
分齿运动——强制齿轮坯与滚刀保持与齿条的啮合运动关系的运动称为分齿运动。
垂直进给运动——滚刀沿被切齿轮轴向的移动，即为垂直进给运动。
10
尾架顶尖
弹性夹头
活动顶尖
夹具装配图 油缸连接杆
装夹示图
尾架顶尖
定位底座
11
片齿轮类零件工装由尾架顶尖、底碗与弹性芯轴组成，装夹的过程如下： 1、零件通过机械手安放在底碗上，底碗端面与零件定位端面贴紧，保证零件装夹时的端跳； 2.弹性芯轴下降穿过零件内孔，其上的弹性套受力膨胀胀紧零件内孔，保证加工时零件与工作 台的同心度； 3.尾架顶尖上的压盖压下降压紧零件另一端；整个装夹过程完毕。 弹性套的涨紧力与压盖的压力都是通过液压调节。
滚齿过程是对零件齿形、齿向的粗加工，再经过热处理变形+磨齿、珩齿对齿形精加工或剃齿+ 热处理变形，最终得到产品要求的齿轮参数。
滚齿输出的齿轮参数
成品齿轮参数
Mdk ——跨棒距
Mdk ——跨棒距
fHα ——齿形角误差
fHα ——齿形角误差
fHβ —— 齿向角误差
fHβ —— 齿向角误差
ffα ——齿形形状误差 ffβ ——齿向形状误差 dna —— 有效渐开线起始点 dnf ——有效渐开线终止点
1、热处理变形+齿形精 加工
2、剃齿+热处理变形
ffα ——齿形形状误差 ffβ ——齿向形状误差 dna —— 有效渐开线起始点 dnf ——有效渐开线终止点
Fp——齿距累计误差
Fp——齿距累计误差
Fr——齿圈径向跳动
Fr——齿圈径向跳动
fp——单齿齿距误差
fp——单齿齿距误差
fsα——齿形一致性
常规规格 最大工件直径 最大工件模数 最大轴向行程 最大滚刀架回转角度 最小最大齿数 工作台最高转速 工作范围 滚刀至工作台中距离 工作台至支撑顶尖距离
150mm M4 400mm ±45° 4/1000 150转/分
15-150mm 190-800mm
滚刀
最大滚刀尺寸 直径×长度
主轴锥端锥度
130mm × 180mm N.T.40
工作台实际转速=Kn/z（1±f/p） （滚刀与被切斜齿轮旋向相同时为+，相反时为-）
5
3、设备（加工设备和检测设备）原理
南昌工厂滚齿机种类如下： Kashifuji KN151、 Kashifuji KN152、Gleason210H、YS3120CNC6、Felsomat FHC180、 Kashifuji KA200E、 YKX3132M、Kashifuji KN152 Gleason130H，它们的加工原理基本一致，下 面以Kashifuji KN151滚齿机为例进行介绍。
fsα——齿形一致性
fsβ——齿向一致性
fsβ——齿向一致性
3
2、滚齿加工原理：
滚齿属于展成法加工，可看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。当滚齿旋转一周时，相当于齿 条在法向移动一个或多个齿距（根据滚刀头数而定），滚刀的连续传动，犹如一根无限长的齿 条在连续移动。当滚刀与毛坯间严格按照齿轮与齿条的传动比强制啮合传动时，滚刀刀齿在一 系列位置上的包络线就形成了工件的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给，即可滚切出所需的渐 开线齿廓。
12
尾架顶尖
弹性胀套
油缸连接杆 夹具装配图
装夹示图
尾架顶尖
定位底座
13
滚刀
滚刀实质上是一个渐开线圆柱斜齿轮，其齿数很少，而螺旋角很大故外型呈蝸杆状，该蝸杆称之为滚刀 的基本蝸杆，在经过铲背开槽就成了滚刀，常见的大部份滚刀的基本蝸杆为阿基米德蝸杆。由于滚刀的刀 齿是按螺旋线分布的，所以边缘上的几个刀齿是不完整的刀齿，所以要在程序上去除此段长度。
6
设备的整体结构
KN151滚齿机的主要组成部分包括： 1.机床控制面板 2.工作台 3.刀架 4.尾架 5.液压系统 6.气压系统 7.FANUC数控系统 8.机械手自动上料机构
机床控制面板
工作台
刀架 尾架 机械手
FANUC系统
液压系统
气压系统
7
机床各轴示意图：
Y轴
A轴 Z轴
Leabharlann BaiduX轴 B轴
C轴
8
下表是Kashifuji KN151滚齿机主要技术性能。在产品滚齿工艺开发前期的可行性分析时我 们可以根据机床的主要技术性能来初步确定产品是否可以在机床上加工，给定切削参数是否 能在机床上实现。
根据加工的零件不同滚刀一般分为三类：滚-磨（珩）滚刀、滚-梯滚刀，主要区别在于其刀齿齿顶凸角 宽度是根据所加工零件的留磨、留剃余量进行设计制造的（下图为BR3R-7100-AB二轴一档的滚刀，零件磨 齿余量为单边0.01mm，所以滚刀凸角设计成0.095mm宽以满足磨齿工艺的要求。
附加运动——当滚刀延工件轴线的移动量等于齿轮分度圆上的螺旋导程P时，齿坯再分度圆运 动的基础上正好附加多转一转，即为附加运动。
分齿运动公式：
工作台转速（r/min）=Kn/z
n-滚刀转速 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数）
附加运动公式：
工作台附加转速（r/min）=Knf/zp
n-滚刀头数 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数 f-滚刀轴向进给速度 p-齿轮螺旋导程：p=πdtanβ
杨韬 Yangtao
二、内容
1.滚齿工序的输出
2.过程流程介绍
3.滚齿加工原理
4.滚齿设备（加工设备和检测设备）原理
设备的整体结构 传动原理 工装结构及原理
5.设备输入参数和产品参数计算
6.PFMEA内容的展开与控制方法
工装 设备 检具 来料
7.考试
2
1、滚齿工序的输出：
滚刀转速与进给速度
最大滚刀转速（无极 100-1330转/分 变速）
轴向进给速度（无级 0.01-10mm/转 变速）
径向进给速度（无级 0.01-10mm/转 变速）
最大滚刀窜刀行程 150mm
9
工装结构及原理
KN151滚齿机的工装主要分为轴类与片齿轮类两种。 轴类零件工装由尾架顶尖、底碗、弹性夹头与底座顶尖组成，具体装夹过程如下： 1.零件通过机械手安放在底碗上，底碗端面与零件定位端面贴紧，起到限位与支撑作用； 2.尾架顶尖顶下降顶紧零件，同时工装底座内的活动顶尖提供一个向上的支撑力，通过两顶尖 的定位与顶紧以保证零件加工时的同轴度； 3.零件顶紧后，机床底部的油缸通过连接杆下拉弹性夹头从而夹紧零件外圆，以防止零件在加 工过程中发生错位。整个装夹过程完毕。 顶尖与弹性夹头的夹紧力都是通过液压调节的。
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加工斜齿轮时，除了滚刀回转运动、工作台分齿运动与滚刀垂直进给运动外，还增加了一个 附加运动，所以加工时工作台的实际转速是由分齿运动与附加运动合成的，具体运动如下：
滚齿加工运动：
主运动—— 滚刀的回转运动称为主运动。
分齿运动——强制齿轮坯与滚刀保持与齿条的啮合运动关系的运动称为分齿运动。
垂直进给运动——滚刀沿被切齿轮轴向的移动，即为垂直进给运动。
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尾架顶尖
弹性夹头
活动顶尖
夹具装配图 油缸连接杆
装夹示图
尾架顶尖
定位底座
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片齿轮类零件工装由尾架顶尖、底碗与弹性芯轴组成，装夹的过程如下： 1、零件通过机械手安放在底碗上，底碗端面与零件定位端面贴紧，保证零件装夹时的端跳； 2.弹性芯轴下降穿过零件内孔，其上的弹性套受力膨胀胀紧零件内孔，保证加工时零件与工作 台的同心度； 3.尾架顶尖上的压盖压下降压紧零件另一端；整个装夹过程完毕。 弹性套的涨紧力与压盖的压力都是通过液压调节。
滚齿过程是对零件齿形、齿向的粗加工，再经过热处理变形+磨齿、珩齿对齿形精加工或剃齿+ 热处理变形，最终得到产品要求的齿轮参数。
滚齿输出的齿轮参数
成品齿轮参数
Mdk ——跨棒距
Mdk ——跨棒距
fHα ——齿形角误差
fHα ——齿形角误差
fHβ —— 齿向角误差
fHβ —— 齿向角误差
ffα ——齿形形状误差 ffβ ——齿向形状误差 dna —— 有效渐开线起始点 dnf ——有效渐开线终止点
1、热处理变形+齿形精 加工
2、剃齿+热处理变形
