第13章齒輪加工與齒輪加工機床13.1齒輪加工13.2齒輪加工機床13.1齒

輪

加

工

13.1.1成形法加工

1．成形法加工原理成形法加工齒輪時，刀具的切削刃形狀與被加工齒輪的齒槽橫截面形狀相同。這種成形刀具有單齒廓成形銑刀、多齒廓齒輪推刀及齒輪拉刀。

圖13-1成形齒輪銑刀加工齒輪(a)盤形銑刀加工;(b)指狀銑刀加工

2．成形齒輪銑刀及選用常用的成形齒輪刀具有盤形銑刀和指狀銑刀，如圖13-1所示。用模數(shù)盤銑刀加工齒輪時，齒輪的齒廓精度是由銑刀切削刃形狀來保證的。當加工齒輪模數(shù)、壓力角相同，而齒數(shù)不同時，齒槽形狀各不相同。因此，要加工出準確的齒廓，每一個模數(shù)所對應的每一齒數(shù)的齒輪，就要相應地用一種形狀的銑刀，這將使銑刀的數(shù)量非常多。在實際生產(chǎn)中為減少模數(shù)盤銑刀的數(shù)量，常用一把銑刀加工模數(shù)、壓力角相同，齒數(shù)在一定范圍的齒輪。標準模數(shù)盤銑刀的模數(shù)在0.3～8mm時，每套由8個號銑刀組成；模數(shù)在9～16mm時，每套由15個號銑刀組成。每個刀號所能加工的齒輪齒數(shù)范圍如表13-1所示。

表13-1盤形齒輪銑刀刀號

標準齒輪銑刀的模數(shù)、壓力角和加工齒數(shù)范圍都標記在銑刀的端面上。由于每號銑刀的齒形均按所加工齒數(shù)范圍內(nèi)最少齒數(shù)的齒形設計的，因此，在加工該范圍內(nèi)其它齒數(shù)的齒輪時，就會產(chǎn)生一定的齒廓誤差。單齒廓成形法一般用于單件、小批量生產(chǎn)和修配工作中，加工精度為IT12～IT9級，齒面粗糙度Ra值為6.3～3.2μm的直齒、

斜齒和人字齒圓柱齒輪。

13.1.2展成法加工

1．滾齒原理與齒輪滾刀

1）滾齒原理滾齒是外嚙合圓柱齒輪加工中應用最多的一種切齒方法。圖13-2是用齒輪滾刀加工齒輪的原理圖。滾刀外形酷似蝸桿，沿其軸向開出容屑槽，以形成前刀面及前角，經(jīng)鏟齒和鏟磨，以形成后刀面與后角，如圖13-2(a)所示。由于蝸桿的法向截面近似于齒條形狀，當滾刀旋轉時，就相當于一根齒條在移動。如果被切齒輪與移動齒條互相嚙合并轉動，滾刀切削刃的一系列連續(xù)位置的包絡線就會形成被切齒輪的齒廓曲線，

如圖13-2(b)所示。

圖

13-2滾齒原理示意圖

滾齒的成形運動是由滾刀的旋轉運動和工件的旋轉運動組成的復合運動（B11+B12），為了滾切出全總齒寬，滾刀還應有沿工件軸向的進給運動A2。滾齒的通用性較好，即一把滾刀可加工模數(shù)相同而齒數(shù)不同的直齒輪或斜齒輪。滾齒的加工尺寸范圍也較大，從儀器儀表中的小模數(shù)齒輪到礦山和化工機械中的大型齒輪均可加工。滾齒可用于齒形的粗加工和半精加工，也可用于精加工。當用AA級齒輪滾刀和高精度滾齒機時，可直接加工出7級精度以上的齒輪。滾齒時齒面是由滾刀的刀齒包絡而成，由于參加切削的刀齒數(shù)有限，因而齒面的表面質(zhì)量不高。為提高加工精度和齒面質(zhì)量，宜將粗、精滾齒分開。精滾加工余量一般為0.5～1mm，

且應取較高的切削速度和較小的進給量。

2）齒輪滾刀滾刀實質(zhì)上是一個螺旋齒圓柱齒輪，因其齒數(shù)很少，螺旋角很大，所以外形像一個蝸桿，如圖13-3所示。一般稱滾刀齒數(shù)為頭數(shù)，并以螺旋升角代替螺旋角。滾齒時，

