第四节滚齿机插齿机剖析

第一章金属切削机床第四节滚齿机插齿机主要内容一、概述二、滚齿原理三、Y3150E滚齿机四、插齿机一、概述利用专用切削刀具来加工齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床，滚齿机和插齿机是最常用的齿轮加工机床。1、齿轮的分类2、齿轮加工机床的加工原理3、齿轮加工机床的类型及常用加工方法1、齿轮的分类　　　　　　直齿　圆柱齿轮斜齿齿轮　　人字齿　　　直齿　圆锥齿轮斜齿　　　弧齿此外，还有军用的特殊齿轮。2、齿轮加工机床的加工原理按形成齿轮轮齿表面的原理，分为成形法和展成法。（1）成形法采用切削刃形状与被加工齿轮的轮槽形状相吻合的加工方法。其特点是用普通机床即可完成加工，制造成本低；加工精度低和生产效率低，用于单件小批生产或修配。渐开线形状与基圆的关系2、齿轮加工机床的加工原理（2）展成法利用齿轮啮合的原理进行加工。其特点是加工精度高和生产效率高，只要符合齿轮啮合的基本，一把刀可以切出不同齿数的齿轮；设备投资大，适于大批大量生产。3、齿轮加工机床的类型及常用加工方法（1）按被加工齿轮种类分类圆柱齿轮加工机床，常用的有滚齿机、插齿机；锥齿轮加工机床，分为直齿锥齿轮加工机床、曲线齿锥齿轮加工机床等；（2）按切削方法分类滚齿机，是齿轮加工机床中应用最广泛机床，主要用于滚切圆柱齿轮及蜗轮；插齿机，主要用于加工内外啮合的圆柱齿轮；剃齿机，用于滚齿和插齿后的精加工；磨齿机，用于淬硬齿轮的精加工；绗齿机，用于淬硬齿轮轮齿表面的光整加工。二、滚齿原理（一）滚齿原理（二）加工直齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理☆（三）加工斜齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理☆（一）滚齿原理滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿表面的。将一对齿轮副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角增大很多，便成了蜗杆，将其开槽并铲背，即形成齿轮滚刀。迫使齿轮滚刀和齿轮齿坯按一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动的运动关系转动，于是，就在齿坯的齿槽上滚切去一薄层金属，渐开线齿廓包络形成。滚齿时成形运动是滚刀的旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动，称为展成运动，加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，可以切出整个齿长。滚齿原理（二）加工直齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理1、机床的运动和传动原理图2、滚刀的安装1、机床的运动和传动原理图在滚切直齿圆柱齿轮时，把被加工齿轮看作螺旋角等于零的特殊情况。母线——渐开线，展成法形成，复合运动，分解成滚刀旋转和工件旋转；导线——直线，相切法形成，滚刀旋转及直线移动。1、机床的运动和传动原理图根据在切削中所起的作用来称呼其运动（链）：主运动传动链：电动机——滚刀（外联系）换置机构uv用来调整渐开线形成的速度快慢，以适应滚刀的材料、直径和工件的材料、硬度及加工要求的变化。展成运动传动链：滚刀——工件（工作台）（内联系）换置机构ux用来保证滚刀和工件旋转运动之间严格的关系，以适应工件不同的齿轮齿数和滚刀头数不同的变化要求。轴向进给运动传动链：工件（工作台）——丝杠（刀架）（外联系）换置机构uy用来调整进给速度和进给方向的变化，以满足滚刀和工件旋向不同的加工要求。2、滚刀的安装角度滚刀轴线与被切齿轮端面之间呈一定的角度，即安装角δ；δ=ω，ω滚刀的螺旋升角；β+ω=90°，β滚刀的螺旋角；由于滚刀的螺旋升角总是存在的，即滚切直齿圆柱齿轮时，滚刀轴线永远是倾斜的。