第四章齿轮加工机床

1. 第四章齿轮加工机床 主讲教师：李波

2. 本讲概要 • 齿轮加工机床的用途、类型和加工原理。 • 滚齿机的加工原理、加工直齿和斜齿圆柱齿轮时的运动及传动原理，运动合成机构的工作原理、调整及传动比计算。 • 典型滚齿机Y3150E传动系统分析及传动链的调整计算 • 滚刀安装角，工件运动方向的确定与调整。加工齿齿大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整原理 • 插齿机的加工原理、运动与传动原理。 • 锥齿轮加工机床的工作原理。

3. §4.1 概述 一、齿轮加工方法与加工机床 （一）齿轮加工方法 按轮齿成形原理分两大类： 提高效率用推刀或拉刀 1.成形法 成形法是利用与被加工齿轮的齿槽断面形状一致的刀具，在齿坯上加工出齿面的方法。成形铣削一般在普通铣床上进行，如图所示。铣削时工件安装在分度头上，铣刀旋转对工件进行切削加工，工作台作直线进给运动，加工完一个齿槽，分度头将工件转过一定角度，再加工另一个齿槽，依次加工出所有齿槽。当加工模数大于8mm的齿轮时，采用指状铣刀进行加工。铣削斜齿圆柱齿轮必须在万能铣床上进行。铣削时工作台偏转一个角度，使其等于齿轮的螺旋角β工件在随工作台进给的同时，由分度头带动作附加旋转运动而形成螺旋齿槽。 加工精度和生产率较低，适于单件小批生产

4. 2.展成法 展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮副(齿条一齿轮或齿轮一齿轮)中的一个制作为刀具，另一个则为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而展成切出齿廓。 在滚齿机上滚齿加工的过程，相当于一对交错轴斜齿轮互相啮合运动的过程，只是其中一个斜齿轮的齿数极少，且分度圆上的螺旋升角也很小 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。

5. 二、齿轮机床的类型及其用途 圆柱齿轮加工机床主要有：滚齿机、插齿机、剃齿机、衍齿机和磨齿机等。 滚齿机——主要用于加工直齿、斜齿圆柱齿轮和蜗杆 插齿机——主要用于加工单联及多联的内、外直齿圆柱齿轮 剃齿机——主要用于淬火前的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工 衍齿机——主要用于对热处理后的直齿和斜齿圆柱齿轮的齿廓精加工，衍齿对齿形精度改善不大，主要是降低齿面的表面粗糙度 磨齿机——主要用于淬火后的圆柱齿轮的齿廓精加工 圆锥齿轮加工机床主要有：加工直齿锥齿 轮的刨齿机、铣齿机、拉齿机，加 工弧齿锥齿轮的铣齿机、拉齿机、磨齿机等。

6. §4.2 滚齿机 一、滚齿原理 滚齿加工是由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来的。将其中一齿轮齿数减少到一个或几个，螺旋角β增大很大，就成了蜗杆。再将蜗杆开槽铲背成为齿轮滚刀。 齿轮滚刀作旋转运动。工件轮坯按一对交错轴斜齿轮啮合传动关系配合滚刀一起转动，在齿坯上滚出齿槽，形成渐开线齿面。 滚齿时齿廓成形方法是范成法，成形运动是滚刀旋转和工件旋转组成的复合运动，这就是范成运动。滚刀与工件之间必须保持严格的相对运动关系：滚刀转过一转时，工件相应转过K/Z转（K为滚刀头数，Z为工件齿数）。

7. 1．加工直齿圆柱齿轮的运动和传动原理 滚齿机运动分析 主运动—滚刀旋转运动；电机—1—2—Uv—3—4—滚刀 展成(啮合)运动—齿坯与滚刀按一定速比转动；滚刀（B11）—4—5—Ux —6—7—工件（B12） 进给运动—滚刀沿齿坯轴向运动。工件—7—8—Uf—9—10—刀架丝杆

8. 1.加工直齿圆柱齿轮时的运动分析 （1）主运动B11 电机—1—2—uv—3—4—滚刀 uv为主运动传动比。 （2）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) 内传动链为： 滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯 ux为啮合运动传动比。 （3）进给运动A2 齿坯—7—8—uf—9—10—刀架 升降，uf为进给运动传动比。 （4）滚刀的安装 滚刀螺旋升角为λ0， 加工直齿时，滚刀轴线 与齿坯端面倾斜δ角， 称为安装角。 δ =λ0 右旋滚刀如图左旋相反

9. 2．加工斜齿圆柱齿轮的运动和传动原理 斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮在端面均为渐开线齿廓，不同之处是：前者齿长形状为螺旋线，后者为直线。因此，滚切斜齿圆柱齿轮时，除了与滚切直齿轮一样，需要主运动、展成运动和轴向进给运动外，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动B22（简称附加运动），而且这两个运动之间必须保持确定的关系：滚刀移动一个工件螺旋线导程S时，工件应准确地附加转过1转。 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图 ms-端面模数 z-工件齿数 β-工件螺旋角

10. 2.加工斜齿圆柱齿轮时的运动分析 （1）主运动B11 电机—1—2—uv—3—4—滚刀 （2）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) 内传动链为： 滚刀—4—5—ux—6—7—齿坯 （3）进给运动A21与B22 (螺旋线) 齿坯B12—7—8—uf—9—10—A21 A21—11—uy—12—7—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

11. 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。

12. （4）滚刀的安装 安装角δ取决于滚刀螺 旋升角λ0 、旋向及齿轮 螺旋角β、旋向。 二者同向时δ= β－λ0 ； 二者反向时δ= β＋λ0 右旋滚刀如图左旋相反 （5）齿坯附加转动的方向 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。

13. 二、Y3150E滚齿机 1.机床的特点及用途 能加工工件最大直径为500mm，最大模数为8. 2.机床的运动分析 在Y3150E传动系统中有主运动、展成运动、轴向进给运动和附加运动4条传动链。另外还有一条刀架快速移动（空行程）传动链。 抓两端—连中间 （1）主运动传动链：电动机→主轴（滚刀） （2）展成运动传动链 滚刀转1r→工件转K/z r （3）进给传动链 工件转1 r→刀架移动mm （4）滚斜齿轮时的差动链 刀架移动L →工件转±1r

14. （4）滚斜齿轮时的差动链 刀架移动L →工件转±1r L ×1/(3π)×25/2×2/25 × a2/b2×c2/d2 ×36/72 ×i合成 ×e/f×a/b×c/d ×1/72=±1 滚斜齿轮时， i合成＝2 （3）进给传动链 工件转1 r→刀架移动mm 1×72/1×2/25×39/39 ×a1/b1 ×23/69 ×iⅩⅡ—ⅩⅢ ×2/25×3π=f （2）展成运动传动链 滚刀转1r→工件转K/z r 1×80/20×28/28×28/28 ×28/28 ×42/56×i合成×e/f ×a/b×c/d ×1/72=K/z 滚直齿轮时，u合成＝1 （1）主运动传动链 电动机→主轴（滚刀） 1430×Φ115/Φ165×21/42 ×iⅡ—Ⅲ × A / B ×28/28×28/28 ×28/28×20/80=n刀 iⅡ—Ⅲ —三种传动比； A / B —三种传动比。

15. 三、滚刀安装角及调整 滚齿时，为了切出准确的直线或螺旋线齿形，应使滚刀和工件处于准确的“啮合”位置，即滚刀在切削点处的螺旋线方向应与被加工齿轮齿槽方向一致，为此，须将滚刀轴线与工件顶面安装成一定的角度，称为安装角，用δ表示，如图8-17所示（图中是按工件在前面，滚刀在后面的位置画的）。

16. §4.3 其它齿轮加工机床 （一）插齿机 应用：加工内齿轮、多联齿轮、扇形齿轮、齿条等。 1. 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；

17. 4～8 圆周进给传动链 2. 插齿机传动原理 1～4 主传动链 8～11展成传动链

18. （二）磨齿机 多用于淬硬齿轮的齿面精加工，6～3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)

19. 插齿、剃齿、磨齿

20. 锥齿轮的加工 􀂾基本原理——一对锥齿轮的啮合传动原理􀂾一个锥齿轮转化为刀具，另一个转化为工件强制它们按一对锥齿轮啮合运动关系作相对运动，范成切出渐开线齿廓转化为刀具的锥齿轮为平面齿轮。

21. 锥齿轮的展成原理

24. 本 讲 结 束