表6－10齿轮机构的类型齿轮机构的应用既广，类型也多，根据一对齿轮在啮合过程中传动比是否恒定，可将齿轮机构分为两大类，即定传动比传动的齿轮机构。变传动比传动的齿轮机构。因为在这种齿轮机构中的齿轮一般是非圆形的，所以又称非圆齿轮机构。......
2023-06-26
齿轮加工机床类型及应用简介
【摘要】：精加工机床主要包括剃齿机、珩齿机及各种圆柱齿轮磨齿机等。锥齿轮加工机床除加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机和加工弧锥齿轮的铣齿机外，还有加工齿长方向为摆线或渐开线和外摆线或标准渐开线的铣齿机以及精加工机床。此外，锥齿轮加工机床包括加工锥齿轮所需的倒角机、淬火机、滚动检查机等设备。传动链的两端件是滚刀与工件，两者应准确地保持一对啮合齿轮的传动比。
1.齿轮加工机床的类型及应用
（1）圆柱齿轮加工机床。根据所用刀具和加工方法的不同，圆柱齿轮加工机床主要有滚齿机、插齿机、铣齿机等。精加工机床主要包括剃齿机、珩齿机及各种圆柱齿轮磨齿机等。此外，还包括齿轮倒角机、齿轮噪声检查机等。
（2）锥齿轮加工机床。锥齿轮加工机床除加工直齿锥齿轮的刨齿机、铣齿机和加工弧锥齿轮的铣齿机外，还有加工齿长方向为摆线或渐开线和外摆线或标准渐开线的铣齿机以及精加工机床。此外，锥齿轮加工机床包括加工锥齿轮所需的倒角机、淬火机、滚动检查机等设备。
2.Y3150E 型滚齿机
Y3150E 型滚齿机适用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，并可用于手动径向进给加工蜗轮，也可以加工花键轴。
（1）机床主要技术参数。
加工齿轮最大直径 500 mm
加工齿轮最大宽度 250 mm
加工齿轮最大模数 8 mm
加工齿轮最少齿数 5K （K 为滚刀头数）
允许安装最大滚刀尺寸（直径×长度）160 mm×160 mm
（2）机床的主要组成部件。图3-99所示为Y3150E 型滚齿机外形，主要由床身、立柱、刀架溜板、刀杆、滚刀架、支架、后立柱、工件心轴、工作台等部件组成。其中刀架溜板可沿立柱上的导轨做垂直方向的进给和快速移动；刀架连滚刀一起，可绕自己的水平轴线偏转以调整滚刀的安装角；工件安装在工作台的心轴上，随同工作台一起回转；后立柱和工作台装在同一溜板上，可沿床身水平导轨移动，以调整工件的径向位置或做径向进给。后立柱上的支架可沿导轨上下移动，借助轴套或顶尖，支承心轴的上端，以增加心轴的刚度。
图3-99 Y3150E 型滚齿机外形
1—立柱；2—刀架溜板；3—刀杆；4—滚刀架；5—支架；6—工件心轴；7—后立柱；8—工作台；9—床身
（3）机床的传动系统。图3-100所示为Y3150E 型滚齿机传动系统。
Y3150E 型滚齿机能实现下列运动。
①主运动。主运动是滚刀的旋转运动。传动链的两个端件是电动机和滚刀。
电动机（4 kW，1 430 r/min）经带轮传动给变速箱，再通过挂轮使滚刀获得9 种转速（40～250 r/min）。
②展成运动，即滚刀与工件之间的啮合运动。传动链的两端件是滚刀与工件，两者应准确地保持一对啮合齿轮的传动比。设滚刀头数为k，工件齿数为z，则当滚刀转1 转时，工件应转k/z 转。
③垂直进给运动，即滚刀沿工件轴线方向的移动。传动链的两端件是工作台与刀架溜板。传动关系是：工作台旋转，刀架溜板带动滚刀沿工件轴线垂直进给（12 级，0.4～4 mm）。
④附加运动。滚切斜齿圆柱齿轮时的附加运动传动关系是：滚刀移动量为工件的导程T时，工件应附加±1 转。
⑤刀架快速升降运动。启动刀架快速升降电动机，经过链轮、蜗杆蜗轮副传动丝杠螺母机构，带动刀架快速升降，用于调整刀架的位置及快进、快退。此外，在加工斜齿圆柱齿轮时，还可用于检查工作台附加运动的方向是否正确。
另外应该注意的是，在加工斜齿圆柱齿轮的整个过程中，展成运动链和附加运动链都不能脱开，否则将会出现乱牙、工件被破坏以及刀具或机床损坏等现象。
（4）加工直齿圆柱齿轮的调整计算。
①主运动传动链。主运动传动链的两端件及其运动关系是：主电动机1 430 r/min—滚刀主轴n刀 （r/min）。其传动链的运动平衡方程式为
由上式简化可以得到主运动传动链变速机构uv的计算公式
式中 n刀——滚刀主轴转速（r/min）；
uⅡ—Ⅲ——轴Ⅱ上轴Ⅲ之间三联滑移齿轮变速组的三种传动比，分别为27/43、31/39、35/35；
A/B——主运动传动链挂轮齿数比，共三种，即22/44、33/33、44/22。
很显然，滚刀的转速n刀确定后，就可算出uv的数值，并由此决定变速箱中滑移齿轮的啮合位置和挂轮的齿数。反之，变速箱中滑移齿轮的啮合位置和挂轮的齿数确定后，就可算出滚刀的转速n刀。滚刀共有如表3-21所示的9 种转速。
表3-21 滚刀主轴转速
②展成运动传动链。展成运动传动链的两端件及其运动关系是：滚刀转1 转，工件相对于滚刀转k/z 转，其传动链的运动平衡方程式为
式中 u合——合成机构的传动比，用于滚制直齿齿轮时，合成机构用离合器M1，故u合=1；
——换置机构。
上式简化可得到
式中 
挂轮用于工件齿数z 在较大范围内变化时，对挂轮的数值起调节作用，使其数值适中，便于选取挂轮
的齿数和安装挂轮。根据
值，挂轮e，f 可以有如下选择：当5≤
≤20 时，取e=48，f=24；当21≤
≤142 时，取e=36，f=36；当143≤
时，取e=24，f=48。
③轴向进给运动传动链。轴向进给运动传动链的两端件及其运动关系是：工件转1 转，由滚刀架带动滚刀沿工件轴向移动1 个进给量f （mm）。其传动链的运动平衡方程式为
将上式整理得到换置公式
式中 f——轴向进给量（mm/r），根据工件材料、齿轮加工精度及表面粗糙度等条件选定；uⅩⅦ-ⅩⅧ——进给箱中轴ⅩⅦ—轴ⅩⅧ之间的滑移齿轮变速组的三种传动比，分别为
、
和
；
a1/b1——轴向进给运动挂轮齿数比，共有四种，即
和
。
当轴向进给量f 值确定后，可从表3-22中查出进给挂轮齿数和进给箱中滑移齿轮啮合位置。
表3-22 轴向进给量及挂轮齿数
（5）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算。当滚切斜齿圆柱齿轮时，除了与滚切直齿圆柱齿轮一样，需要主运动、展成运动和轴向进给运动外，为形成螺旋齿形线，在滚刀做轴向进给运动的同时，工件还应做附加运动，而且两者必须保持确定的关系：滚刀轴向移动工件螺旋线1 个导程L 时，工件应准确地附加转1 周。所以加工斜齿圆柱齿轮时，机床必须具有四条相应的传动链。
必须指出，在加工斜齿圆柱齿轮时，展成运动和附加运动将两种不同要求的旋转运动同时传给工件。在一般情况下，两个运动同时传到一根轴上时，运动要发生干涉。为了防止发生这种干涉，在滚齿机上专门设有运动合成机构，可把这两个任意方向和大小的运动合成为一种运动。加工斜齿圆柱齿轮时，安装长爪离合器空套在套筒上，此时，展成运动中，合成机构的传动比u合1=-1；附加运动中，合成机构的传动比u合2=2。
根据加工斜齿圆柱齿轮时的运动，可从图3-100中找出各运动的传动链，并进行运动的调整计算。
①主运动传动链。加工斜齿圆柱齿轮时，主运动传动链的调整计算与加工直齿圆柱齿轮时的完全相同。
②展成运动传动链。加工斜齿圆柱齿轮时，虽然展成运动与加工直齿圆柱齿轮时相同，但因运动合成机构用M2离合器，其传动比为u合1=-1，代入后得展成运动传动链换置公式
式中的负号说明由于加工斜齿圆柱齿轮时展成运动传动链中轴Ⅹ与轴Ⅸ的转向相反，因此，在调整展成运动挂轮时，必须按机床说明书规定配加惰轮。