（三）加工斜齿圆柱齿轮时机床的运动和传动原理1、机床的运动和传动原理图2、滚刀的安装1、机床的运动和传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮时，与加工直齿轮相比，端面齿廓都是渐开线，即母线一样，只是齿长方向不一样，即导线不一样，分别是螺旋线和直线。导线：螺旋线，相切法形成，复合运动，分解成滚刀的直线运动和工件的附加转动。1、机床的运动和传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮时的运动链：主运动传动链：电动机——滚刀（外联系）展成运动传动链：滚刀——工件（内联系）轴向进给运动传动链：工件——丝杠（外联系）附加运动传动链：滚刀架——工作台（内联系）在展成运动传动链和附加运动传动链中都有工作台（工件）旋转，须用一个合成机构将两个运动叠加后传动工件。滚切斜齿时工件附加转动的方向2、滚刀的安装安装角：δ=β±ω；ω：滚刀的螺旋升角；β：被加工齿轮的螺旋角；当旋向相同取“-”；当旋向相反取“+”；滚刀应尽量采用与工件螺旋线方向相同的，可以使安装角较小，减少振动，有利于保证加工精度。滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角三、Y3150E滚齿机（一）机床的用途（二）机床的布局（三）机床的主要技术性能（四）机床的运动及传动分析（一）机床的用途Y3150E滚齿机属中型通用滚齿机，机床的结构形式为工作台移动式。Y3150E滚齿机主要用于滚切直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮，也可以加工蜗轮和花键轴。　（二）机床的布局床身1：支承各部件，使它们保持保持准确的位置；立柱2：用来安装滚刀架，使其沿着导轨可上下移动，能绕着水平轴调整角度；刀架3：安装滚刀，使其和工件形成一对轴线交错的螺旋齿轮啮合状态，实现垂直进给运动；主轴4：安装滚刀并带动其旋转，实现主运动；后立柱8：夹紧工件；与工作台一起可水平移动，调整工件径向位置，作径向进给运动；心轴7：使工件定位；工作台9：安装工件，并带动工件旋转，实现展成运动。　（三）机床的主要技术性能　加工工件最大直径（主参数）500mm　工件最大加工宽度250mm　工件的最大模数　8mm　工件的最小齿数　　5（Z最小=5K滚刀头数）　滚刀主轴转速　　　　9级（40，50，63，80，100，125，160，200，250r/min）　滚刀轴向进给量　　　12级0.4~4mm/r（0.4，0.56，0.63，0.87，1.0，1.16，1.41，1.6，1.8，2.5，2.9，4.0mm/r）　主电机功率、转速4KW，1430r/min（四）机床的运动及传动分析1、加工直齿圆柱齿轮的调整计算2、加工斜齿圆柱齿轮的调整计算Y3150E型滚齿机的传动系统图1、加工直齿圆柱齿轮的调整计算1）主运动传动链（外联系传动链）2）展成运动传动链（内联系传动链）3）轴向进给运动传动链（外联系传动链）4）其它辅助运动传动链1）主运动传动链（外联系传动链）a）找末端件：电动机——主轴b）定计算位移：n电（1430r/min）——n主（r/min）1）主运动传动链（外联系传动链）c）列运动平衡式：1430*φ115/φ165*21/42*{31/39，35/35，27/42}*A/B28/28*28/28*28/28*20/80=n主其中，A/B={22/44，33/33，44/22}d）得换置公式：uV={31/39，35/35，27/42}*A/B=1/1430*165/115*42/21*28/28*28/28*28/28*80/20*n主=n主/124.5832、展成运动传动链（内联系传动链）a）找末端件：滚刀——工件b）定计算位移：1（r）——k/z（r）c）列运动平衡式：1*80/20*28/28*28/28*28/28*42/56*u合成*e/f*36/36*a/b*c/d*1/72=k/z加工直齿圆柱齿轮时，合成机构被封住，即u合成=1；e、f为结构齿轮，用来调节传动比；2、展成运动传动链（内联系传动链）d）得换置公式：ux=a/b*c/d=f/e*24k/zk=1当5<=z<=20时，e=48，f=24；　　　当21<=z<=142时，e=f=36；当z>=143时，e=24，f=48；即ux=（1/2，1，2）*24k/z，由e、f来调节，使ux的分子和分母不会相差太大，便于选择齿轮和安装齿轮。