(金属切削原理与刀具)第十一章-齿轮刀具.ppt

第十一章齿轮刀具第一节齿轮刀具的主要类型和选用第二节成形齿轮刀具第三节齿轮滚刀和蜗轮滚刀第四节剃齿刀第五节插齿刀第六节非渐开线齿轮刀具小结习题 第一节第一节 齿轮刀具的主要类型和选用齿轮刀具的主要类型和选用 齿轮的种类很多，加工要求又各有不同，因此齿轮的种类很多，加工要求又各有不同，因此齿轮刀具的品种极其繁多。通常按加工齿轮的品种齿轮刀具的品种极其繁多。通常按加工齿轮的品种和加工原理的方法来分类。和加工原理的方法来分类。11.1.1按加工齿轮的品种分1 1、加工渐开线圆柱齿轮的刀具。、加工渐开线圆柱齿轮的刀具。、加工渐开线圆柱齿轮的刀具。、加工渐开线圆柱齿轮的刀具。2 2、加工蜗轮的刀具。、加工蜗轮的刀具。、加工蜗轮的刀具。、加工蜗轮的刀具。3 3、加工锥齿轮的刀具。、加工锥齿轮的刀具。、加工锥齿轮的刀具。、加工锥齿轮的刀具。4 4、加工非渐开线齿形工件的刀具。、加工非渐开线齿形工件的刀具。、加工非渐开线齿形工件的刀具。、加工非渐开线齿形工件的刀具。11.1.2按加工原理分11.1.2.111.1.2.1成形齿轮刀具成形齿轮刀具这类刀具的切削这类刀具的切削刃廓形与被加工的直刃廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽齿齿轮端剖面内的槽形相同。这类刀具中形相同。这类刀具中有盘形齿轮铣刀、指有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘等。刀、插齿刀盘等。.盘形成形齿轮铣刀。盘形成形齿轮铣刀。.指形齿轮铣刀。指形齿轮铣刀。11.1.2.2展成齿轮刀具这类刀具切削刃的廓形不同这类刀具切削刃的廓形不同于被切齿轮任何剖面的槽形。切于被切齿轮任何剖面的槽形。切齿时除主运动外，还需有刀具与齿时除主运动外，还需有刀具与齿坯的相对啮合运动，称展成运齿坯的相对啮合运动，称展成运动。工件齿形是由刀具齿形在展动。工件齿形是由刀具齿形在展成运动中的若干位包络切削形成成运动中的若干位包络切削形成的。用这类刀具加工齿轮时，刀的。用这类刀具加工齿轮时，刀具本身好像也是一个齿轮，它和具本身好像也是一个齿轮，它和被加工的齿轮各自按啮合关系要被加工的齿轮各自按啮合关系要求的速比转动，而由刀具齿形包求的速比转动，而由刀具齿形包络出齿轮的齿形。这类刀具中有络出齿轮的齿形。这类刀具中有齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剃齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剃齿刀、加工非渐开线齿形的各种齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀、蜗轮刀具和锥齿轮刀具等。滚刀、蜗轮刀具和锥齿轮刀具等。11.1.2.3齿轮刀具的选用根据不同的生产要求和条件，选用合适的齿轮刀具是根据不同的生产要求和条件，选用合适的齿轮刀具是很重要的。在以上所说的各类齿轮刀具中，要数加工很重要的。在以上所说的各类齿轮刀具中，要数加工渐开线圆柱齿轮的刀具应用最广泛；而在这类刀具中，渐开线圆柱齿轮的刀具应用最广泛；而在这类刀具中，又以齿轮滚刀最为常用。又以齿轮滚刀最为常用。插齿刀的优越性主要在于既可加工外啮合齿轮，也能插齿刀的优越性主要在于既可加工外啮合齿轮，也能加工内啮合齿轮，还能加工有台阶的齿轮如双联齿轮、加工内啮合齿轮，还能加工有台阶的齿轮如双联齿轮、三联齿轮和人字齿轮等。经过滚齿和插齿的齿轮，如三联齿轮和人字齿轮等。经过滚齿和插齿的齿轮，如果需要进一步提高加工精度和降低表面粗糙度，可用果需要进一步提高加工精度和降低表面粗糙度，可用剃齿刀来进行精加工。剃齿刀来进行精加工。孔径小的内齿轮或渐开线花键孔，用拉刀来拉削是唯孔径小的内齿轮或渐开线花键孔，用拉刀来拉削是唯一的方法。一的方法。对于精度要求不高的单件或小批量齿轮，采用盘形齿对于精度要求不高的单件或小批量齿轮，采用盘形齿轮铣刀加工是比较方便和经济合算的。轮铣刀加工是比较方便和经济合算的。在锥齿轮刀具中，成对刨刀是多年来加工直齿锥齿轮在锥齿轮刀具中，成对刨刀是多年来加工直齿锥齿轮的基本刀具，由于其加工效率和精度不高，现已逐渐的基本刀具，由于其加工效率和精度不高，现已逐渐被成对盘铣刀所代替。在生产批量较大的情况下，还被成对盘铣刀所代替。在生产批量较大的情况下，还可采用效率更高的拉铣刀盘来加工。可采用效率更高的拉铣刀盘来加工。成形齿轮刀具常用成形齿轮刀具常用的有下列几种：的有下列几种：盘形齿轮铣刀；盘形齿轮铣刀；指形齿轮铣刀；指形齿轮铣刀；齿轮拉刀。齿轮拉刀。第二节成形齿轮刀具11.2.1成形齿轮刀具的种类和应用范围11.2.2.1加工直齿外齿轮的铣刀分组齿轮铣刀的齿形由两部分组成：渐开线部齿轮铣刀的齿形由两部分组成：渐开线部分和过渡曲线部分。分和过渡曲线部分。11.2.2.2铣刀齿形的过渡曲线部分铣刀这部分的齿形应按被加工齿轮齿槽底铣刀这部分的齿形应按被加工齿轮齿槽底部过渡曲线的形状考虑。部过渡曲线的形状考虑。11.2.2加工直齿外齿轮的铣刀的分组和铣刀齿形11.3.1齿轮滚刀11.3.1.1滚齿的应用范围和滚齿运动齿轮滚刀是按展成法加工齿齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具。在齿轮制造中应用广轮的刀具。在齿轮制造中应用广泛，可用来加工外啮合的直齿轮、泛，可用来加工外啮合的直齿轮、斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。斜齿轮、标准齿轮和变位齿轮。加工齿轮的范围很大，从模数大加工齿轮的范围很大，从模数大于于0.1mm0.1mm到小于到小于40mm40mm的齿轮，均的齿轮，均可用滚刀加工。可用滚刀加工。加工齿轮的精度加工齿轮的精度一般达一般达7 79 9级，在使用超高精度级，在使用超高精度滚刀和严格的工艺条件下也可以滚刀和严格的工艺条件下也可以加工加工5 56 6级精度的齿轮。用一把级精度的齿轮。用一把滚刀可以加工模数相同的任意齿滚刀可以加工模数相同的任意齿数的齿轮。数的齿轮。第三节齿轮滚刀和蜗轮滚刀11.3.1.2.齿轮滚刀的基本蜗杆齿轮滚刀一般是指加工渐开线齿轮用的滚刀。齿轮滚刀一般是指加工渐开线齿轮用的滚刀。它是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的，由于被它加它是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的，由于被它加工的齿轮是渐开线齿轮，所以它本身也应具有渐开工的齿轮是渐开线齿轮，所以它本身也应具有渐开线齿轮的几何特性。线齿轮的几何特性。滚刀基本蜗杆的分圆柱导程角为：滚刀基本蜗杆的分圆柱导程角为：(11.1)(11.1)式中：式中：mmn n滚刀基本蜗杆的法向数，它等于滚刀基本蜗杆的法向数，它等于被加工齿轮的法向模数；被加工齿轮的法向模数；zz00滚刀基本蜗杆螺纹头数；滚刀基本蜗杆螺纹头数；dd00滚刀的分圆柱直径。滚刀的分圆柱直径。滚刀基本蜗杆的法向分圆齿距为：滚刀基本蜗杆的法向分圆齿距为：(11.2)(11.2)基本蜗杆螺纹在分圆柱面上的截形展开图：基本蜗杆螺纹在分圆柱面上的截形展开图：由图可得基本蜗杆的轴向齿距：当z01时，基本蜗杆的导程为：11.3.1.3.齿轮滚刀的结构11.3.1.3.1齿轮滚刀的结构形式整体式滚刀整体式滚刀镶齿式滚刀镶齿式滚刀 11.3.1.3.2齿轮滚刀的直径强齿轮滚刀的直径大小是可以自由选定的，但强齿轮滚刀的直径大小是可以自由选定的，但直径大些会有下列优点：直径大些会有下列优点：(1)(1)当分度圆柱直径较大时，分度圆柱导程角就较当分度圆柱直径较大时，分度圆柱导程角就较(2)(2)小，这样能减少近似齿形滚刀的齿形误差。