滾刀與被加工齒輪相當于一對空間交錯軸的斜齒輪嚙合。

圖

13-3齒輪滾刀

滾刀雖然形似蝸桿，但作為刀具它必須具有容屑槽和前、后角。沿滾刀縱向開槽以形成容屑槽、前刀面和切削刃。容屑槽方向與滾刀軸線平行的稱為直槽滾刀；容屑槽方向與滾刀齒紋方向垂直的稱為螺旋槽滾刀。滾刀一周的容屑槽數(shù)又稱為滾刀的圓周齒數(shù)。開容屑槽后形成了刀齒的前面和三個切削刃（頂刃和左右側切削刃），如圖13-4所示。各切削刃的后角均需采用鏟齒（或鏟磨）方法形成。鏟齒后頂刃的后面沿齒紋方向呈前高后低；左右兩側刀刃后面均向蝸桿實體方向退縮，刀齒厚度在同一圓柱面上呈現(xiàn)為前寬后窄，從而形成了側刃的后角，如圖13-5所示。

圖

13-4刀齒形狀

圖

13-5滾刀分圓柱展開

2．插齒原理與齒輪插刀

1）插齒原理插齒刀實質(zhì)上是一個端面磨有前角，齒頂及齒側均磨有后角的漸開線齒輪。插削齒輪時，插刀與齒坯相當一對齒輪作無間隙的嚙合運動，同時又沿被加工齒輪軸線方向作高速直線往復運動。插齒刀每往復一次僅切出齒槽中很小的一部分，齒槽的齒面曲線是由插齒刀切削刃多次切削的包絡線所形成的，

如圖13-6所示。

圖

13-6插齒原理

2）插齒刀插齒刀可以加工各種圓柱齒輪，但主要用于不便滾齒(即不方便用齒輪滾刀滾切齒輪)的階梯齒輪、帶臺肩的齒輪、內(nèi)齒輪等。插齒刀的結構形狀根據(jù)被加工齒輪制成盤形、碗形、筒形和帶柄結構等，如圖13-7所示。

圖13-7插齒刀的結構形狀(a）

盤形插齒刀;(b）

碗形插齒刀;(c）

筒形插齒刀;(d）

錐柄插齒刀

插齒刀的幾何角度和齒面如圖13-8所示。插齒刀的齒形面是其側后面。由于切削時需要后角，因此側后面被設計成漸開線螺旋面，左側為右旋漸開螺旋面，右側為左旋漸開螺旋面。插齒刀的齒頂刃的后面設計成圓錐面，以形成齒頂后角。插齒刀的前面被設計成內(nèi)錐面，錐母線與切削基面間的夾角即為齒頂前角。

圖

13-8插齒刀的幾何角度和齒面

13.2齒輪加工機床

齒輪加工機床種類繁多，一般可分為圓柱齒輪加工機床和圓錐齒輪加工機床兩大類。常用齒輪加工機床的組、系代號及主參數(shù)如表13-2所示。本節(jié)主要討論圓柱齒輪加工機床中的滾齒機及插齒機。

表13-2常用齒輪加工機床組、系代號及主參數(shù)

13.2.1滾齒機滾齒機的型號很多，這里主要介紹應用較為普遍的Y3150E型滾齒機。Y3150E型滾齒機是一中型通用滾齒機，主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可以加工蝸輪。機床規(guī)格以最大加工直徑表示。

1．Y3150E型滾齒機的主要技術規(guī)格最大加工直徑500mm最大加工模數(shù) 8mm最大加工寬度 250mm工件最少齒數(shù) Zmin=5×k（滾刀頭數(shù)）主軸孔錐度莫氏5號允許安裝的最大滾刀尺寸(直徑×長度)160mm×160mm滾刀最大軸向移動距離55mm滾刀可換心軸直徑規(guī)格22、27、32mm滾刀主軸轉速(9級)

40～250r/min刀架軸向進給量(12級)

0.4～4mm工作臺每轉主電動機功率、

轉速4kW、

1430r/min

2．Y3150E型滾齒機的組成圖13-9是Y3150E型滾齒機的外形圖。立柱1固定在床身10上，刀架溜板2可沿立柱導軌作垂直移動，刀架體4安裝在刀架溜板2上，可繞自身的水平軸線轉動。滾刀安裝在刀桿3上并隨主軸作旋轉主運動。工件安裝在工作臺8的心軸6上，隨同工作臺一起轉動。后立柱7和工作臺8一起裝在床鞍9上，可沿機床水平導軌移動，用于調(diào)整徑向位置或作徑向進給運動。圖中