③轴向进给运动传动链。加工斜齿圆柱齿轮时，轴向进给运动传动链及其调整计算和加工直齿圆柱齿轮时相同。
④附加运动传动链。在加工斜齿圆柱齿轮时，工件附加运动传动链的运动平衡方程式为
式中 L——被加工齿轮螺旋线的导程，L=πmnz/sinβ；
——展成运动传动比，
；
u合2——运动合成机构在附加运动传动链中传动比，u合2=2。化简可得到附加运动的挂轮计算公式为
式中 β——被加工齿轮的螺旋角；
mn——被加工齿轮的法向模数；
k——齿轮滚刀头数。
上式中的“±”表示工件附加运动的旋转方向，它取决于工件的螺旋线方向和滚刀架进给运动的方向。附加运动与展成运动的转动方向相同取“+”号，相反取“-”号。在计算挂轮齿数时，可不考虑“±”值，但在安装附加运动挂轮时，应按机床说明书规定配加惰轮。附加运动传动链是形成螺旋齿形线的内联系传动链，其传动比数值的精确度影响着齿轮的齿向精度，所以挂轮传动比应配算精确。但是，附加运动挂轮计算公式中包含无理数sin β，故往往无法配算准确。实际选配的附加运动挂轮传动比与理论计算的传动比之间的误差，对于8 级精度的斜齿轮，要准确到小数点后第四位数字；对于7 级精度的斜齿轮，要准确到小数点后第五位数字，才能保证精度标准中规定的齿向精度。
附加运动的挂轮计算公式中，不包含工件齿数z。一对啮合的斜齿轮，其模数相同，螺旋角绝对值相等，当用同一把滚刀加工时，可用相同的附加运动挂轮，由于其所产生的螺旋角误差相同，故可使它们获得良好的啮合。
值得注意的是，在一个斜齿圆柱齿轮的加工过程中，展成运动传动链和附加运动传动链都不能断开，否则将会使工件产生乱齿及斜齿齿形被破坏等现象，并有可能造成刀具及机床损坏。
（6）滚刀架的快速移动。利用快速电动机可使滚刀架做快速升降运动，以便调整滚刀位置及在进给前后实现快速前进和快速后退。此外，在加工斜齿圆柱齿轮时，启动快速电动机，可经附加运动传动链带动工作台旋转，以便检查工作台附加运动的方向是否正确。滚刀架快速运动请参见图3-100。
在Y3150E 型滚齿机床上，启动快速电动机前，必须先用操纵手柄将轴ⅩⅧ上的三联滑移齿轮移到空挡位置，以断开轴ⅩⅦ和轴ⅩⅧ之间的传动联系（见图3-100）。为了确保操作安全，机床上设有电气互锁装置，以保证当操作手柄放在“快速移动”的位置时才能启动快速电动机。
3.插齿机
展成法插齿需在专用的齿轮加工机床即插齿机上进行。图3-101所示为插齿机外形。
插齿刀安装在刀架的刀轴上，做上、下往复直线运动和回转运动。刀架可带动插齿刀向工件径向切入。工件安装在工作台中央的心轴上，在做回转运动的同时，随工作台水平摆动让刀。
插齿机插削直齿圆柱齿轮的运动如图3-102所示。
图3-101 插齿机外形图
1—刀具主轴；2—插齿刀；3—立柱；4—工件；5—工作台；6—床身
图3-102 插齿运动
（1）主运动。主运动是插齿刀的上下往复直线运动，其中插齿刀的向下运动为工作行程，向上运动为返回行程。主运动的速度以每分钟往复次数表示，单位为str/min。
（2）分齿运动。分齿运动是插齿刀与工件分别绕自身轴线回转的啮合运动，在分齿运动中，插齿刀往复一次，工件在分度圆上所转过的弧长称为圆周进给量。圆周进给量的大小会影响切削效率和齿面的表面粗糙度。
（3）径向进给运动。径向进给运动时插齿刀每往复一次，刀架带动插齿刀向工件中心径向进给一次，直到插齿刀切至齿的全深后，工件再回转一周，完成全部轮齿的插制。
（4）让刀运动。为了避免插齿刀返回行程中后刀面与工件已加工表面产生摩擦，工件应做离开刀具的让刀运动，而返回行程终了、工作行程开始时，工件应恢复原位。让刀运动由工作台的摆动实现。
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