1、1第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具1 齿轮加工方法：齿轮传动：机械传动中最重要、最常用的一种传动副齿轮加工精度：直接影响机械的传动精度、平稳性、振动、噪音等按成型原理分： 成型法 展成法2第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具一 成型法 刀具刃形按齿轮齿槽形状和尺寸设计 加工精度取决于刃形精度 常用刀具：齿轮铣刀、拉刀（加工内齿轮） 齿轮铣刀：盘铣刀：中、小模数，m 103第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具齿轮铣刀：齿轮齿廓形状不仅与m有关，还与z有关：齿数z越小，基圆半径越小，渐开线曲率半径越小因此，严格来讲，相同模数，不同齿数的齿轮所用的刀具是不一样的为减少刀具规格，标准齿轮铣刀
2、成套制造： m=0.88 ，8把一套 m=916，15把一套4第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具齿轮铣刀：每把刀加工一定的齿数范围（见下表）：刀具廓形按该齿数范围内的最小齿轮齿廓设计在加工其他齿数的齿轮时，会产生误差： 齿顶、齿根变薄这种误差是允许的成型铣刀加工齿轮，还会产生分度误差成型铣刀加工齿轮，还会产生分度误差周节累计误差，影响传动精度周节累计误差，影响传动精度5第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具2 展成法（范成法、包络法） 刀具齿廓的包络线（面）形成工件（齿轮）廓形 常用刀具：插齿刀、滚刀、剃齿刀 精度高，生产率高6第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具二 插齿原理与插齿刀：1
3、 插齿原理：模拟一对轴线平行的圆柱齿轮的啮合（展成法） 属于平面啮合：啮合可用端面齿形来代替 插齿刀：与被加工齿轮有相同的模数、压力角（产形齿轮） 7第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具2 插齿时的运动：主运动：插齿刀上下往复运动圆周进给运动：保证严格的传动比 圆周进给量：分圆弧长/往复一次（径向）切入运动：逐渐切到全齿深 在切到全齿深后，要使工件再转一圈 以保证所有齿都加工到全齿深 径向进给量：切入深度/往复一次让刀运动：空行程时，为避免与工件摩擦和 干涉，工作台有让刀运动8第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具3 插齿刀的种类：（1）按结构分： 盘形插齿刀：加工外齿轮或大直径内齿轮，应用
4、最多 碗形插齿刀：加工带台阶或阶梯的内、外齿轮 锥柄插齿刀：加工小直径内齿轮9第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具3 插齿刀的种类：（2）按加工对象分：直齿插齿刀、斜齿插齿刀、人字齿插齿刀内插齿刀、外插齿刀剃前插齿刀：留剃量磨前插齿刀：留磨量（3）按加工精度分：AA级加工6级齿轮A级加工7级齿轮B级加工8级齿轮10第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具4 插齿刀的后刀面及后角（1）对理想插齿刀的要求：有正确的渐开线齿形有前、后角有一定的重磨次数（寿命）刀具重磨后仍能加工出正确的工件齿形（2）插齿刀的后角及插齿刀的本质： 由、，插齿刀可以做成一个齿轮 刀刃：1条顶刃、2条侧刃11第七章第七章
5、齿轮加工刀具齿轮加工刀具顶刃后角p： 为形成顶刃后角，将顶后刀面磨成一外圆锥面但：但： 重磨后齿高减小，使被加工齿轮齿高重磨后齿高减小，使被加工齿轮齿高 减小减小影响啮合，不允许影响啮合，不允许 侧刃无后角侧刃无后角为保证重磨后插齿刀齿高不变，则齿根为保证重磨后插齿刀齿高不变，则齿根也要倾斜同样角度也要倾斜同样角度 g= p12第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具为形成侧刃后角c，使圆柱剖面内的齿厚逐渐变小 重磨后：重磨后：齿顶、齿根直径变小齿顶、齿根直径变小但但m、 、Z不变不变所以：所以：重磨后的齿形应为重重磨后的齿形应为重磨前齿形的变位齿形磨前齿形的变位齿形即：即：插齿刀各端剖面内的插