3、轴向进给运动传动链（外联系传动链）a）找末端件：工作台—滚刀架b）定计算位移：1（r）—f（mm）c）列运动平衡式：1*72/1*2/25*39/39*a1/b1*23/69*{39/45，30/54，49/35}*2/25*3π=f其中：a1/b1={26/52，32/46，46/32，52/26}是交换齿轮传动从蜗轮—蜗杆—……丝杠螺母（刀架），分析可以，但实际行不通，蜗杆蜗轮运动不可逆；工作台与螺母固定在一起；3π是丝杠的导程。3、轴向进给运动传动链（外联系传动链）d）得换置公式：uf=a1/b1*{39/45，30/54，49/35}=1/72*25/2*39/39*69/23*25/2*1/3π*f=0.6908ff根据齿坯材料、齿面质量、加工精度及滚削方式等情况而定。4、其它辅助运动传动链刀架快速轴向运动传动链；切入运动；工作台和小立柱一切快速移动；小立柱上的工件心轴支架的移动。2、加工斜齿圆柱齿轮的调整计算仅分析与滚切直齿圆柱齿轮不同的传动链。　　1）展成运动传动链2）附加运动传动链（内联系传动链）3）对附加运动传动链的换置公式的分析1）展成运动传动链滚切斜齿圆柱齿轮时，与滚切直齿圆柱齿轮比唯一的区别是合成机构被打开，这时：u合成=-1；即：输入与输出的星轮转速相同，而转向相反；换置公式：ux=a/b*c/d=-f/e*24k/z只需在e和f之间加一个惰轮即可。2）附加运动传动链（内联系传动链）a）找末端件：滚刀架——工作台b）定计算位移：S（mm）——±1（r）c）列运动平衡式：S*1/3π*25/5*2/25*a2/b2*c2/d2*36/72*u合成*e/f*a/b*c/d*1/72=±1因为：u合成=2；S=m端z/tgβ，m端=mn/cosβ；e/f*a/b*c/d=24k/z；d）得换置公式：uy=a2/b2*c2/d2=±9sinβ/mnK3）对附加运动传动链的换置公式的分析附加传动链的传动比精度影响着斜齿轮的齿向精度，所以a2、b2、c2、d2应配算准确，但是，换置公式中包含无理数sinβ，给配算挂轮带来困难，只能近似配算，通常先配展成链的传动比，再配差动链的；在运动平衡式中既有ux又有uy，即两条传动链有一段公共段，目的是使差动传动链换置公式中不包含z参数，挂轮的传动比与齿数无关，在滚切一对相互啮合的斜齿轮时，可以用同一套挂轮；3）对附加运动传动链的换置公式的分析刀架丝杠（导程）采用模数螺纹t=3，是因为工件齿轮导程中有因子，与运动平衡式中的约掉，使计算简便；通常被加工的是一对相互啮合的斜齿轮，分别是左、右旋的，属于两个不同的运动轨迹，通过改变运动方向来实现加工，即在差动传动链中增加惰轮来改变附加转动的运动方向。四、插齿机插齿机主要用于加工内、外啮合的圆柱齿轮，由于插齿时空刀距离小，所以无法加工带台阶的齿轮、人字齿轮等，插齿机尤其适用于加工内齿轮和多联齿轮。插齿原理☆插齿机加工原理类似一对圆柱齿轮的啮合，即也是按展成法原理来加工圆柱齿轮的。插齿刀是一个磨有角度的齿轮，其模数和压力角与被加工齿轮相同。成形法加工齿轮渐开线形状与基圆的关系展成法加工齿轮滚齿原理滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图滚切直齿圆柱齿轮所需的运动滚切直齿圆柱齿轮时的滚刀安装角滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图滚切斜齿圆柱齿轮的传动链滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动滚切斜齿圆柱齿轮时滚刀的安装角滚切斜齿时工件附加转动的方向Y3150E型滚齿机Y3150E型滚齿机传动系统图螺旋线的展开插齿原理第一章第四节结束