小，这样能减少近似齿形滚刀的齿形误差。(2)(2)滚齿时，在轴向进给量相同的情况下，能减小滚齿时，在轴向进给量相同的情况下，能减小(3)(3)齿轮齿面上的轴向波纹度。齿轮齿面上的轴向波纹度。(3)(3)能使刀齿的数目增多，从而减轻每个刀齿的切能使刀齿的数目增多，从而减轻每个刀齿的切(4)(4)削负担，并有利于传出切削热和降低切削温度。削负担，并有利于传出切削热和降低切削温度。(4)(4)能使滚刀的孔径加大，因而可采用较粗的心轴，能使滚刀的孔径加大，因而可采用较粗的心轴，(5)(5)提高心轴刚性，并能用较大的切削用量进行滚提高心轴刚性，并能用较大的切削用量进行滚(6)(6)齿。齿。但是如果滚刀的直径过大，也有下列缺点：但是如果滚刀的直径过大，也有下列缺点：(1)(1)不但浪费高速钢，而且滚刀的制造、刃磨和安装不但浪费高速钢，而且滚刀的制造、刃磨和安装都不方便。都不方便。(2)(2)会使滚齿机刀架内部的传动零件受到较大的扭矩，会使滚齿机刀架内部的传动零件受到较大的扭矩，切削时容易发生冲击振动，影响加工精度。切削时容易发生冲击振动，影响加工精度。(3)(3)会增加滚齿时的切入长度和切入时间，影响生产会增加滚齿时的切入长度和切入时间，影响生产效率。滚刀的外径一般为：效率。滚刀的外径一般为：(4)(4)式中：t1键槽尺寸，即键槽底面到对面孔壁的距离；D 滚刀孔的直径，D(0.200.45)da；滚刀刀体的壁厚，(0.250.30)D；Hk容屑槽深度。11.3.1.3.3齿轮滚刀的长度L 吃吃轮轮滚滚刀刀的的长长度度，无无论论对对滚滚刀刀的的设设计计者者还还是是滚滚刀刀的的使使用用者者来来说说，都都是是应应该该重重视视的的一一个个问问题题。滚刀的长度应能满足三项要求：滚刀的长度应能满足三项要求：(1)(1)滚刀端头的刀齿不可负荷过重；滚刀端头的刀齿不可负荷过重；(2)(2)滚刀必须完整地包络出被加工齿轮的滚刀必须完整地包络出被加工齿轮的齿形；齿形；(3)(3)为了使滚刀整个长度上的刀齿磨损均为了使滚刀整个长度上的刀齿磨损均匀、减少滚刀的重磨次数、增加每两匀、减少滚刀的重磨次数、增加每两次重磨之间的使用寿命，滚刀还应有次重磨之间的使用寿命，滚刀还应有充分的充分的“窜刀窜刀”长度。长度。11.3.1.3.4滚刀的切削锥部当齿轮的螺旋角大于当齿轮的螺旋角大于2020时，就应当在滚刀上时，就应当在滚刀上做出切削锥部。为了使滚刀轴线的安装倾斜角不太做出切削锥部。为了使滚刀轴线的安装倾斜角不太大，滚刀的螺旋方向应与被加工齿轮的螺旋方向相大，滚刀的螺旋方向应与被加工齿轮的螺旋方向相同。这样，切削锥部总是做在齿轮坯转出的一边。同。这样，切削锥部总是做在齿轮坯转出的一边。必须注意，将现成的标准齿轮滚刀改磨为有切削锥必须注意，将现成的标准齿轮滚刀改磨为有切削锥部的滚刀时，必须验算剩下的圆柱部分是否还有足部的滚刀时，必须验算剩下的圆柱部分是否还有足够的长度来包络齿轮的完整齿形够的长度来包络齿轮的完整齿形。滚刀的削参数(1)(1)滚刀前刀面结构与选择滚刀前刀面结构与选择(2)(2)滚刀前刀面的一般形式是由直母线形成滚刀前刀面的一般形式是由直母线形成的螺旋面。它的特征由前角、容屑槽螺旋角决定。的螺旋面。它的特征由前角、容屑槽螺旋角决定。(3)(3)前角与螺旋角组合可能有四种形式：前角与螺旋角组合可能有四种形式：(4)(4)零前角直槽滚刀：零前角直槽滚刀：r ry y00、k k00(5)(5)正前角直槽滚刀：正前角直槽滚刀：r ry y00、k k00(6)(6)零前角螺旋槽滚刀：零前角螺旋槽滚刀：r ry y00、k k00(7)(7)正前角螺旋槽滚刀：正前角螺旋槽滚刀：r ry y00、k k 00(2)(2)滚刀后刀面结构参数滚刀后刀面结构参数(3)(3)后面包括齿顶铲面及左、右侧铲面，它后面包括齿顶铲面及左、右侧铲面，它们都是阿基米德螺旋面。们都是阿基米德螺旋面。11.3.1.5齿轮滚刀的外形尺寸滚刀的外形尺寸包括外径滚刀的外形尺寸包括外径d d、孔径孔径D D、全长、全长L L、凸台直径凸台直径d1d1、与宽度、与宽度l1l1等。等。下表列出了部分标准齿轮滚刀的外形尺寸：下表列出了部分标准齿轮滚刀的外形尺寸：11.3.1.6阿基米德齿轮滚刀的齿形误差生产中普遍使用的齿轮滚刀是阿基米德齿轮生产中普遍使用的齿轮滚刀是阿基米德齿轮滚刀。但是它与渐开线滚刀相比，其齿形是有误差滚刀。但是它与渐开线滚刀相比，其齿形是有误差的。这个误差就是由于其基本蜗杆是阿基米德蜗杆，的。这个误差就是由于其基本蜗杆是阿基米德蜗杆，而不是渐开线蜗杆。而不是渐开线蜗杆。11.3.2蜗轮滚刀11.3.2.1蜗轮滚刀的结构和工作方式蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具。从结构上来说，蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具。从结构上来说，直径较大的蜗轮滚刀是在刀体内做出孔和轴向键槽、直径较大的蜗轮滚刀是在刀体内做出孔和轴向键槽、以孔定位套装在心轴上加工蜗轮；直径较小时则在滚以孔定位套装在心轴上加工蜗轮；直径较小时则在滚刀的端面上做出端面键槽。对于直径很小的蜗轮滚刀，刀的端面上做出端面键槽。对于直径很小的蜗轮滚刀，考虑到强度和刚度问题，就不能在刀体内做出孔，此考虑到强度和刚度问题，就不能在刀体内做出孔，此时必须将滚刀做成连柄式，即滚刀与心轴连成一个整时必须将滚刀做成连柄式，即滚刀与心轴连成一个整体，如图所示。体，如图所示。蜗轮滚刀切削蜗轮时，可采用两种不同的进给方蜗轮滚刀切削蜗轮时，可采用两种不同的进给方式；径向进给方式和切向进给方式用径向进给方式时，式；径向进给方式和切向进给方式用径向进给方式时，滚刀每转一周，蜗轮转过的齿数应等于滚刀的头数，滚刀每转一周，蜗轮转过的齿数应等于滚刀的头数，这样就形成了展成运动。这样就形成了展成运动。切削锥部的位置，可按下述原则确定：即面对滚刀的前刀面，左螺旋滚刀的切削锥部在左端，右螺旋滚刀的切削锥部在右端。11.3.2.2阿基米德蜗轮滚刀的设计计算1)1)基本参数和尺寸基本参数和尺寸如前所述，蜗轮滚刀的基本蜗杆必须符合工作如前所述，蜗轮滚刀的基本蜗杆必须符合工作蜗杆，不但蜗杆的类型要相同，而且它们的主要尺蜗杆，不但蜗杆的类型要相同，而且它们的主要尺寸也应相同，阿基米德型的工作蜗杆是以轴向模数寸也应相同，阿基米德型的工作蜗杆是以轴向模数mm和轴向齿形角表示的，所以阿基米德蜗轮滚刀也和轴向齿形角表示的，所以阿基米德蜗轮滚刀也是以这两个参数来表示。此外，这种滚刀的下列一是以这两个参数来表示。此外，这种滚刀的下列一些参数也与工作蜗杆相同：些参数也与工作蜗杆相同：螺纹头数螺纹头数z z0 0=z=z1 1(11.13)(11.13)分圆柱导程角分圆柱导程角tantan0 0=tan=tan1 1(11.14)(11.14)轴向齿距轴向齿距p px0 x0=p px x=mm(11.15)(11.15)法向齿距法向齿距p pn0n0=mcos=mcos0 0(11.16)(11.16)螺纹的导程螺纹的导程p pz0z0=p=px0 x0z z1 1=mz=mz1 1(11.17)(11.17)分圆柱直径分圆柱直径p pz0z0=p=px0 x0z z1 1=mz=mz1 1(11.18)(11.18)2)2)蜗轮滚刀的铲削量蜗轮滚刀的铲削量滚刀的后角是由径向铲齿获得的。对于螺旋槽滚刀的后角是由径向铲齿获得的。