6、齿刀各端剖面内的齿形，相当于齿形，相当于m、 、Z相同而变位系数不相同而变位系数不同的一系列变位齿轮同的一系列变位齿轮13第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具原始剖面：原始剖面：O-OO-O 变位系数：变位系数：x =0=0 分圆半径、齿厚、分圆半径、齿厚、齿顶半径、齿根半径齿顶半径、齿根半径等均为标准值等均为标准值A-AA-A剖面：剖面： 正变位正变位xm000tantancbbmxbmxpp所以：所以：x 随随b0线性变化线性变化O-OO-O剖面以前（下）：剖面以前（下）：正变位；正变位；O-OO-O剖面以后（上）：剖面以后（上）：负变位；负变位；14第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀
7、具插齿刀的本质：插齿刀的本质： 各端剖面内是基圆相同，而变位系数成线性变化的变位齿轮 xm15第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具（3 3）插齿刀的侧刃后角及侧后刀面）插齿刀的侧刃后角及侧后刀面 侧后刀面 0s0s如图，作刀齿的如图，作刀齿的分圆分圆柱面柱面展开图展开图0100000tantan22tan222bcmcbxmsssxmmsms齿厚随齿厚随b0 0线性变化线性变化16第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具0s0s齿厚随齿厚随b0 0线性变化线性变化齿侧面与分圆柱面的齿侧面与分圆柱面的交线在展开图上成斜交线在展开图上成斜直线直线卷成圆柱面，斜直线卷成圆柱面，斜直线成螺旋线成螺旋线
8、所以：所以：插齿刀的分圆柱面与齿插齿刀的分圆柱面与齿侧面的交线为螺旋线侧面的交线为螺旋线左右侧面螺旋方向相反左右侧面螺旋方向相反所以：所以：插齿刀的齿侧面为插齿刀的齿侧面为渐开螺旋面渐开螺旋面 渐开螺旋面：渐开螺旋面：断面截形为渐开线的螺旋面断面截形为渐开线的螺旋面 左侧面：左侧面：右旋；右旋；右侧面：右侧面：左旋左旋17第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具渐开螺旋面的形成：渐开螺旋面的形成：0bbrABCDFEFE梯形梯形ABCDABCD与基圆柱保持纯滚动，其与基圆柱保持纯滚动，其斜边斜边ABAB的轨迹，便为渐开螺旋面的轨迹，便为渐开螺旋面直线直线ABAB与基圆柱轴线的夹角便为渐与基圆柱轴
9、线的夹角便为渐开螺旋面的开螺旋面的基圆柱螺旋角基圆柱螺旋角b0平面平面ABCDABCD即为渐开螺旋面的即为渐开螺旋面的法平面法平面18第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具插齿刀渐开螺旋面的分圆螺旋角：插齿刀渐开螺旋面的分圆螺旋角：tantantantantan2tan00000ppbxmbxmbs0s0s19第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具侧刃后角侧刃后角c：0bbrABCDFEFE主剖面：主剖面：P P0 0平面平面ABCDABCD即即是主平面是主平面由右图可以看出，由右图可以看出，侧刃上任意一点侧刃上任意一点B B的的后角均为后角均为 b0b0插齿刀任意点的侧刃后角在侧刃的主剖面内
10、测量，插齿刀任意点的侧刃后角在侧刃的主剖面内测量，侧刃各侧刃各点处的侧刃后角点处的侧刃后角相等，等于渐开螺旋面的基圆柱螺旋角相等，等于渐开螺旋面的基圆柱螺旋角20第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具5 插齿刀的前刀面及前角为得到前角，将插齿刀的前刀面做成与插齿刀同轴线的内锥面。顶刃前角p：内锥面的锥面底角标准直齿插齿刀：标准直齿插齿刀：p = 5= 521第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具6 插齿刀的齿形修正前面讲到：插齿刀由齿轮变化而来，因此，其端面齿形应为正确的渐开线。在有了顶刃前角p之后，会怎样？会怎样？插齿刀主运动：往复运动插齿刀主运动：往复运动在展成运动中起实际包络作用还是刀具
