3第一篇机械制造技术装备及设计第三章齿轮机床解析.ppt

第三章  齿轮机床齿轮种类：圆柱齿轮   锥齿轮（直齿、斜齿、弧齿）    常规齿轮加工机床：          圆柱齿轮：滚齿机   插齿机        锥齿轮：    刨齿机   铣齿机      齿轮精加工机床：        剃齿机  珩齿机   磨齿机   数控齿轮加工机床：         采用数控系统，实现复杂的传动联系第一节  齿轮表面的形成•应用广泛的渐开线齿形  •母线：渐开线  导线：直线或螺旋线•渐开线齿廓的形成：            展成（范成）原理   成形刀具1.展成法加工齿轮原理图中齿轮齿条模拟一对渐开线齿轮相互啮合齿条相当于基圆半径无限大的一个齿轮，所以它的齿廓渐开线就变成直线图中将齿条作为刀具，即直线刀刃在运动过程中，直线刀刃的包络线即为形成的齿廓渐开线•齿条刀具的移动A和工件的旋转运动B共同形成齿廓渐开线的运动可见形成齿廓渐开线的运动是由刀具运动A和工件运动B复合而成的单纯的直线移动A和单纯的旋转运动B,称为简单成形运动    • 在形成齿廓渐开线的过程中，它们之间必须维持准确的运动关系，即齿条刀具移过一个齿距时，工件也必须转过一个齿这意味着由运动A和运动B复合成齿廓渐开线的运动时，A、B是不能互相独立的。

在机床传动系统中，这种复合运动由刀具至工件之间具有严格传动比的传动链实现在实际工作中，为了延长齿条刀具的长度，又将齿条转变为蜗杆，蜗杆相当于螺旋角很大的斜齿轮，经开槽并铲背，就形成了齿轮滚刀P41页图1.3-3 齿轮齿条相啮合--复合运动：严格的传动关系         齿条        蜗杆（螺旋角很大的斜齿轮）           开槽、铲背(形成前角、后角)       齿轮滚刀2.成形法        使用与被加工齿轮齿槽形状相同的成形刀具                    盘形铣刀              指状齿轮铣刀•成形法是用与被加工齿轮槽形状相同的成形刀具来切削轮齿为了铣出一定长度的齿槽，需要两个运动：盘形齿轮铣刀的旋转和铣刀沿齿轮坯的轴向移动，两个都是简单运动铣完一个齿槽后，铣刀退回原位，齿轮坯作分度运动，转过360度/Z(Z是被加工齿轮的齿数)，然后再铣下一个齿槽，直到全部齿槽铣削完毕 第二节 滚齿机的传动系统•应用广泛：直齿、斜齿圆柱齿轮，蜗轮•一般为立式布局，如Y3150E一、滚齿机的运动分析和传动系统组成（一）滚切（一）滚切直齿直齿圆柱齿轮圆柱齿轮      传动原理图     下页图为滚直齿的传动原理图，图中标“A”为直线运动、标“B”为旋转运动，滚刀、工件、电机、进给传动的丝杠螺母副及刀架均画成示意简图，而菱形小块则是一种可变传动比的换置器官符号。

 滚切直齿圆柱齿轮传动原理图•1.形成渐开线的运动和传动链形成渐开线的运动和传动链•             在滚刀和工件之间的复合运动，即展成运动•（1）主运动传动链主运动传动链：由电机到滚刀的外联系传动链•   电机－－1－－2－－iv－－3－－4－－滚刀（2）展成传动链•展成传动链展成传动链：            联系滚刀和工件之间的传动链，是一内联传动链（内链）•设：滚刀头数为K，工件齿数为Z，则有：            滚刀转1/K圈     工件转1/Z圈  传动链：  滚刀(B1)－4－5－ix－6－7－工件(B2)•要保证B1和B2之间的严格传动比关系2. 形成导线（直线）的运动和传动链直线导线：滚刀的旋转和滚刀沿工件轴向的竖直进给运动进给传动链：工件每转时刀架的轴向移动量（mm/r）   工件－7－8－ is－9－10－刀架升降丝杠－刀架滚切滚切直齿圆柱齿轮传动链小结：直齿圆柱齿轮传动链小结：两个外链： 主运动传动链          进给运动传动链         功能： （1）实现执行件的简单运动                      （2） 把动力源接通到内链一个内链：  展成运动链         功能：实现执行件之间的复合运动（二）滚切斜齿圆柱齿轮•特点：母线为渐开线齿廓               导线为螺旋线        有左右旋之分•运动实现：       形成母线与直齿相同       形成导线：刀架下降与工件的旋转B3复合成螺旋运动       因原来展成运动已有旋转运动B2，现又有B3，须合成合成为（B2 ＋B3）。