5為支架。

圖

13-9Y3150E型滾齒機外形圖

3．Y3150E型滾齒機的傳動

1）傳動系統(tǒng)加工圓柱齒輪除需要滾刀旋轉與工件旋轉復合而成的展成運動外，還需要主運動、軸向進給運動，以及加工斜齒圓柱齒輪時形成螺旋線的附加運動。因此，滾齒機的傳動主要由主運動傳動鏈、展成運動傳動鏈、垂直進給運動傳動鏈、附加運動傳動鏈組成，如圖13-10所示。對于運動較多、傳動復雜的傳動系統(tǒng)，應在認真分析形成表面所需運動的基礎上，確定實現(xiàn)各運動的傳動鏈、各傳動鏈的端件及其運動關系，根據(jù)傳動系統(tǒng)寫出傳動路線表達式，列出運動平衡式，

最后確定其換置公式。

圖

13-10Y3150E型滾齒機傳動系統(tǒng)圖

Y3150E型滾齒機的傳動路線表達式如下:

2）加工直齒圓柱齒輪圖13-11是加工直齒圓柱齒輪的傳動原理圖。從圖中分析可知，加工直齒圓柱齒輪時需要滾刀旋轉主運動、形成漸開線的展成運動和滾刀的垂直進給運動三條傳動鏈。

圖

13-11加工直齒圓齒輪傳動原理圖

（1）主運動傳動鏈。主運動傳動鏈的兩端件是：電動機——滾刀主軸Ⅷ；運動關系是：nD（r/min）—nd（r/min）;運動平衡式是：由上式可得換置公式為

（13－1）

式中:uⅡ-Ⅲ——軸Ⅱ-Ⅲ之間的可變傳動比,共三種：uⅡ-Ⅲ=27/43,31/39,35/35；A/B——主運動變速掛輪齒數(shù)比，

共三種：A/B

22/44,33/33,44/22。

表13-3滾刀主軸轉速

（2）展成運動傳動鏈。展成運動傳動鏈的兩端件是：滾刀主軸——工作臺；運動關系是：滾刀主軸轉一轉時，工件轉K/Z工轉，其中K為滾刀的頭數(shù)，Z工為被切齒輪的齒數(shù);運動平衡式是:運動平衡式中的u合成是合成機構用于滾切直齒輪的傳動比，這時合成機構用離合器M1連接，u合成=1。由上式可得展成運動傳動鏈換置公式為（13-2）

式中的f/e掛輪用于工件齒數(shù)Z工在較大范圍內(nèi)變化時，調(diào)整ux的數(shù)值，以便于選取合適的掛輪。因為在使用單頭滾刀時能加工的最小齒數(shù)為5，最大齒數(shù)為250，所以置換公式中的分子與分母的倍數(shù)會相差過大，勢必會出現(xiàn)小齒輪帶動很大齒輪的現(xiàn)象，或者相反。這種情況對掛輪齒數(shù)的選擇與安裝都不利。根據(jù)被加工齒輪的齒數(shù)，f/e有如下三種選擇：當5≤Z工/K≤20時，取e=48，f=24;當21≤Z工/K≤142時，取e=36，f=36;當Z工/K≥143時，取e=24，f=48。在展成運動傳動鏈中，工作臺旋轉方向由滾刀的螺旋線方向及其轉動方向確定，如圖13-12所示。圖

13-12加工直齒圓齒輪刀具與工件的運動方向

（3）垂直進給運動傳動鏈。垂直進給運動傳動鏈的兩端件是：工作臺——刀架；運動關系是：工作臺轉一轉，刀架垂直進給f；運動平衡式是：

整理上式得換置公式為

（13-3）

3）加工斜齒圓柱齒輪圖13-13是滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖。從圖中分析可知，滾切斜齒圓柱齒輪所需的運動與滾切直齒圓柱齒輪的差別僅在于形成導線的運動不同，直齒的導線為直線，而斜齒的導線為螺旋線。因此，只需要在滾切直齒圓柱齒輪的基礎上，增加滾刀的軸向移動與工件的附加轉動而形成螺旋線的復合運動，就可以滾切斜齒輪。刀架直線移動A21與工件的附加旋轉B22之間是一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，這條傳動鏈稱為附加運動傳動鏈。除此之外，其它的傳動鏈與滾切直齒圓柱齒輪的相同。圖13-13滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖（1）主運動傳動鏈。滾切斜齒圓柱齒輪的主運動與滾切直齒圓柱齒輪相同。（2）展成運動傳動鏈。滾切斜齒圓柱齒輪時的展成運動傳動鏈與滾切直齒圓柱齒輪展成運動傳動鏈相同。但由于滾切斜齒圓柱齒輪時需要運動合成，因而合成機構用離合器M2聯(lián)接，其傳動比u合成