11、的端截形吗？在展成运动中起实际包络作用还是刀具的端截形吗？在展成运动中起实际包络作用的是在展成运动中起实际包络作用的是刀刃在端面内的投影刀刃在端面内的投影！22第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具刀刃在端面内的投影：刀刃在端面内的投影：IIIIIIIIIIIIpp刀刃在端面刀刃在端面内的投影内的投影已不是正确的渐开线已不是正确的渐开线特征：特征： 齿形角变小齿形角变小 分圆齿厚变窄分圆齿厚变窄若保证分圆齿厚不变，若保证分圆齿厚不变，则齿顶变厚，齿根变窄则齿顶变厚，齿根变窄要进行齿形修正！要进行齿形修正！23第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具7 插齿刀的齿形修正if修正方法：增大插齿刀端面
12、齿形的齿形角，使刀刃在端面内投影的分圆齿形角等于标准齿形角理论齿形理论齿形实际齿形实际齿形af分圆分圆修正后，刀具侧刃投影如右图修正后，刀具侧刃投影如右图实际投影齿形在理论齿形外侧实际投影齿形在理论齿形外侧齿形误差会使被加工齿轮产生：齿形误差会使被加工齿轮产生： 修缘：修缘：齿顶过切齿顶过切 修根：修根：齿根过切齿根过切实际啮合中形成实际啮合中形成鼓形接触鼓形接触提高润滑效果提高润滑效果24第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具三 滚齿原理与齿轮滚刀：1滚齿原理与滚刀的实质： 前面讲到，插齿原理： 模拟一对轴线平行的圆柱齿轮的啮合（展成法） 属于平面啮合：啮合可用端面齿形来代替 滚齿原理：模拟
13、交叉轴的斜齿轮啮合（展成法） 滚刀：斜齿轮（可以和直齿轮、斜齿轮啮合） 属于螺旋齿轮啮合 25第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质： 滚齿：2个斜齿轮啮合 若一个斜齿轮做成： 螺旋角很大（螺旋升角很小） 齿数很少（z=1,2） 齿宽很大（长）（渐开线蜗杆）（渐开线蜗杆）蜗杆蜗杆 26第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质：蜗杆（斜齿轮）和蜗杆（斜齿轮）和另一个齿轮只能啮另一个齿轮只能啮合，无法进行加工合，无法进行加工27第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质：若将蜗杆变成刀具，则需：若将蜗杆变成刀具，则需： (1)(1)开槽：容屑槽，形成前刀面、刀齿开槽：容屑槽
14、，形成前刀面、刀齿28第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质：若将蜗杆变成刀具，则需：若将蜗杆变成刀具，则需： (1)(1)开槽：容屑槽，形成前刀面、刀齿开槽：容屑槽，形成前刀面、刀齿29第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质：若将蜗杆变成刀具，则需：若将蜗杆变成刀具，则需： (2)(2)铲背：形成后角铲背：形成后角30第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质： (2)(2)铲背：形成后角铲背：形成后角31第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具滚刀的实质： 螺旋角0很大（8687）、齿数很少（z0=1,2），且开槽、铲背的斜齿轮刀刃处于原来的蜗杆表面上刀刃处于原来的
15、蜗杆表面上基本蜗杆：基本蜗杆：刀刃所处的蜗杆刀刃所处的蜗杆32第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具2 滚齿时的运动：主运动：滚刀的旋转运动圆周进给运动：保证严格的传动比（展成）轴向进给运动：滚刀沿工件轴向进给 目的：切出全齿深， 轴向进给量f：mm/齿轮每转 精加工时，f 要小（影响粗糙度）差动运动：加工斜齿轮时，由于轴向进给，使工件多转或少转一定的弧度 滚齿机靠挂轮实现差动差动系统33第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具3 滚刀的种类：（1）按结构分： 整体式：高速钢，分套装、带柄（小直径时）两种 焊接式：将硬质合金刀齿焊接到刀体上 机夹式：将硬质合金、高速钢刀片夹持在刀体上整体式整体式
