10-1 齿轮加工设备《机械制造工艺基础》（劳动版·第八版）河南省（对口招生）机电与机械类 知识点讲解

河南省（对口招生）装备制造类《机械制造工艺基础》 知识点讲解 10-1 齿轮加工设备 【课程要求】 1.能说出齿轮加工的两种齿形加工原理（成形法、展成法），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与计算公式。 5.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。 6.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。 【知识网络】 【知识要点】 知识点1 齿轮加工概述 1 常见齿轮类型（图10-1） ￮直齿圆柱齿轮 ￮斜齿圆柱齿轮 ￮直齿锥齿轮 ￮人字圆柱齿轮 2 齿轮加工两阶段 ￮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）。 ￮齿形加工：分为成形法和展成法两类。 3 齿形加工方法分类 ￮成形法： 齿轮铣刀铣齿、样板刨刀刨齿、成形砂轮磨齿、齿轮拉刀拉齿等。 ￮展成法： 滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等。其中，剃齿、珩齿、磨齿是齿轮的精加工方法。 知识点2 齿轮加工机床 1 齿轮加工机床分类 ￮圆柱齿轮加工机床：滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机、磨齿机等。其中滚齿机和插齿机应用最广。 ￮锥齿轮加工机床：直齿锥齿轮铣齿机、直齿锥齿轮刨齿机、直齿锥齿轮磨齿机、直齿锥齿轮拉齿机、弧齿锥齿轮铣齿机、弧齿锥齿轮拉齿机等。 2 滚齿机 ￮滚齿机的应用： 主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以滚切花键轴或用于动径向进给法滚切蜗轮。 ￮滚齿机的主要部件（图10-2）： 床身、立柱、刀架滑板、刀架体、支架、后立柱、心轴、工作台、床鞍。 ￮滚齿机的运动（图10-3）： （1）主运动： 滚刀的旋转运动n刀。 （2）展成运动： 滚刀和工件严格的啮合运动。传动比关系：（k为滚刀头数，z为工件齿数）。 （3）垂直进给运动： 滚刀沿工件轴线方向的进给量f1（mm/r）。 （4）附加运动： 加工斜齿圆柱齿轮时，为形成螺旋线齿槽，工件在垂直进给时做的附加回转运动。 3 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）。 ￮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（图10-4）： 刀具主轴、工作台等。 ￮插齿机的运动： （1）主运动： 插齿刀上下往复运动。切削速度单位m/min， n0=1000v/(2L)。 （2）展成运动： 插齿刀与工件保持一对齿轮的啮合关系（）。 （3）径向进给运动： 插齿刀每往复一次径向移动的距离。 （4）圆周进给运动： 插齿刀每往复一次回转一个角度。 （5）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。 知识点3 齿轮加工刀具 1 齿轮加工刀具分类（图10-5） ￮按齿形加工原理分类： （1）成形齿轮刀具：切削刃廓形与被切齿轮齿槽形状完全相同，如盘形模数齿轮铣刀、指形模数齿轮铣刀。 （2）展成齿轮刀具：刀具齿形和工件齿形不同，如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀、剃齿刀等。 ￮按被加工齿轮类型分类： （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、双锥刀盘，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。 2 齿轮滚刀 ￮齿轮滚刀的本质（图10-6）： 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（教材图10-7）： 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。 ￮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（教材表10-1）： 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。 3 插齿刀（图10-8、10-9） ￮插齿刀的主要类型及应用（图10-8）： （1）盘形插齿刀（图10-8a）： 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。 （2）碗形插齿刀（图10-8b）： 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。 （3）锥柄插齿刀（图10-8c）： 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。 ￮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（图10-9）： 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。 ￮插齿刀的选择： （1）模数m、压力角α和齿高系数h应与被加工齿轮相同。 （2）测量前端面公法线长度，计算变位系数。 （3）进行插齿啮合检验。 知识点4 滚刀的安装 1 滚刀安装角的定义 ￮滚刀的安装角δ：滚刀轴线与被加工工件端面的夹角。 ￮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。 2 加工直齿圆柱齿轮时的安装角（图10-10） ￮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）。 ￮方向（图10-10）： （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）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。 3 加工斜齿圆柱齿轮时的安装角（图10-11） ￮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）。 ￮规则（图10-11）： （1）刀具与工件旋向一致时：δ = β - λ（图10-11a、c）。 （2）刀具与工件旋向相反时：δ = β + λ（图10-11b、d）。 ￮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。 ￮刀具安装方向与工件旋向的关系： （1）工件为右旋时，滚刀逆时针方向旋转。 （2）工件为左旋时，滚刀顺时针方向旋转。 ￮工件旋转方向与滚刀旋向的关系： （1）滚刀为右旋时，工件逆时针旋转。 （2）滚刀为左旋时，工件顺时针旋转。 【练习题】 一、单项选择题 1. 滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时，滚刀轴线与工件端面的夹角称为（ ） A. 螺旋角 B. 压力角 C. 安装角 D. 刃倾角 2. 下列刀具中，属于展成法加工齿轮的刀具是（ ） A. 盘形模数齿轮铣刀 B. 指形模数齿轮铣刀 C. 齿轮滚刀 D. 成形砂轮 3. 插齿机加工内齿轮时，插齿刀做（ ）运动。 A. 旋转和直线往复 B. 只有旋转 C. 只有直线往复 D. 旋转和摆动 4. 用单头滚刀加工齿数为80的直齿圆柱齿轮，滚刀每转1转，工件应转（ ）转。 A. 1/80 B. 1/40 C. 1/20 D. 1/10 5. 滚齿机上加工直齿圆柱齿轮时，滚刀的安装角δ等于（ ） A. 工件螺旋角β B. 滚刀螺旋升角λ C. 0° D. 90° 6. 剃齿、珩齿、磨齿属于齿轮的（ ）加工方法。 A. 粗加工 B. 半精加工 C. 精加工 D. 毛坯加工 7. 碗形插齿刀主要用于加工（ ） A. 直齿外齿轮 B. 内齿轮 C. 多联齿轮 D. 齿条 8. 加工斜齿圆柱齿轮时，若滚刀旋向与工件旋向相同，则安装角δ等于（ ） A. β+λ B. β-λ C. λ-β D. β 9. 下列锥齿轮加工机床中，用于加工弧齿锥齿轮的是（ ） A. 直齿锥齿轮铣齿机 B. 直齿锥齿轮刨齿机 C. 弧齿锥齿轮铣齿机 D. 直齿锥齿轮磨齿机 10. 滚齿机上加工花键轴时，滚刀沿工件轴线方向的移动称为（ ） A. 主运动 B. 展成运动 C. 垂直进给运动 D. 附加运动 二、判断题 1. 滚齿机可以加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和蜗轮。（ ） 2. 插齿加工时，插齿刀每往复一次，工件应转过一个齿的角度。（ ） 3. 展成法加工齿轮时，刀具的齿形必须与被加工齿轮的齿槽形状完全相同。（ ） 4. 滚齿机的附加运动只在加工斜齿圆柱齿轮时才需要。（ ） 5. 插齿刀的精度等级越高，所能加工的齿轮精度也越高。（ ） 6. 加工内齿轮时，应选用滚齿机进行加工。（ ） 7. 选用与工件同旋向的滚刀加工斜齿轮，可以使安装角变小。（ ） 8. 成形法加工齿轮的效率一般比展成法高。（ ） 三、名词解释 1. 成形法 2. 垂直进给运动 3. 盘形插齿刀 4. 附加运动 四、简答题 简述插齿机的主要运动有哪些？ 【答案】 一、单项选择题 1.C 2.C 3.A 4.A 5.B 6.C 7.C 8.B 9.C 10.C 二、判断题 1.√ 2.√ 3.× 4.√ 5.√ 6.× 7.√ 8.√ 三、名词解释 1.成形法：刀具的切削刃廓形与被加工齿轮齿槽形状完全相同，直接切出齿槽形状的加工方法。 2.垂直进给运动：滚齿加工中，滚刀沿工件轴线方向做进给运动，用于切出整个齿宽上的齿形。 3.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内、外啮合齿轮的插齿刀。 4.附加运动：滚齿机加工斜齿圆柱齿轮时，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。 四、简答题 插齿机的主要运动有：主运动（插齿刀上下往复运动）、展成运动（插齿刀与工件保持啮合关系）、径向进给运动（插齿刀每往复一次径向移动）、圆周进给运动（插齿刀每往复一次回转一个角度）、让刀运动（回程时刀具与工件让开一段距离）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $