10-1 齿轮加工设备（课件）《机械制造工艺基础》上好课（劳动版·第八版）

《机械制造工艺基础》（劳动版)第八版 上好课—中职专业课 第十章 齿轮加工 10-1 齿轮加工设备 教学目标 知识目标 1.能说出齿轮加工的两种齿形加工原理，并区分其特点。 2.能列举滚齿机、插齿机的主要加工对象和所需的几种运动。 3.能描述齿轮滚刀、插齿刀的结构类型和基本选择方法。 4.能阐述滚齿机加工直齿和斜齿圆柱齿轮时，滚刀安装角的调整方法。 能力目标 1.能够根据齿轮的类型（直齿/斜齿、外齿/内齿、是否多联）正确选择滚齿机或插齿机。 2.能够根据给定条件（滚刀旋向、工件旋向、螺旋角、升角），正确计算滚刀的安装角并判断倾斜方向。 情感目标 1.通过理解精密齿轮的加工过程，感悟精益求精、一丝不苟的工匠精神。 2.培养严谨细致的工程思维和规范操作的安全意识。 教学引入 这些是什么零件？它们起什么作用？ 这些形状复杂、精度要求高的齿轮，特别是齿形，是用什么设备、什么方法加工出来的？ 车床或铣床能直接加工吗？ 知识讲授：齿轮加工概述 常见齿轮类型 01. 直齿圆柱齿轮 齿线为直线，是结构最简单、应用最广泛的齿轮类型。 02. 斜齿圆柱齿轮 齿线呈螺旋形，轮齿逐渐进入和退出啮合，传动平稳、噪音小，重合度大，承载能力强。 03. 直齿锥齿轮 主要用于相交轴之间的传动，轮齿分布在圆锥体表面。 04. 人字圆柱齿轮 是一种用于平行轴间传递动力的机械传动装置。 知识讲授：常见齿轮类型 知识讲授：齿轮加工两阶段 01. 齿坯加工 大多属于盘类工件，经车削完成（精度较高时须经磨削）。 02. 齿形加工 分为成形法和展成法两类。 知识讲授：成形法 图示说明：盘形齿轮铣刀加工齿轮时，铣刀切削刃轮廓与齿轮齿槽轮廓完全吻合，通过铣刀旋转和齿坯进给运动完成加工。 工艺特点：加工方法简单、机床通用；但一把刀具只能加工一种模数、齿数的齿轮，加工精度相对较低。 典型应用：常用于修配或单件小批量生产。 知识讲授：展成法 核心原理：模拟一对齿轮的啮合过程，将刀具设计成齿轮（或齿条）形状，通过刀具与工件的强制啮合运动，在工件表面“包络”出精确的渐开线齿形。 典型工艺：重点掌握滚齿和插齿（常用粗/半精加工）；剃齿、珩齿、磨齿等精加工工艺也基于此原理。 知识讲授：齿轮加工机床 01. 圆柱齿轮加工机床 用于加工工业中最常见的圆柱齿轮，是齿轮加工的基础与核心设备。 代表设备：滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机、磨齿机等。 02. 锥齿轮加工机床 专为锥齿轮设计，用于传递相交轴之间的运动和动力，广泛应用于车辆、船舶差速器等。 典型机型：直齿/弧齿锥齿轮铣齿机等。 知识讲授：滚齿机 加工圆柱齿轮（核心用途） 这是滚齿机最主要的应用领域，能够高效、稳定地加工直齿和斜齿圆柱齿轮，是齿轮制造行业的基础设备。 滚切花键轴 除了齿轮外，滚齿机还可用于加工花键轴类零件，通过专用滚刀实现多键槽的精密成型，保证键齿的分度精度。 滚切蜗轮 利用蜗轮滚刀，滚齿机能够加工出蜗轮轮齿，是蜗杆蜗轮传动副制造中不可或缺的关键工序，确保啮合精度。 知识讲授：滚齿机的主要部件 床身：机床的基础部件。 立柱：安装刀架的主要支承件。 刀架：安装滚刀，实现进给运动的执行部件。 工作台：安装、固定工件，带动其旋转。 支架与后立柱：辅助支撑长工件，提升加工稳定性。 知识讲授：滚齿机的运动 滚齿机的动作分解（1）- 主运动 核心定义：滚刀的旋转运动 (n刀) 主运动是滚刀的高速旋转，是切削中产生切削速度的主要运动形式，也是形成齿轮齿形的原动力。 最基础、关键的运动形式。 知识讲授：滚齿机的运动 滚齿机的动作分解（2）- 展成运动 核心概念：严格的啮合运动 展成运动是滚齿加工的精髓，它模拟一对齿轮的啮合过程。 关键参数 •n工 / n刀：代表工件转速与滚刀转速之比，是展成运动的核心控制参数。 •k / z：k为滚刀头数，z为工件齿数，决定两者相对转动关系。 知识讲授：滚齿机的运动 滚齿机的动作分解（3）- 垂直进给运动 01. 运动定义：滚刀在完成旋转切削的同时，沿着工件的轴线方向做匀速直线移动，是形成齿轮齿宽的主要运动。 02. 进给单位 (f)：通常采用工件每转一圈，滚刀移动的距离来表示，单位为mm/r，该参数决定了加工效率与表面粗糙度。 知识讲授：滚齿机的运动 滚齿机的动作分解（4）- 附加运动 核心应用场景 该运动是滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时必不可少的关键动作，是区别于直齿轮加工的核心特征。 运动产生的本质原因 斜齿轮的齿线为螺旋线，为形成该轨迹，工件在随滚刀完成展成运动的同时，需叠加一个与垂直进给量相匹配的、微小的额外转动。 知识讲授：插齿机 插齿机的应用： 主要用于加工多联齿轮和内齿轮，加附件后可加工齿条。 还能加工非圆齿轮、不完全齿轮和内外成形面（如方孔、六角孔、带键轴等） 知识讲授：插齿机的部件 插齿机的形式： 立式和卧式两种，立式最普遍。立式插齿机有刀具让刀和工件让刀两种形式。 插齿机的主要部件： 刀具主轴、工作台等。 知识讲授：插齿机的运动 （1）- 主运动 & 展成运动 主运动： 插齿刀上下往复运动。切削速度单位m/min， n0=1000v/(2L)。 展成运动： 插齿刀与工件保持一对齿轮的啮合关系（ ）。 知识讲授：插齿机的运动 径向进给运动： 插齿刀每往复一次径向移动的距离。 圆周进给运动： 插齿刀每往复一次回转一个角度。 让刀运动： 为避免擦伤已加工表面，刀具在回程时与工件让开一段距离。新型插齿机通过刀具主轴座的摆动来实现。 （2）- 进给与让刀 知识讲授：齿轮加工刀具 因为齿轮的加工要求各不相同，所以齿轮加工的刀具种类很多 知识讲授：齿轮加工刀具分类 按齿形加工原理分类按齿形加工原理，齿轮加工刀具可分为成形齿轮刀具和展成齿轮刀具两大类。 成形齿轮刀具的切削刃廓形与被切齿轮齿槽的形状完全相同，可直接切出齿轮齿槽的形状，如盘形模数齿轮铣刀和指形模数齿轮铣刀等。 展成齿轮刀具齿形和工件齿形不同，切齿时刀具和工件按准确的传动比做啮合运动(展成运动)，工件齿形是刀具齿形运动轨迹包络而成的，这类刀具有齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀和剃齿刀等。 知识讲授：齿轮加工刀具分类 按被加工齿轮的类型可分为以下几种。 1)加工渐开线圆柱齿轮的刀具:齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、齿轮拉刀、齿条刀等。 2)加工锥齿轮的刀具:加工直齿锥齿轮的铣刀、刨刀、双铣刀盘，加工弧齿和摆线齿锥齿轮的铣刀盘等。 3)加工蜗轮的刀具:蜗轮滚刀、飞刀和蜗轮剃齿刀等。 4)加工非渐开线齿轮的刀具:花键滚刀、花键插齿刀、棘轮滚刀、圆弧齿轮滚刀、链轮滚刀和摆线齿轮滚刀等。 知识讲授：齿轮滚刀 齿轮滚刀的本质： 相当于一个齿数很少（1~3个齿）、螺旋角很大（近似于90°）、螺旋升角很小的蜗杆。本质上是一个圆柱齿轮。 滚刀的结构： 沿轴线开出容屑槽，形成前面和前角；经铲齿铲磨，形成后面和后角。分为整体式、镶片式和可转位式。常用材料为高速钢和硬质合金。 知识讲授：齿轮滚刀 滚刀的基本尺寸参数：外圆直径d、内圆直径D、长度L、容屑槽数。 滚刀的精度等级： 4A、3A、2A、A、B、C、D级。 齿轮滚刀的选择： 法向模数和法向压力角必须与被加工齿轮相同。精加工用单头滚刀，粗加工用多头滚刀。加工精度较低时，滚刀头数应与被加工齿轮齿数互为质数，以免产生大小齿。 知识讲授：插齿刀 插齿刀的主要类型及应用： 盘形插齿刀： 以内孔和支承端面定位，用螺母紧固在机床主轴上，用于加工直齿及大直径的内、外啮合齿轮。 碗形插齿刀： 以内孔定位，夹紧螺母容纳在刀体内，用于加工多联齿轮和带有凸齿的齿轮。 锥柄插齿刀： 带莫氏短锥柄的整体结构，用于有内锥孔的机床主轴连接，主要用于加工内齿轮。 知识讲授：不同齿数的插齿刀 知识讲授：插齿刀 插齿刀的精度等级： AA、A、B级，分别用于加工6、7、8级精度的齿轮。 插齿刀的结构： 每个刀齿上有圆弧形切削刃、两条渐开线切削刃、前面、两个渐开螺旋面的侧面。 知识讲授：插齿刀 插齿刀的选择： 模数m、压力角α和齿高系数h应与被加工齿轮相同。 测量前端面公法线长度，计算变位系数。 进行插齿啮合检验。 知识讲授：滚刀的安装 1 滚刀安装角的定义 （1）滚刀的安装角δ：滚刀轴线与被加工工件端面的夹角。 （2）为了加工出正确的齿形，滚齿时滚刀的轴线必须相对于工件的端面倾斜一定的角度。 知识讲授：滚刀的安装 2 加工直齿圆柱齿轮时的安装角 （1）加工直齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角δ = λ（λ为滚刀的螺旋升角）。 （2）方向： （2.1）用右旋滚刀加工齿轮时：滚刀顺时针旋转到安装角δ = λ，工件逆时针旋转。 （2.2）用左旋滚刀加工齿轮时：滚刀逆时针旋转到安装角δ = λ，工件顺时针旋转。 知识讲授：滚刀的安装 3 加工斜齿圆柱齿轮时的安装角 （1）加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角δ = β ± λ（β为工件螺旋角，λ为滚刀螺旋升角）。 （2）规则： （2.1）刀具与工件旋向一致时：δ = β - λ（图10-11a、c）。 （2.2）刀具与工件旋向相反时：δ = β + λ（图10-11b、d）。 （3）选择原则： 尽量选用与工件同旋向的滚刀，这样安装角小，刀具磨损小，加工质量高。 知识讲授：滚刀的安装 （4）刀具安装方向与工件旋向的关系： 工件为右旋时，滚刀逆时针方向旋转。 工件为左旋时，滚刀顺时针方向旋转。 （5）工件旋转方向与滚刀旋向的关系： 滚刀为右旋时，工件逆时针旋转。 滚刀为左旋时，工件顺时针旋转。 传动部分 知识点背诵 一、滚齿机的四种运动： 主运动、展成运动、垂直进给运动、附加运动 二、插齿机的五种运动： 主运动、展成运动、径向进给运动、圆周进给运动、让刀运动 三、插齿机的五种运动： 主运动、展成运动、径向进给运动、圆周进给运动、让刀运动 四、滚刀安装角公式： 直齿δ=λ，斜齿δ=β±λ（同向减，反向加） 师生互动 问题 车间需要加工以下三种齿轮零件： （1）一个模数m=3mm的右旋斜齿圆柱齿轮，螺旋角β=22° （2）一个需要大批量生产的内齿轮 （3）一个双联齿轮（两个齿轮紧挨在一起，小齿轮无法用滚齿机加工） 现有右旋滚刀一把（螺旋升角λ=2°30′），左旋滚刀一把（螺旋升角λ=2°30′）。 结论 ① 应选用右旋滚刀（与工件旋向一致，安装角小，刀具磨损小）。安装角δ = β - λ = 22° - 2°30′ = 19°30′。滚刀逆时针方向倾斜。 ② 零件（2）内齿轮应选用插齿机加工，因为滚齿机无法加工内齿轮。零件（3）双联齿轮应选用插齿机加工，因为双联齿轮中靠得很近的小齿轮无法用滚齿机加工（滚齿机需要足够的退刀空间）。 请回答以下问题： ① 零件（1）应选用哪把滚刀？滚刀的安装角δ是多少？滚刀应向哪个方向倾斜？ ② 零件（2）和零件（3）应分别选用什么设备加工？为什么？ 讨论 单项选择题 1.滚齿机上用右旋滚刀加工右旋斜齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角δ等于（ ） A. β+λ B. β-λ C. λ-β D. β 正确答案：B 刀具与工件旋向一致时，安装角δ=β-λ（β为工件螺旋角，λ为滚刀螺旋升角），这样可以使安装角较小，减少刀具磨损。 课后练习 单项选择题 2.插齿机加工时，为避免刀具回程时擦伤已加工表面，机床需具有（ ） A. 展成运动 B. 径向进给运动 C. 圆周进给运动 D. 让刀运动 正确答案：D 让刀运动是插齿机特有的运动，目的是避免插齿刀在回程时擦伤已加工表面和减少刀具磨损。 课后练习 单项选择题 3.齿轮滚刀的基本尺寸参数不包括（ ） A. 外圆直径d B. 内圆直径D C. 齿顶圆直径da D. 长度L 正确答案：C 齿轮滚刀的基本尺寸参数有外圆直径d、内圆直径D、长度L及容屑槽数，齿顶圆直径是齿轮的参数，不是滚刀的尺寸参数。 课后练习 简述滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时需要哪几种运动？ 课后练习 滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时需要以下四种运动： （1）主运动：滚刀的旋转运动。 （2）展成运动：滚刀与工件保持严格的啮合运动，传动比关系为n工=n刀×k/z。 （3）垂直进给运动：滚刀沿工件轴线方向的进给运动。 （4）附加运动：为形成螺旋线齿槽，当滚刀垂直进给时，工件做附加的回转运动。 课堂小结 1：简述滚齿机和插齿机的主要应用场合。 2：简述成形法和展成法的区别。 3：（提升题）用一把左旋滚刀（λ=2°30′）加工一个左旋斜齿圆柱齿轮（β=12°20′），求滚刀的安装角δ，并说明滚刀倾斜方向。 课后作业 感谢观看 $