16、机夹式机夹式34第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具3 滚刀的种类：（2）按刀具材料分：高速钢硬质合金（3）按加工精度分：AAA级加工6级齿轮AA级加工7级齿轮A级加工8级齿轮B级加工9级齿轮C级加工10级齿轮35第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具4 三种基本蜗杆：（1）阿基米德蜗杆：形成：xoz平面内，直线AB与x轴夹角Z0， AB沿z轴做螺旋运动，其轨迹便为 阿基米德螺旋面 ABAB与与z z轴相交轴相交 蜗杆轴剖面内为直线齿形蜗杆轴剖面内为直线齿形ABAB端剖面内齿形：阿基米德螺线端剖面内齿形：阿基米德螺线xZ0ZyB BA A36第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具4 三种基本
17、蜗杆：（2）法向直廓蜗杆： 法剖面（与分圆螺旋线垂直）内齿形法剖面（与分圆螺旋线垂直）内齿形直线直线 端剖面内齿形端剖面内齿形延长渐开线延长渐开线形成：直线AB与圆柱rH相切， 且与xoy平面保持夹角xy， AB绕z轴做螺旋运动，其轨迹便为 法向直廓螺旋面圆柱圆柱r rh h准圆柱准圆柱xxyZyB BA ArH37第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具（3）渐开线蜗杆0bbrABCDFEFE梯形梯形ABCDABCD与基圆柱保持纯滚动，其与基圆柱保持纯滚动，其斜边斜边ABAB的轨迹，便为渐开螺旋面的轨迹，便为渐开螺旋面直线直线ABAB与基圆柱轴线的夹角便为渐与基圆柱轴线的夹角便为渐开螺旋面的开
18、螺旋面的基圆柱螺旋角基圆柱螺旋角b0平面平面ABCDABCD即为渐开螺旋面的即为渐开螺旋面的法平面法平面圆柱圆柱r rh h基圆柱基圆柱38第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具5 常用的滚刀基本蜗杆理论上，滚刀的基本蜗杆应为渐开线蜗杆但：渐开线蜗杆的轴向、法向齿形均不是直线， 生产中难以检查滚刀齿形滚刀近似造型：用近似渐开线蜗杆做滚刀的基本蜗杆一般采用：阿基米德蜗杆：一般采用：阿基米德蜗杆： 齿形简单、检查方便、可径向铲齿（铲背）、造型误差小。齿形简单、检查方便、可径向铲齿（铲背）、造型误差小。 目前我国工具厂供应的标准齿轮滚刀均采用阿基米德蜗杆目前我国工具厂供应的标准齿轮滚刀均采用阿基米德
19、蜗杆 法向直廓蜗杆：法向直廓蜗杆： 齿形复杂、难以保证制造精度、造型误差大齿形复杂、难以保证制造精度、造型误差大 一般不采用一般不采用近似滚刀造型，造成滚刀存在理论齿形误差近似滚刀造型，造成滚刀存在理论齿形误差加工精度低于插齿刀加工精度低于插齿刀39第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具6 滚刀的容屑槽与前刀面容屑槽的一个侧面就是前刀面，它在滚刀端剖面内的截形是直线40第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具6 滚刀的容屑槽与前刀面前刀面在滚刀端剖面内的截形是直线 p若该直线通过轴线，则p=0零前角滚刀零前角滚刀若p 0 正前角滚刀41第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具6 滚刀的容屑槽与前刀面前刀面可以看成是一条直线的轨迹：沿轴线做直线运动直槽 前刀面是通过轴线的平面沿轴线做螺旋运动螺旋槽 前刀面是螺旋面42第七章第七章 齿轮加工刀具齿轮加工刀具6 滚刀的容屑槽与前刀面滚刀的侧刃前角：(右图，滚切直齿轮） 直槽： 左侧刃前角：fL 0螺旋槽 为使左、右侧刃前角相等，螺旋槽应垂直于滚刀螺纹： 容屑槽的螺旋角=滚刀螺纹的螺旋升角 （旋向相反） 此时： fL =fR =0 =0 当滚刀的螺旋升角 5时，负前角较小，对切削性能、刀具寿命影响不大，宜采用直槽。制造、重磨、检查齿形方便。大多采用当滚刀的螺旋升角 5时，采用螺旋槽。