=－1。代入運動平衡式后得換置公式為（13-4）

由于使用合成機構后軸的旋轉方向改變，因此在安裝展成運動傳動鏈的分齒掛輪時，要按機床使用說明書的規(guī)定選用惰輪。

（3）垂直進給運動傳動鏈。滾切斜齒圓柱齒輪的垂直進給運動傳動鏈與滾切直齒圓柱齒輪的相同。由于滾切斜齒圓柱齒輪時，滾刀是沿工件螺旋線齒槽方向進給，因而實際的進給量比垂直進給量略大。所以，在按齒輪模數(shù)、加工要求等選定垂直進給量后，應再乘以修正系數(shù)，見表13-4。

表

13-4進給量修正系數(shù)

（4）附加運動傳動鏈。附加運動傳動鏈是由“滾刀刀架—12—13—uy—14—15—［合成］—6—7—ux—8—9—工作臺”所構成的。它是滾刀刀架的軸向進給運動與工作臺的旋轉運動復合而成，因此，這條傳動鏈是內(nèi)聯(lián)系傳動鏈。傳動鏈中換置機構的傳動比以及是否加惰輪，要根據(jù)工件螺旋線的導程L和旋向加以調(diào)整。滾切斜齒圓柱齒輪時，形成螺旋線的運動是在形成展成運動所需工作臺旋轉的基礎上逐漸加到工作臺中，在時間上是相同的，在空間上要通過同一根軸傳給工作臺。附加運動傳動鏈的兩端件是：滾刀架——工作臺；運動關系是：刀架沿軸向移動一個工件螺旋線導程L時，工件附加轉動±1轉；運動平衡式是：

式中:u合成2——合成機構在附加運動傳動鏈中的傳動比，u合成2=2；

L——被加工斜齒圓柱齒輪螺旋線的導程（ｍｍ），

(其中mn為法向模數(shù)(mm))；

β——被加工齒輪的螺旋角(°)；

——展成運動換置機構的傳動比，

整理上式，得傳動鏈的換置公式為

（13-5）

上式中的“±”號表示工件附加運動的旋轉方向，它取決于被加工齒輪的螺旋方向，如圖13-14所示。當滾刀垂直向下運動時，若加工右旋斜齒圓柱齒輪，工件應作逆時針附加運動；若加工左旋斜齒圓柱齒輪，工件應作順時針附加運動。圖中的虛線箭頭表示工件的附加運動。

圖

13-14加工斜齒圓柱齒輪時刀具與工件的相對運動方向

（5）運動合成機構。在Y3150E型滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，需要通過運動合成機構將展成運動和附加運動合成為工件的運動。圖13-15為Y3150E型滾齒機運動合成機構的工作原理。該機構由模數(shù)m=3mm、齒數(shù)Z=30、螺旋角β=0°的四個弧齒錐齒輪組成，有兩個自由度，運動分別由Zx和Zy輸入，經(jīng)合成后由軸Ⅹ輸出。當加工斜齒圓柱齒輪時，合成機構按圖13-15(a)調(diào)整。在Ⅹ軸上先裝上套筒G，套筒G與軸Ⅹ用鍵連接，再將離合器M2空套在套筒G上，使M2的端面齒與空套齒輪Zy的端面齒及轉臂H端面齒同時嚙合。此時，經(jīng)齒輪Zy傳入的運動通過M2傳遞給轉臂H。圖

13-15Y3150E型滾齒機運動合成機構

根據(jù)行星機構的傳動原理對合成機構進行分析（此處從略）后得出

Ⅹ軸與齒輪套軸Ⅸ的傳動比為

Ⅹ軸與轉臂的傳動比為

因此，在加工斜齒圓柱齒輪時，展成運動和附加運動分別由齒輪套軸Ⅸ和齒輪Zy輸入合成機構，其傳動比分別為u合成1=-1及u合成2=2，經(jīng)合成由Ⅹ軸上的齒輪e傳出。

4）切工齒數(shù)大于100的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪在Y3150E型滾齒機上滾切直齒圓柱齒輪時，展成運動傳動鏈分齒掛輪的換置公式為

（當21≤Z工≤142時）

（當Z工≥143時）

當被加工齒輪的齒數(shù)Z工為質(zhì)數(shù)時，由于質(zhì)數(shù)不能分解因子，因此b和d兩個分齒掛輪中須有一個齒輪的齒數(shù)選用這個質(zhì)數(shù)或它的整倍數(shù)，才能加工出這個質(zhì)數(shù)齒的齒輪。一般滾齒機備有齒數(shù)在100以下的質(zhì)數(shù)齒交換齒輪，對于齒數(shù)為100以下的質(zhì)數(shù)齒齒輪，在加工時都能選到合適的掛輪。但對于齒輪大于100以上的質(zhì)數(shù)齒齒輪，如齒數(shù)為101、103、107、109、113等，

就選不到所需的分齒掛輪。

如前所述，加工直齒圓柱齒輪時，展成運動傳動鏈兩端件的運動關系為:滾刀轉一轉，工件轉K/Z轉。由于Z是大于100的質(zhì)數(shù)，掛輪中沒有合適的齒輪可供選用，因此，先選擇一接近于Z的齒數(shù)Z0調(diào)整展成運動傳動鏈。顯然Z0應是可以利用機床現(xiàn)有掛輪的齒數(shù)。這時展成運動傳動兩端件的運動關系為：滾刀轉一轉，工件轉K/Z0轉。工件運動誤差Δ=（K/Z-K/Z0）轉。為補償這一誤差，可通過附加運動傳動鏈，在工件轉K/Z轉時，通過合成機構使工件再附加轉（K/Z-K/Z0）轉。最終實現(xiàn)滾刀轉一轉，工件轉K/Z轉，從而加工出齒數(shù)為Z的直齒圓柱齒輪。（1）主運動傳動鏈。加工齒數(shù)大于100的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪的主運動與加工直齒圓柱齒輪相同。

（2）垂直進給傳動鏈。加工齒數(shù)大于100的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪的垂直進給運動與加工直齒圓柱齒輪時相同。（3）展成運動傳動鏈。傳動鏈兩端件為：滾刀——工作臺;兩端件的運動關系為：滾刀轉一轉，工件轉K/Z0轉；運動平衡式為

式中:u合成=-1，將其代入上式，得換置公式為

（4）附加運動傳動鏈。傳動鏈兩端件為：工作臺——工作臺;兩端件的運動關系為：工件轉K/Z轉，工件附加轉（K/Z-K/Z0）轉;運動平衡式為

式中:

又

代入上式，

整理后得換置公式為

式中:Z0——所選接近于被加工齒數(shù)Z的數(shù)值，Z與Z0的差值通常為1/50～1/5，可正可負；

f——滾刀垂直進給量（mm/r）。

5）刀架快速移動傳動鏈啟動快速電動機可使刀架作快速升降，用于調(diào)整刀架位置及在進給前后實現(xiàn)快進和快退。此外，在加工斜齒圓柱齒輪時，啟動快速電動機，經(jīng)附加運動傳動鏈傳動工作臺旋轉，以便檢查工作臺附加運動的方向是否正確。刀架快速移動的傳動路線為：快速電動機—13/26—M3—2/25—ⅩⅪ（刀架軸向進給絲杠）。刀架快速移動的方向可通過控制快速電動機的旋轉方向來變換。啟動快速電動機之前，必須先用手柄P3將軸ⅩⅧ上的三聯(lián)滑移齒輪移到空擋位置，脫開軸ⅩⅦ和ⅪⅧ之間的聯(lián)系。為了確保安全，機床設有電氣互鎖裝置，保證只有當操縱手柄放在“快速移動”的位置上時，才能啟動快速電動機。

6）掛輪齒數(shù)的選擇從滾齒機的傳動和調(diào)整計算分析中可知，在滾切圓柱齒輪時，需確定主運動、展成運動、軸向進給運動和附加運動等掛輪的齒數(shù)。其中主運動、軸向進給運動傳動鏈屬外聯(lián)系傳動鏈。由于其掛輪的傳動比只確定滾刀旋轉的快慢和進給量大小，僅影響滾刀的耐用度及輪齒表面的粗糙度，幾乎不影響漸開線齒形和輪齒的分布，因此，在選擇主運動掛輪和軸向進給掛輪時允許取近似值。