           B3称为附加运动滚切斜齿圆柱齿轮传动原理图滚切直齿圆柱齿轮传动原理图差动传动链在刀架和工件之间的复合运动：        保证刀架直线运动一个螺旋线的导程T时，工件的附加转动为一转         是一个内链刀架－丝杠－12－13－iy－14－15－合成－6－7－ix－8－9－工件合成机构：为一差动轮系 (5＋15)     6滚切圆柱齿轮小结•比直齿时的3个多一个差动传动链，相应地增加一套合成机构•滚齿机设计按照斜齿轮的要求•加工直齿轮时，差动链断开(iy不挂挂轮)，合成机构自由度变2为1，等同于一个联轴器二 、滚刀的安装要求：切削部位滚刀的螺旋线方向与工件              齿长方向一致滚刀螺旋升角：ω   切削部位：K点1.滚直齿时：滚刀轴线绕K点转δ＝ ω2.                          δ称为滚刀安装角2.滚斜齿时：工件螺旋角为β3.                           滚刀安装角 δ＝ β± ω4.滚刀与工件螺旋线方向： 相同－负号5.                                             相反－正号滚刀初始位置及滚直齿滚刀的安装角度右旋滚刀安装图1.10  加工斜齿轮时滚刀的安装角 工件螺旋角安装角滚刀螺旋升角三、Y3150E型滚齿机•主要用途：        直齿和斜齿圆柱齿轮。

刀架垂直进给，可调整角度，工件旋转，也可加工蜗轮•结构组成：图1.3－12•主要技术性能参数主要技术性能参数：           工件最大直径              500mm           工件最大加工宽度      250mm           工件最大模数                  8mm           工件最小齿数              Z最小＝5 ×K           滚刀主轴转速     刀架轴向进给量滚齿机传动系统图•传动系统图：是传动原理图的具体化                           由若干条传动链组成•分析传动链的步骤：           1.找出两端的末端件和传动路线中的所有传动件；           2. 确定计算位移、运动平衡方程式；           3. 求解换置式•换置目的：          外链：实现执行件的变速          内链：保证两端执行件的严格传动比关系 图1.9 Y3150E型滚齿机图1.9 Y3150E型滚齿机 工作台 床身立柱刀架溜板刀杆刀架体支架心轴后立柱Y3150E滚齿机（一）滚切（一）滚切直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮的传动链及其换置的传动链及其换置1.主运动传动链主运动传动链Y3150E滚齿机2.         (1)两个末端件         电机－－滚刀3.      （2）传动单元     变速箱中的滑移齿轮组     4.                                     箱外挂轮A.B5.                                     其它定比传动6.                        换置器官：前两个单元构成7.                           iv =  i变速箱×（A / B)（3）计算位移    Y3150E滚齿机           电机 n （r/min) －－n (r/min)滚刀(4) 运动平衡式1430 ×(115/165) ×(21/42) × i变速箱×(A/B) ×(28/28) ×(28/28) ×(28/28) ×(20/28) = n刀（5）换置公式   iv ＝ i变速箱×(A / B)= n刀/(124×583)选取：先选n刀,求iv,确定i变速箱及挂轮齿数2、展成运动链 Y3150E滚齿机（1）两个末端件：   滚刀            工件（2）传动单元：          三个：合成机构     展成挂轮   其它定比传动                                       M1使合成机构相当于一个联轴器                                                        i合成 = 1             展成挂轮    ix=(a / b) ×(c / d)（3）计算位移：              滚刀： 1/K 转           工件：1/Z工转（4）运动平衡式 Y3150E滚齿机1/K ×(80/20) ×(28/28) ×(28/28) ×(28/28)  ×(42/56) ×I合成×(e/f) ×(a/b) ×(c/d) ×(1/72) = 1/Z工（5）换置公式：    ix=(a / b) ×(c / d)= (24 K f )/( Z工 e)      e , f ：结构挂轮，根据被加工齿轮齿数选取，书中P47中部。