ffα ——齿形形状误差 ffβ ——齿向形状误差 dna —— 有效渐开线起始点 dnf ——有效渐开线终止点
Fp——齿距累计误差
Fp——齿距累计误差
Fr——齿圈径向跳动
Fr——齿圈径向跳动
fp——单齿齿距误差
fp——单齿齿距误差
fsα——齿形一致性
常规规格 最大工件直径 最大工件模数 最大轴向行程 最大滚刀架回转角度 最小最大齿数 工作台最高转速 工作范围 滚刀至工作台中距离 工作台至支撑顶尖距离
150mm M4 400mm ±45° 4/1000 150转/分
15-150mm 190-800mm
滚刀
最大滚刀尺寸 直径×长度
主轴锥端锥度
130mm × 180mm N.T.40
工作台实际转速=Kn/z（1±f/p） （滚刀与被切斜齿轮旋向相同时为+，相反时为-）
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3、设备（加工设备和检测设备）原理
南昌工厂滚齿机种类如下： Kashifuji KN151、 Kashifuji KN152、Gleason210H、YS3120CNC6、Felsomat FHC180、 Kashifuji KA200E、 YKX3132M、Kashifuji KN152 Gleason130H，它们的加工原理基本一致，下 面以Kashifuji KN151滚齿机为例进行介绍。
fsα——齿形一致性
fsβ——齿向一致性
fsβ——齿向一致性
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2、滚齿加工原理：
滚齿属于展成法加工，可看作无啮合间隙的齿轮与齿条传动。当滚齿旋转一周时，相当于齿 条在法向移动一个或多个齿距（根据滚刀头数而定），滚刀的连续传动，犹如一根无限长的齿 条在连续移动。当滚刀与毛坯间严格按照齿轮与齿条的传动比强制啮合传动时，滚刀刀齿在一 系列位置上的包络线就形成了工件的渐开线齿形。随着滚刀的垂直进给，即可滚切出所需的渐 开线齿廓。
12
尾架顶尖
弹性胀套
油缸连接杆 夹具装配图
装夹示图
尾架顶尖
定位底座
13
滚刀
滚刀实质上是一个渐开线圆柱斜齿轮，其齿数很少，而螺旋角很大故外型呈蝸杆状，该蝸杆称之为滚刀 的基本蝸杆，在经过铲背开槽就成了滚刀，常见的大部份滚刀的基本蝸杆为阿基米德蝸杆。由于滚刀的刀 齿是按螺旋线分布的，所以边缘上的几个刀齿是不完整的刀齿，所以要在程序上去除此段长度。
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设备的整体结构
KN151滚齿机的主要组成部分包括： 1.机床控制面板 2.工作台 3.刀架 4.尾架 5.液压系统 6.气压系统 7.FANUC数控系统 8.机械手自动上料机构
机床控制面板
工作台
刀架 尾架 机械手
FANUC系统
液压系统
气压系统
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机床各轴示意图：
Y轴
A轴 Z轴
Leabharlann BaiduX轴 B轴
C轴
8
下表是Kashifuji KN151滚齿机主要技术性能。在产品滚齿工艺开发前期的可行性分析时我 们可以根据机床的主要技术性能来初步确定产品是否可以在机床上加工，给定切削参数是否 能在机床上实现。
根据加工的零件不同滚刀一般分为三类：滚-磨（珩）滚刀、滚-梯滚刀，主要区别在于其刀齿齿顶凸角 宽度是根据所加工零件的留磨、留剃余量进行设计制造的（下图为BR3R-7100-AB二轴一档的滚刀，零件磨 齿余量为单边0.01mm，所以滚刀凸角设计成0.095mm宽以满足磨齿工艺的要求。
附加运动——当滚刀延工件轴线的移动量等于齿轮分度圆上的螺旋导程P时，齿坯再分度圆运 动的基础上正好附加多转一转，即为附加运动。
分齿运动公式：
工作台转速（r/min）=Kn/z
n-滚刀转速 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数）
附加运动公式：
工作台附加转速（r/min）=Knf/zp
n-滚刀头数 K-滚刀头数 z-被加工齿轮齿数 f-滚刀轴向进给速度 p-齿轮螺旋导程：p=πdtanβ