展成運動屬于復合運動，實現(xiàn)這個運動的傳動鏈為內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，其掛輪傳動比的誤差將影響漸開線齒形和輪齒的分布，所以，展成運動掛輪傳動比不允許取近似值。為了在有限個掛輪范圍內(nèi)保證展成運動傳動比的準確性，在調(diào)整過程中，應首先選定展成掛輪。附加運動屬于復合運動的內(nèi)聯(lián)系傳動鏈，其掛輪傳動比直接影響斜齒輪螺旋角的誤差，因此，附加掛輪必須按一定的精度要求進行配算。但是，換置公式有無理數(shù)sinβ，給計算和選配掛輪a2c2/b2d2帶來了困難。由于掛輪個數(shù)有限，齒數(shù)也有一定范圍，因而只能近似配算。實際獲得的附加運動掛輪傳動比與換置公式計算出來的理論傳動比的誤差，對于加工8級精度斜齒輪，要準確到小數(shù)點后第四位數(shù)字；對于7級精度斜齒輪，

要準確到小數(shù)點后第五位數(shù)字。

在Y3150E型滾齒機上，展成運動、垂直進給運動和附加運動三條傳動鏈共用一套配換齒輪，模數(shù)為2，齒數(shù)分別是：20（兩個），23，24，25，26，30，32，33，34，35，37，40，41，43，45，46，47，48，50，52，53，55，57，58，59，60（兩個），61，62，65，67，70，71，73，75，79，80，83，85，89，90，92，95，97，98，100。配算掛輪的方法有查表法和計算法兩類。查表法所得掛輪傳動比的精度不一定能滿足使用要求，但方便可行；用計算法確定掛輪，應將理論傳動比的小數(shù)化成能分解因數(shù)的近似分數(shù)，

再將分子和分母分解為現(xiàn)有掛輪的齒數(shù)。

4．機床的工作調(diào)整

1）滾刀旋轉方向和展成運動方向的確定滾切齒輪時，不僅要解決各傳動鏈兩端件相對運動的數(shù)量關系，即準確地配算掛輪，而且需要確定各運動的方向。圖13-16是滾刀與展成運動旋轉方向的示意圖。在滾刀與被切齒輪作嚙合運動時，滾刀的旋轉方向由滾刀安裝后的前、后刀面的位置所確定。展成運動方向（工作臺旋轉方向）可由以下方法確定：當選用右旋滾刀時，用左手法則判定展成運動方向。其方法是四指表示滾刀的旋轉方向，大拇指所指方向為切削點上齒輪的速度方向，此時工作臺帶動工件逆時針回轉，如圖13-16(a)所示。當選用左旋滾刀時，用右手法則判定展成運動方向。其方法是四指表示滾刀旋轉方向，大拇指所指方向為切削點上齒輪的速度方向，此時工作臺帶動工件作順時針方向回轉，如圖13-16(b)所示。圖

13-16滾刀和展成運動的旋轉方向

2）滾刀安裝角度的確定在滾齒機上滾切齒輪就相當于一對螺旋齒輪的嚙合。為此，滾刀軸線應與齒輪端面傾斜一個γ安角（安裝角）,如圖13-17所示。安裝角γ安可按下式計算：

γ安=βf+λf式中：βf——被切齒輪的螺旋角；

λf——滾刀的螺旋升角。

圖

13-17滾刀的安裝角

3）滾刀的對中為使被切齒輪的兩側面形狀對稱，在安裝滾刀時要對中。對中時，滾刀的前刀面處于水平位置，同時使一個刀齒或刀槽的對稱中心線通過齒坯的中心，如圖13-18所示。滾刀的對中是通過調(diào)整主軸部件的軸向位置來實現(xiàn)的。

圖

13-18滾刀對中

一般對8級以下精度的齒輪，可用試切法對中。即滾刀在齒坯上先切出一圈很淺的刀痕，觀察刀痕的兩側是否對稱，如不對稱，微調(diào)滾刀的軸向位置，再換一個位置試切，直至兩側刀痕對稱為止。對于7級以上精度的齒輪，可用對中架對中，如圖13-19所示。對中時，使用與滾刀模數(shù)相同的對中樣板，調(diào)整滾刀主軸的軸向位置，使得對中樣板緊貼齒槽兩側刀刃即可。