结构挂轮作用：        调节ix值，当Z工/K变化时保持稳定3、进给运动传动链 Y3150E滚齿机（1）两个末端件：  工件（工作台）---刀架（2）传动单元：进给箱中滑移齿轮组                                    箱外挂轮a1,b1     其它定比传动          换置器官        if=(a1 / b1) × i进给箱（3）计算位移：1r(工作台1转)--f(刀架下移mm)（4）运动平衡方程式：1 ×(72/1) ×(2/25) ×(39/39) ×(a1/b1) ×(23/69) × i进给箱× (2/25)×3=f(5) 换置公式 if=(a1 / b1) × i进给箱=f / 0.4608 二、滚切斜齿圆柱齿轮的传动链及其装置特别之处：       多一差动传动链，合成机构工作差动传动链：(1)两个末端件：    刀架---工件(2)传动单元：(3)                           合成机构   差动换置器官(4)                           展成链换置器官    定比传动(5)(3) 计算位移：(6)             T (mm)(导程）---1转(工件)Y3150E滚齿机(4) 运动平衡式： Y3150E滚齿机(T/3π)×(25/2) ×(2/25) ×(a2/b2) ×(c2/d2) ×(36/72) ×I 合成×(e/f) ×ix ×(1/72)=1r(工件)•T:  被加工斜齿轮螺旋线导程         T = (m端Z工) / tgβ = (m法Z工) / sinβ •3π：丝杠导程   抵消 T 中的无理因子π（5）换置公式       iy=(a2/b2)*(c2/d2)=9*sin β /(mK)合成机构结构图（三）径向进给法滚切蜗轮•径向靠手动进给•其它与滚切直齿相同（四）刀架快速移动的传动路线用途：调整机床   滚刀快速接近工件   退刀实现：切断原进给链，接入快速移动电机传动路线： Y3150E滚齿机       快速电机－快速电机－13/26－－ 2/25－刀架轴向进给丝杠－刀架－刀架轴向进给丝杠－刀架四、插 齿 机•用途：内、外啮合的直齿、斜齿圆柱齿轮                特别是内齿轮和多联齿轮，不能加工蜗轮•加工原理：展成原理•刀具：插齿刀 －－特殊的 “齿轮  ”               模数与压力角相同于被加工齿轮    铲背   前角•运动：对滚展成    上下往复   径向进给               让刀运动     附加转动（插斜齿轮）•特点：效率相对降低   精度一般•发展：高速插齿机插齿机 Y5132型插齿机床身立柱刀架插齿刀工作台挡块第三节 锥齿轮加工机床一、锥齿轮的类型及其加工原理1、齿形及其分类：           收缩齿             等高齿2、加工原理成形法：单片铣刀或指状铣刀在卧式铣床上加工                 加工近似，精度不高，较少采用展成法：相当一对啮合的锥齿轮平顶齿轮：加工收缩齿锥齿轮时用，假想齿轮，顶面为平面，节锥角<90度    平面齿轮：加工等高齿锥齿轮时用，节锥为平面平顶齿轮和平面齿轮二、锥齿轮加工机床的工作原理1、直齿锥齿轮刨齿机       图1.3－19应用平面齿轮与直齿锥齿轮的啮合原理。

背锥母线长度无穷大，相当于齿条，廓形为直线用两片刨刀代替平面齿轮齿槽的两个侧面，与齿坯按啮合关系作展成运动，加上刨刀的径向进给，切出一个齿分度运动可以实现其它齿的加工•下页图为直齿锥齿轮铣齿机，它利用了平面齿轮与直齿锥齿轮的啮合原理，由于平面齿轮背锥母线长度为无限大，相当于齿条，因此任意截面上的齿形都是直线用铣刀做平面齿轮的向心运动，就可以加工出直齿锥齿轮的一个齿，加工完一个齿进行分度后再加工另一个齿直齿锥齿轮铣齿机•2、弧齿锥齿轮铣齿机的工作原理•刀具：端面刀盘代替弧齿平面齿轮到一个齿•运动：展成运动    分度运动    见图1.3－20•图1.48为弧齿锥齿轮铣齿机，其加工原理与直齿基本相同不过这时用一个端面刀盘代替弧齿平面齿轮的一个齿，在机床的展成运动机构与被加工齿轮作相对滚动中就可以加工弧齿锥齿轮的齿槽或齿槽的一面，加工完一个齿后进行分度，再加工另一个齿弧齿锥齿轮铣齿机第四节  数控齿轮机床1.数控滚齿机数控滚齿机特点：   （1）滚刀旋转与工件回转等均用伺服电机；   （2） 展成运动联系等由数控系统实现优点：    （1）运动关系简明   传动链极短         （2）误差小    加工精度高    （3）具有柔性柔性：不再进行计算    使用挂轮数控滚齿机二、数 控 插 齿 机•四个电机分别驱动：        1个直流电机－－主运动，上下往复     3个伺服电机－－展成运动，进给运动•让刀机构：           让刀凸轮    让刀楔铁•特点：             传动系统简明        精度高             可加工非圆齿轮、扇轮等数控插齿机三、数控弧齿锥齿轮铣齿机•格里森公司•六轴联动：            三个直线坐标：X  Y  Z            工件回转运动：A            工件的摆动：B            刀盘回转运动：C优点：具有柔性    加工精度高数控弧齿锥齿轮铣齿机数控锥齿轮铣齿机 •8 8 6。