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1、齿轮加工机床及原理,5.4 齿轮加工机床,5.4.1齿轮加工机床的工作原理和分类 （1）齿轮加工方法 5章录象滚齿.rm 按轮齿成形原理分两大类： 成形法 加工精度和生产率较低， 适于单件小批生产。 展成法 加工精度和生产率较高， 一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。,（2）齿轮加工机床的类型 (圆柱齿轮加工机床、圆锥齿轮加工机床） 滚齿机、插齿机等；直齿锥齿轮刨齿机、铣齿机、拉齿机 ；弧齿锥齿轮铣齿机。剃齿机、珩齿机、磨齿机。,成形法加工齿轮及滚齿,5.4.2 滚齿机的运动分析 （1）滚齿原理模拟一对螺旋齿轮啮合过程,滚齿机运动分析 主运动滚刀旋转运动； 展成(啮合)运动齿坯与
2、滚刀按一定速比转动； 进给运动滚刀沿齿坯轴向运动。,（2）加工直齿圆柱齿轮时的运动分析,内传动链为：滚刀45ux67齿坯 ux为啮合运动传动比。,垂直进给运动A2 齿坯78uf910刀架 升降，uf为进给运动传动比。,展成运动 滚刀旋转运动B11 1/K转(1齿) 齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿),主运动B11 电机12uv34滚刀 uv为主运动传动比。,（4）滚刀的安装 滚刀螺旋升角为(0)， 加工直齿时，滚刀轴线 与齿坯端面倾斜角， 称为安装角。 = 右旋滚刀如图,左旋相反,（3）加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析,主运动B11 电机12uv34滚刀,展成运动 滚刀旋转运动B11 1/K
3、转(1齿) 齿坯旋转运动B12 1/ z 转(1齿),内传动链为：滚刀45ux67齿坯,进给运动A21 齿坯B1278uf910A21 附加转动B22A2111uy127齿坯附加 转动B22(产生螺旋线的内传动链) uy按被切齿轮的螺旋角调整,实际上必须用合成机构把展成运动要求工件转动B12和差动链要求工件附加转动B22迭加起来，然后再传给工作台。,滚齿机是根据滚切斜齿轮的传动原理设计的。当滚切直齿轮时，将差动链断开，并把合成机构固定成一个整体。,滚刀的安装 安装角取决于滚刀螺 旋升角0 、旋向及齿轮 螺旋角、旋向。 二者同向时= 0 ； 二者反向时= 0 右旋滚刀如图左旋相反,齿坯附加转动的
4、方向 图a)为右旋滚刀切右旋齿 轮，附加转动B22与B12同 向，即比切直齿时多转些。 图b)为右旋滚刀切左旋齿 轮，附加转动B22与B12反向，即比切直齿时少转些。,（4）内联系传动链换置器官布置方案对比分析,图5-83 滚齿机内联系传动链换置器官的布局方案,方案1如图5-83a）所示，展成运动传动链的平衡式为：,差动运动传动链的运动平衡式为：,方案2展成运动传动链的运动平衡式为：,方案3差动运动传动链的运动平衡式：,从表中可以看出，在展成挂轮传动比ux的换置公式中，方案2的计算式中包含了无理数、工件的模数和螺旋角参数，与方案1和方案3相比，选配挂轮传动比较复杂，只能得到近似值。 在差动挂轮
5、传动比uy的换置公式中，方案1和方案2都与被加工齿轮齿数有关，而方案3无关，因此，方案3选配差动挂轮传动最简单。 综上所述，方案3最为合理，所以，目前滚齿机传动链的布置形式采用方案3。此方法可用于机床内联系传动链设计的方案对比分析。,5.4.3 Y3150E滚齿机（1）滚齿机的用途、布局和技术参数 YT3150E型滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，也可滚切花键轴或用手动径向进给法滚切蜗轮。,最大加工直径为500mm； 最大加工宽度为250mm；最大加工模数为8mm； 最小齿数 Zmin=5k（k为滚刀头数）；,刀具最大直径160mm；刀具最大长度160mm。,（2）滚切直齿圆柱齿轮
6、的传动链分析计算主运动传动链（换置器官为V）a) 确定末端件：电动机滚刀b) 计算位移： r/min（电动机） r/min（滚刀）c) 列运动平衡式：,r/min,d) 导出置换公式：,展成运动传动链（换置器官为）a) 确定末端件：滚刀工件b) 计算位移：滚刀转 1 r工件转 c) 列运动平衡方程式：,滚切直齿轮时 d) 导出换置公式：,轴向进给传动链a) 确定末端件：工作台刀架b) 计算位移：1 r（工作台）f mm (刀架垂直进给)c) 列运动平衡式：,mm/ r,d) 导出换置公式：,（3）滚切斜齿圆柱齿轮的传动链分析计算 主运动传动链和轴向进给传动链与滚切直齿轮时完全相同。由于滚切斜齿