圖

13-19用對中架對中

4）工件裝夾在滾齒加工中，工件的安裝形式很多，它不僅與工件的形狀、大小、精度要求等有關，而且還受到生產(chǎn)批量、裝備條件的限制。最為常用的安裝形式是如圖13-20(a)所示的夾具安裝。其中，1是壓蓋，2是心軸，3是墊圈，4是鋼套，5是底座。在加工較大直徑的齒輪時，一般采用直徑較大的底座，并在靠近加工部位的輪緣處夾緊，如圖13-20(b)所示。圖中E為定位端面。

圖

13-20工件的裝夾

13.2.2插齒機

1．插齒機的組成圖12-21是工作臺移動式插齒機的外形圖。這種插齒機主要由刀具主軸1、插齒刀2、立柱3、工件4、工作臺5、床鞍6和床身7等部件組成。插齒刀安裝在主軸上，作旋轉運動的同時作上下往復移動；工件裝夾在工作臺上，作旋轉運動的同時隨工作臺直線移動，實現(xiàn)徑向切入運動。

圖

13-21插齒機的外形圖

2．插齒機的運動

1）主運動插齒刀的上、下往復運動為插齒主運動，向下為切削運動，向上為退刀運動。電動機M—1—2—uv—3—5—曲柄偏心盤A，是插齒刀的主運動傳動鏈，其中uv是其換置機構，用于調(diào)節(jié)插齒刀每分鐘往復行程數(shù)。

2）展成運動插齒刀—蝸桿蝸輪副B—9—8—10—uc—11—12蝸桿蝸輪副C，是展成運動傳動鏈，其中uc是調(diào)節(jié)插齒刀與工件之間傳動比的換置機構。在加工過程中，為使插齒刀和工件保持一對齒輪的嚙合關系，即在刀具轉過一個齒時，工件也應準確地轉過一個齒。

3）圓周進給運動圓周進給運動是插齒刀的回轉運動，插齒刀每往復行程一次，同時回轉一個角度。曲柄偏心盤A—5—4—6—us—7—8—9—插齒刀主軸套上的蝸桿蝸輪副B，是圓周進給運動傳動鏈，其中us是其換置機構，用于調(diào)節(jié)插齒刀進給量。圓周進給量越小，包絡線密度越大，漸開線齒形的精度越高，刀具負荷也越小，但是生產(chǎn)率也就越低。圓周進給量用插齒刀每往復行程中，刀具在分度圓上轉過的弧長表示，其單位為mm/往復行程。

4）徑向切入運動為了逐漸切至工件的全齒深，插齒刀必須要有徑向切入運動。當徑向切入達到全齒深后，機床便自動停止切入運動，然后工件再旋轉一整轉，即可加工出全部完整的齒面。

5）讓刀運動為了避免插齒刀在回程時擦傷已加工表面和減少刀具磨損，刀具與工件應讓開一段距離；當插齒刀重新開始工作行程時，刀具與工件又應立即恢復原位。這種讓開和恢復原位的運動稱為讓刀運動。由于工作臺的慣量大，讓刀的往復頻度又較高，因而容易引起振動，不利于切削速度的提高。現(xiàn)在大尺寸和一些新型號的插齒機都采用刀具主軸座的擺動實現(xiàn)讓刀運動，可有效減小讓刀產(chǎn)生的振動。上述徑向切入運動及讓刀運動由于不直接參與表面的形成過程，故在圖13-22中未表示出來。

圖13-22插齒機傳動原理圖

3．插齒加工方法插齒機在插削直齒圓柱齒輪時，插齒刀與工件作展成運動的同時，工件相對插齒刀連續(xù)作徑向切入運動，直至全齒深。之后刀具與工件再繼續(xù)對滾，直至輪齒全部切削完畢。這種方法稱為一次切入法。除此之外，也可采用二次或三次切入法。采用二次切入法時，第一次切入量為全齒深的90%，第一次切入結束時，徑向切入停止，工件與插齒刀對滾至工件一轉，完成插齒的粗加工。第二次切入全齒深后，插齒刀與工件對滾至工件一轉，完成插齒的精加工。三次切入法和二次切入法相似，只是第一次切入量為全齒深的70%，第二次切入量為全齒深的27%，