对于螺旋槽和直槽的滚刀，为了使其端削面内能铲出顶刃后角和直槽的滚刀，为了使其端削面内能铲出顶刃后角p p，则铲削量应为，则铲削量应为：（11.24）滚齿时，考虑滚刀顶刃工作后角(p)在顶后刀面的螺纹方向较为合理，而p与p的关系为代入式(11.24)，得径向铲削量为：（11.25）（11.26）3)3)蜗轮滚刀的长度蜗轮滚刀的长度式中：式中：l lk k滚刀切削锥部的长度：滚刀切削锥部的长度：llc c滚刀圆柱部分的长度：滚刀圆柱部分的长度：径向进给滚刀的切削部分长度为：(11.27)式中：l1工作蜗杆螺纹部分的长度径向进给滚刀的切削部分长度为：(11.28)4)4)圆周齿数的选择圆周齿数的选择设计蜗轮滚刀时，如何选择其圆周齿数设计蜗轮滚刀时，如何选择其圆周齿数(即容屑即容屑槽数槽数)是一个相当重要的问题，选得是否恰当，对是一个相当重要的问题，选得是否恰当，对于被加工的蜗轮齿形精度和表面质量以及滚刀刀齿于被加工的蜗轮齿形精度和表面质量以及滚刀刀齿的切削负荷都有很大的影响。的切削负荷都有很大的影响。(1)(1)径向进给蜗轮滚刀的圆周齿数径向进给蜗轮滚刀的圆周齿数zk k。(2)(2)切向进给蜗轮滚刀的圆周齿数切向进给蜗轮滚刀的圆周齿数zk k。11.3.3滚刀的合理使用11.3.3.1齿轮滚刀的选用和合理安装在加工齿轮时，选用适当的滚刀是很重要的。在加工齿轮时，选用适当的滚刀是很重要的。滚刀的法向模数和法向齿形角应选得与被加工齿轮滚刀的法向模数和法向齿形角应选得与被加工齿轮的法向模数和法向齿形角相同。同时还应注意滚刀的法向模数和法向齿形角相同。同时还应注意滚刀的精度等级是否与齿轮要求的精度等级相当。的精度等级是否与齿轮要求的精度等级相当。11.3.3.2滚刀的重磨使用磨损了的滚刀滚齿时，会降低齿轮的齿形使用磨损了的滚刀滚齿时，会降低齿轮的齿形精度和恶化表面质量，还会加剧机床的振动。滚刀精度和恶化表面质量，还会加剧机床的振动。滚刀的磨损量在粗切时超过的磨损量在粗切时超过0.80.8一一1mm1mm或精切时超过或精切时超过0.20.5mm0.20.5mm，就需要重磨前刀面。滚刀的重磨精，就需要重磨前刀面。滚刀的重磨精度对于滚刀的齿形精度有很大影响，必须十分重视。度对于滚刀的齿形精度有很大影响，必须十分重视。为保证滚刀的重磨精度，滚刀刃磨需使专用的刃磨为保证滚刀的重磨精度，滚刀刃磨需使专用的刃磨机。它具有精密的分度机构、正弦尺螺旋运动机构机。它具有精密的分度机构、正弦尺螺旋运动机构及砂轮修正机构。在工具磨床上加装附件也可刃磨及砂轮修正机构。在工具磨床上加装附件也可刃磨滚刀。滚刀。11.3.3.3重磨滚刀时产生的误差及其检验方法重磨或刃磨滚刀时可能产生的误差主要有三项：重磨或刃磨滚刀时可能产生的误差主要有三项：(1)(1)前刀面径向性误差。前刀面径向性误差。(2)(2)前刀面与滚刀轴线的平行性误差。前刀面与滚刀轴线的平行性误差。(3)(3)圆周齿距误差。圆周齿距误差。(4)11.3.3.4蜗轮飞刀(5)(5)由于蜗轮滚刀是专用刀具，当制造蜗轮的数由于蜗轮滚刀是专用刀具，当制造蜗轮的数量很少时，用蜗轮滚刀往往不够经济。此时可用蜗量很少时，用蜗轮滚刀往往不够经济。此时可用蜗轮飞刀轮飞刀(简称飞刀简称飞刀)来加工。来加工。11.3.3.4.1蜗轮飞刀的工作原理所谓飞刀，就是在刀杆所谓飞刀，就是在刀杆2 2上装一把刀头上装一把刀头1 1来代替蜗轮来代替蜗轮滚刀的一个刀齿，所以飞刀可以看作是单齿的蜗轮滚刀，滚刀的一个刀齿，所以飞刀可以看作是单齿的蜗轮滚刀，由于它的刀齿数目少，因而加工生产率比滚刀低得多。由于它的刀齿数目少，因而加工生产率比滚刀低得多。但是它的结构简单，制造容易，因而较适宜于在修配工但是它的结构简单，制造容易，因而较适宜于在修配工作中或在单件小批生产中加工蜗轮。用飞刀加工蜗轮，作中或在单件小批生产中加工蜗轮。用飞刀加工蜗轮，需在具有切向刀架的滚齿机上进行。加工时，飞刀每转需在具有切向刀架的滚齿机上进行。加工时，飞刀每转一转，蜗轮转过的齿数等于工作蜗杆的头数，这就是分一转，蜗轮转过的齿数等于工作蜗杆的头数，这就是分齿运动。为了切出蜗轮的正确齿形，用飞刀加工蜗轮时齿运动。为了切出蜗轮的正确齿形，用飞刀加工蜗轮时还必须有展成运动还必须有展成运动。11.3.3.4.2飞刀刀杆与刀头的结构(1)(1)飞刀刀杆的结构飞刀刀杆的结构(2)(2)飞刀刀头装入刀杆后，应装卡牢固，不能飞刀刀头装入刀杆后，应装卡牢固，不能在切削时发生转动或移动在切削时发生转动或移动,安装位置应精确。飞刀安装位置应精确。飞刀的径向尺寸应能调整。的径向尺寸应能调整。(2)(2)刀头结构刀头结构(3)(3)飞刀刀头一般做成圆柄式，其前角一般为飞刀刀头一般做成圆柄式，其前角一般为零度，前刀面须通过轴心线，顶刃与侧刃后角可零度，前刀面须通过轴心线，顶刃与侧刃后角可取为取为881212，重磨时重磨后刀面。，重磨时重磨后刀面。(3)(3)刀头的安装位置与飞刀齿形刀头的安装位置与飞刀齿形与蜗轮滚刀一样，飞刀的两侧刀刃应在基本与蜗轮滚刀一样，飞刀的两侧刀刃应在基本蜗杆的螺纹表面上。故加工不同类型的蜗轮时，蜗杆的螺纹表面上。故加工不同类型的蜗轮时，刀头的安装位置及其齿形也有所不同。刀头的安装位置及其齿形也有所不同。第四节剃齿刀11.4.1剃齿刀的类型和应用剃齿刀是一种精加工齿轮用的刀具，剃齿后齿轮精度可达67级，较剃齿前约提高一级。因剃齿刀的耐用度和生产率较高，所用的机床简单，调整方便，因此生产中不少齿轮是用剃齿刀来精加工的。剃齿法的主要限制是不能加工淬硬的齿轮(一般要低于HRC35)。剃齿刀按其结构，分为三种：(1)齿条形剃齿刀。(2)盘形剃齿刀。(3)蜗轮剃齿刀。11.4.2剃齿原理.1剃齿时的切削速度盘形剃齿刀加工齿轮时，切削速度vp来自螺旋齿转啮合时的齿面滑移运动。剃齿刀和齿轮的齿面相对滑移速度vp为两者沿齿长方向的速度之差，由图可看出式中：剃齿刀和齿轮轴的交错角。式中：、齿轮和剃齿刀的节圆螺旋角，当两者螺旋角同向时上式取主+号，异向时取号。以上分析的是盘形剃齿刀啮合节点处的切削速度。由于啮合时接触点变化是的，所以齿面不同高度处各点的切削速度是不同的，变化规律如下图所示11.4.1.2剃齿时的啮合关系啮合线PM的长度为式中：和1剃齿刀和齿轮的节圆半径；和剃齿刀、齿轮的基圆半径；和剃齿刀、齿轮的基圆螺旋角。11.4.1.3有效啮合线和剃齿刀顶圆根圆半径的确定11.4.1.4剃齿时的进给方向现在常用的剃齿方法是工作的进给方向和被剃齿轮的轴线一致但这方法有如下缺点：(1)工作台行程较长，(2)刀具齿面上仅有一部分被使用，不是整个齿面均匀磨损。为缩短进给行程长度可采用斜向进给，即对角剃齿法，如图对角剃齿法可提高剃齿效率且使刀具全齿面磨损均匀，提高剃齿刀耐用度。但这种方法要求：剃齿机台面上增加一个回转工作台；剃齿的切削力增加，要求机床有较高的刚度和功率；刀具宽度增加；要求有较高的剃齿调整工艺水平。11.4.1.5剃齿刀的齿形修正生产经验表明，正确渐开线齿形的剃齿刀并不能保证被剃齿轮为渐开线齿形。现在生产中采用的解决办法是先修正剃齿刀的齿形(修正后剃齿刀不是纯渐开线齿形)，这样反而能加工出齿形精度高的齿轮。现在还只能先用剃齿刀加工齿轮，测量这种齿轮的齿形误差，根据齿轮齿形误差的位置大小，再对剃齿刀进行齿形修正。有时要反复修形数次，才能得到较好的剃齿效果。11.4.3剃齿刀主要结构参数的确定11.4.3.1剃齿刀的公称分度圆直径和齿数11.4.3.2.剃齿刀的分度圆螺旋角剃齿刀的螺旋角0可根据被剃齿轮的分度圆螺旋角1和轴交角 确定剃齿刀和齿轮的轴交角是一个重要的参数。轴交角太小将使实际切削作用减小，影响剃齿效率；轴交角太大将影响啮合的平稳性，降低剃齿精度。最适宜的轴交角应为1015。11.4.3.3剃齿刀齿面的刃沟(1)闭槽剃齿刀的刃沟(2)一种是平行于剃齿刀端面的(图a)，(3)另一种是垂直于齿面的(图b)。(2)通槽剃齿刀模数在0.2mm1.75mm的剃齿刀因为牙齿较小，一般制成通槽11.4.3.4.剃齿刀的变位量闭槽剃齿刀用钝后应重磨其齿形表面，因此剃齿刀相当于变位齿轮，新剃齿刀变位量最大，重磨后变位量逐渐减小，如图。新剃齿刀的最大变位量受到下列因素的限制：剃齿刀的齿顶变尖，齿顶宽度 应大干1.5mm。剃齿刀根圆处的齿间宽度不应小于1.5mm，否则齿面刃沟的加工有困难。11.4.4剃前刀具剃前齿轮精度和剃齿余量对剃齿精度都有很大影响。剃前刀具必须选择较好的余量形式，并且还应具有足够的精度。