7、轮时需要运动合成，这时展成运动传动链的u合成=1，其计算与滚切直齿轮相同。由于使用合成机构后，轴的旋转方向改变，所以在展成运动传动链调整时，要按机床使用说明的规定使用或不使用惰轮。,差动传动链（换置器官为uy）的调整计算如下：a) 找末端件：刀架-工件b) 计算位移：T mm（刀架垂直移动）l r（工件）c) 列运算平衡式：,在差动链中:d) 导出换置公式：,图5-86 螺旋线的展开图,滚刀架的轴向进给丝杠采用了模数螺纹 （3），使平衡式中的得以消去。,（4）刀架快速移动传动链 刀架快速移动主要用于调整机床、加工时刀具快速接近或退离工件。,（1）主运动传动链 电动机主轴（滚刀） 1430115
8、/16521/42i A / B 28/28 28/28 28/2820/80=n刀 i 三种传动比； A / B 三种传动比。,（2）展成运动传动链 滚刀转1r工件转K/z r 180/2028/2828/2828/28 42/56i合成e/fa/bc/d 1/72=K/z 滚直齿轮时，u合成1,（3）进给传动链 工件转1 r刀架移动mm 172/12/2539/39 a1/b1 23/69 i 2/253=f,（4）滚斜齿轮时的差动链 刀架移动L 工件转1r L 1/(3)25/22/25 a2/b2c2/d2 36/72 i合成e/fa/bc/d 1/72=1 滚斜齿轮时， i合成2,（
9、5）径向进给法滚切蜗轮传动链 用径向进给法滚切蜗轮时，主运动传动链和展成运动传动链与滚切直齿轮时的相同。其不同点在于所用的刀具为蜗轮滚刀，滚刀心轴水平安装，滚刀刀架不作垂直进给，而用刀具或工件的径向移动实现径向进给运动。,（6）Y3150E型滚齿机的典型结构,滚刀的串刀机构 主轴轴承间隙调整工作台,Y 3150 E型滚齿机的滚刀箱及刀具主轴,例2.6 用高速钢单头滚刀（型）滚切7级精度、表面粗糙度为Ra 2.5的钢质齿轮，已知滚刀的直径de=100mm，头数k=1，模数m=3mm，孔径D=32mm，齿轮的齿数Z工件=63，模数m=3mm，试确定：（1）滚刀主轴的转速；（2）展成挂轮a、b、c、
10、d的齿数；（3）滚刀架的进给量f。,解：（1） 根据齿轮加工工艺守则（JB/9168.9-1998），模数在20mm以下，采用粗滚和精滚各一次，粗切后齿厚留0.501.00mm的精滚余量；模数在20mm以上，滚切次数采用粗滚、半精滚和精滚各一次，粗滚全齿深的7080，半精滚后齿厚留1.001.50mm的精滚余量。根据“齿轮与花键加工切削用量”，粗加工的切削速度vc=29 m/min；精加工的切削速度vc=38m/min。,粗加工时滚刀的理论转速 r/min。 精加工时滚刀的理论转速 r/min。,粗加工时滚刀的理论转速=92 r/min，由表2.12知道，它在机床滚刀主轴转速100和80 r/
11、min之间，为了不降低刀具的耐用度，粗加工时滚刀主轴的转速取80 r/min；精加工时滚刀的理论转速=121 r/min，在机床滚刀主轴转速125和100 r/min之间，取100 r/min。滚刀的实际转速选取机床上接近理论转速的较低一级转速。,（2） 因为Y3150E型滚齿机备有的挂轮齿数分别为：20、20、23、24、24、25、26、30、31、32、33、34、35、36、36、37、40、41、43、45、45、46、47、48、48、50、52、52、55、57、58、59、60、60、61、62、65、67、70、71、73、74、75、77、79、80、82、83、85、86
12、、89、90、92、94、95、97、98、100，所以在调整机床展成运动传动链时，选用的挂轮必须是机床备有的。,根据Y3150E型滚齿机展成运动传动链的调整计算换置公式，将滚刀的头数和被加工齿轮的齿数代入式中，若被加工齿轮的齿数在机床备有挂轮齿数中没有，可采用公约数分解的形式进行试凑，直到分解为机床备有的挂轮齿数形式为止，即,挂轮a=20、b=35、c=24、d=36就是调整计算的结果，正确的结果还可能有多种。若被加工齿轮的齿数在上列齿数之中，其调整计算就十分方便，如45齿的齿轮，则 （3）根据“齿轮与花键加工切削用量”，粗加工进给量f=2.12.7mm/r；精加工进给量f=0.70.9mm
13、/r。根据表2.13，在本机床选取粗加工进给量f=2.50 mm/r；精加工进给量f=0.87 mm/r。,5.4.4 其它齿轮加工机床（1）插齿机 5章录象插剃磨齿.rm,应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。, 插齿原理,主运动：插齿刀上下往复运动，插斜齿轮时插刀主轴在螺旋导轨上运动；展成运动：插齿刀与齿坯按一定速比转动；让刀运动； 径向进给运动；,插齿机传动原理图,14 主传动链,48 圆周进给传动链,811展成传动链,Y 5132型插齿机的用途及外形,图5-91 Y 5132型插齿机,Y 5132型机床主要用来粗、精加工外啮合或内啮合的直齿圆柱齿轮、双联和多联的齿轮。,Y 5132型插齿机的传动系统图,（2）磨齿机 多用于淬硬齿轮的齿面精加工，63级精度。 磨齿机分两大类：成形法磨齿和展成法磨齿,展成法磨齿分：连续磨齿(砂轮为蜗杆形)分度磨齿(砂轮有碟型、大平面型、锥形，利用齿条和齿轮啮合原理),图5-93成形砂轮磨齿的工作原理,插齿、剃齿、磨齿,