第三次切入量為全齒深的3%。

4．插齒加工與滾齒加工的比較

(1）插齒刀的齒形沒有近似造型偏差，刀齒可通過高精度的磨齒機磨削而獲得精確的漸開線齒形，因此，插齒加工的齒形精度高于滾齒。

(2）插齒加工時，插齒刀沿輪齒全長連續(xù)地切下切屑；而滾齒加工時，滾刀切削刃每次只在輪齒長度方向切出一小段齒形，整個齒長是由滾刀多次斷續(xù)切削而成的。因此，插齒加工獲得的表面粗糙度值較小。

3）插齒加工時，可通過減少圓周進給量來增加形成漸開線齒形包絡線的折線數(shù)量，從而比滾齒更能提高齒形精度及減小表面粗糙度值。

(4）由于插齒刀本身制造時的齒距累積誤差、刀具安裝誤差及插齒工藝系統(tǒng)剛性差等原因，使插齒刀旋轉時會出現(xiàn)較大的轉角誤差。因此，插齒加工的公法線長度變動量比滾齒加工要大些。

(5）插齒加工時，刀具作直線往復運動，使插齒速度的提高受到限制，又由于有空行程，因此一般情況下插齒加工的生產(chǎn)率低于滾齒加工。

(6）插齒加工斜齒輪必須更換成傾斜導軌，輔助時間較長，不如滾切斜齒輪方便。另外插齒也不能加工蝸輪。

13.2.3剃齒、珩齒和磨齒

1．剃齒剃齒常用于對未淬火圓柱齒輪的精加工，生產(chǎn)率較高，是軟齒面精加工應用最廣泛的方法。剃齒精度可達IT8～IT6級，齒面表面粗糙度Ra值可達0.8～0.4μm。

1）剃齒原理剃齒刀實質(zhì)是一個高精度的斜齒圓柱齒輪，不同的是在齒側面開有許多容屑槽，從而形成剃齒刀的切削刃。如圖13-23所示為盤形剃齒刀。剃齒加工時，剃齒刀與被剃齒輪組成一對空間交錯軸的斜齒輪嚙合副，由剃齒刀帶動被剃齒輪作雙面無側隙對滾。在對滾過程中二者沿齒向和齒形方向均產(chǎn)生相對滑移，利用剃齒刀沿齒向開出的鋸齒形刀槽，沿工件齒向切下一層很薄的切屑。剃齒加工時，被剃齒輪安裝在剃齒機工作臺的頂尖間，由剃齒刀帶動其旋轉，同時隨工作臺作縱向往復運動，在每次往復后工作臺作徑向進給運動，如圖13－24所示。圖中1是工件，2是剃齒刀，3是工作臺。在工件的齒面方向因剃齒刀無刃槽，雖有相對滑動，

但卻不起切削作用。

圖

13-23盤形剃齒刀

圖

13-24剃齒原理

2）剃齒刀的選用剃齒刀有盤形、齒條形和加工蝸輪用的蝸桿剃齒刀等幾種，應用最為廣泛的是盤形剃齒刀。剃齒刀的精度分為A、B、C三級，分別加工6、7、8級精度的齒輪。剃齒刀分度圓直徑隨模數(shù)大小有三種：85mm、180mm和240mm，其中分度圓直徑為240mm的剃齒刀應用較普遍。分度圓螺旋角有5°、10°和15°三種，直齒輪加工多選用15°，斜齒輪及多聯(lián)齒輪中的小齒輪加工多選用5°。剃齒刀螺旋角方向有左旋和右旋兩種，

選用時應與被加工齒輪的旋向相反。

一般常用的高速鋼剃齒刀在加工鋼件齒輪時，剃齒刀的圓周速度v0=130～145m/min；工作臺縱向進給量f=0.1～0.3mm/齒輪每轉；工作臺徑向進給量fτ=0.02～0.04mm/雙行程。齒輪的齒厚余量很小，約在0.08～0.18mm之間，一般可在4～6次往復行程內(nèi)被切除。在達到預定值后停止徑向進給，再進行4～6次縱向往復光整行程即可。剃齒一般僅需1～3min便可加工一個齒輪。剃齒刀刃磨一次大約能加工1500個齒輪，一把剃齒刀大約可加工10000個齒輪。

2．珩齒

1）珩齒原理珩齒是齒輪熱處理后的一種光整加工方法。珩齒的加工方法與剃齒