左图是一种较好的剃齿余量形式，余量在齿轮齿面均匀分布，近齿根处有微量沉切以免剃齿刀顶角参与切削，齿顶有一定修缘以免剃齿后齿顶有毛刺。第五节插齿刀11.5.1插齿刀的工作原理、类型和应用11.5.1.1插齿刀的工作原理插齿刀形状如齿轮，有前角和后角以形成切削刃，用展成原理来插制齿轮。插齿时插齿刀本身有往复的切削运动。插齿刀和被切齿轮有配合的展成运动(圆周进给)，这种运动一方面包络形成齿轮的渐开线齿廓，另一方面也是连续的确分齿运动；插齿刀每次后退空行程时，有让刀运动以避免刀具和加工齿面的摩擦，让刀运动可由刀具或工件完成；开始切削时有径向切入进给，达到要求的切深时，径向进给停止，圆周进给的展成运动继续进行，直到齿轮切完为止。因为插齿刀是用展成原理加工齿轮的，所以同一插齿刀可以加工模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮。可以加工标准齿轮，也可加工变位齿轮。11.5.1.2.插齿刀的类型(1)盘形直齿插齿刀，主要用于加工外齿轮和大直径的内齿轮。(2)碗形直齿插齿刀，主要用于加工多联齿轮和某些内齿轮。(3)锥柄直齿插齿刀，主要用于加工内齿轮。11.5.1.3.插齿刀的应用插齿刀可以加工很多种不同形式的齿轮。插齿刀可以用于加工斜齿外齿轮和斜齿内齿轮，这时可使用斜齿插齿刀。工作原理如左图插齿刀还可以加工带锥度的外齿轮和内齿轮，如图a所示；加工端面齿的非渐开线齿轮，如图b所示。直齿插齿刀的主要规格与应用范围见表直齿插齿刀的类型、规格与用途11.5.2插齿刀的齿面形状、前角和后角11.5.2.1插齿刀的齿面形状根据齿轮啮合的基本条件，这个产形齿轮的模数m和齿形角应等于倍加工齿轮的模数和齿形角。因此插齿刀及其产形齿轮的基圆直径为插齿刀的每个刀齿都有三个切削刃，如图，一个顶刃和两个侧刃。1分圆柱面2侧后刀面3侧刃4顶刃下图是插齿刀在其分圆柱面上的截形展开图，图中的梯形表示刀齿在分圆柱面上的截形。由于侧后刀面做成螺旋面，它在分圆柱面上的截线是螺旋线，所以在展开图中的这些截线就成为了直线，即梯形的两个斜边。剖面内的分圆齿厚为式中：直齿插齿刀原始剖面中的分圆齿厚；m直齿插齿刀的模数；直齿插齿刀的齿形角变位系数x0为:插齿刀任意墙剖面中的齿形尺寸为:齿顶高(相对于分圆柱面)齿根高(相对于分圆柱面)顶圆半径根圆半径式中：和插齿刀的齿顶高系数和齿根高系数，11.5.2.2插齿刀的后角和前角(1)插齿刀的顶刃后角和侧刃后角标准直齿插齿刀采用顶刃后角6，插齿刀的侧刃后角在侧刃主剖面中测量，如图齿形角20顶刃后角6的插齿刀其侧刃后角2。(2)插齿刀的顶刃前角和侧刃前角标准直齿插齿刀采用顶刃前角5。插齿刀的侧刃前角在主剖面Po中测量。主剖面Po和基圆相切。侧刃上任意点：y处的前角式中：11.5.3正前角插齿刀的齿形误差及其修正方法由此式也可写出jPB上半径为的P点的齿形角由上式可以看出这就是说：若将插齿刀的侧后刀面在端剖面内的截形齿形角做成理论渐开线齿形角，则当顶刃前角0和顶刃后角0时，插齿刀侧刃在前端面上的投影曲线的齿形角就会小于理论渐开线齿形角这样的齿形将使刀齿的齿顶变厚而齿根变薄，如图所示。用这样的插齿刀加工的齿轮，也必然使齿形角变小，齿顶变宽而齿根被过切；而且这种缺陷还随着插齿刀顶刃前角和顶刃后角的增大而加剧，所以这种齿形误差必须给予修正。修正齿形误差的方法是：将插齿刀侧后刀面在剖面内的截形(渐开线)的齿形角不做成值，而是改做成比值稍大一些的某值，即得要进行插齿刀的齿形误差修正，具体的办法是将插齿刀侧后刀面(渐开螺旋面)的基圆柱直径和基圆柱螺旋角加以改变。修正齿形误差插齿刀侧后刀面的基圆柱直径应为分圆柱螺旋角应为侧后刀面的基圆柱螺旋角应为11.5.4外啮合直齿插齿刀加工齿轮时的校验外啮合直齿插齿刀是用途最广泛的一种插齿刀，当按照所需加工的直齿齿轮的模数m和齿形角来选用直齿插齿刀时，须校验这把插齿刀的其他一些参数是否合适。校验的内容有下列三项。第一项校验校验被加工的齿轮副啮合时是否发生过渡曲线干涉齿轮l和2啮合时，它们有效齿形最低点的曲率半径k1和k2分别为齿轮l和2啮合时，它们有效齿形最低点的曲率半径k1和k2分别为为了两齿轮啮合时不发生过渡曲线干涉，插齿刀切齿轮1和2时，应使齿轮的渐开线齿形在与过渡曲线衔接的C1点和C2,点处的曲率半径和满足下列条件：；第二项校验校验齿轮是否被根切根切是因为当插齿刀的变位系数较小时，其顶圆和啮合线的交点C1超出了啮合极限点A1。当C1点和A1点重合时，刚好不发生根切。因此齿轮1不被根切的条件是同理，齿轮2不被根切的条件是第三项校验校验齿轮是否被顶切l校验第一类顶切。用变位系数较小的插齿刀加工齿轮时，齿轮的齿角相对于插齿刀运动的轨迹从几何原理来讲也可能侵入插齿刀的齿形内部。这种现象称为第一类顶切。产生这种现象的原因是齿轮的顶圆和啮合线的交点(k1或k2)超出了啮合极限点以外。齿轮l不发生第一类顶切的条件是齿轮2不发生第一类顶切的条件是l校验第二类顶切第二类顶切是指齿轮的齿顶与插齿刀的根圆之间的径向间隙小于零而产生的顶切，如图。当切削齿轮l时，径向间隙为当切削齿轮2时，径向间隙为式中：和齿轮l和2与插齿刀的中心距。如果和大于零，就表示不发生第二类顶切。第六节非渐开线齿轮刀具11.6.1非渐开线齿轮刀具的种类和用途非渐开线齿形的齿轮有花键轴、链轮、圆弧齿轮、非渐开线齿形的齿轮有花键轴、链轮、圆弧齿轮、摆线齿轮、棘轮、凸轮等。这类零件的加工方法与渐摆线齿轮、棘轮、凸轮等。这类零件的加工方法与渐开线齿轮类似可以用展成法或成形法加工，所用的开线齿轮类似可以用展成法或成形法加工，所用的刀具称为非渐开线齿轮刀具。这类刀具有非渐开线滚刀具称为非渐开线齿轮刀具。这类刀具有非渐开线滚刀、非渐开线插齿刀和展成车刀。其中非渐开线滚刀刀、非渐开线插齿刀和展成车刀。其中非渐开线滚刀用得较多。用得较多。非渐开线滚刀的优点是：可以进行连续切削，非渐开线滚刀的优点是：可以进行连续切削，故生产率较高，刀具的齿距误差不影响工件的齿故生产率较高，刀具的齿距误差不影响工件的齿距误差，可以加工长轴件等。因此该刀常用于花距误差，可以加工长轴件等。因此该刀常用于花键轴及其他零件的加工。键轴及其他零件的加工。非渐开线滚刀按工作原理又可分为展成滚刀和非渐开线滚刀按工作原理又可分为展成滚刀和成形滚刀。成形滚刀。(1)(1)展成滚刀。它是按展成法工作的，与齿轮滚刀加展成滚刀。它是按展成法工作的，与齿轮滚刀加工渐开线齿轮时类似。花键滚刀是常用的一种展工渐开线齿轮时类似。花键滚刀是常用的一种展成滚刀。成滚刀。(2)(2)成形滚刀。它是按成形原理工作的，用这种滚刀成形滚刀。它是按成形原理工作的，用这种滚刀加工时，工件上不产生过渡曲线，因此齿底不允加工时，工件上不产生过渡曲线，因此齿底不允许有过渡曲线的工件常用成形滚刀加工。最典型许有过渡曲线的工件常用成形滚刀加工。最典型的例子是棘轮滚刀。的例子是棘轮滚刀。11.6.1.1非渐开线滚刀非渐开线插齿刀是按展成原理工作的。加工时，非渐开线插齿刀是按展成原理工作的。加工时，刀具和工件好像是一对啮合的非渐开线齿轮，在插刀具和工件好像是一对啮合的非渐开线齿轮，在插齿机上与一般插齿刀一样加工工件。由于用非渐开齿机上与一般插齿刀一样加工工件。由于用非渐开线插齿刀能加工一些别的方法难以加工的零件，加线插齿刀能加工一些别的方法难以加工的零件，加工精度与生产率也较高，且不需要用专用机床，因工精度与生产率也较高，且不需要用专用机床，因此近年来它的应用日益增多。此近年来它的应用日益增多。11.6.1.2非渐开线插齿刀11.6.1.3展成车刀展成车刀是另一类展成刀具，它在专用机床上展成车刀是另一类展成刀具，它在专用机床上或改装的车床上以车削方式加工各种形状的回转体，或改装的车床上以车削方式加工各种形状的回转体，如蜗杆、丝杠、手柄和齿轮等。如蜗杆、丝杠、手柄和齿轮等。用展成滚刀加工的零件形状虽然各不相同，但用展成滚刀加工的零件形状虽然各不相同，但是它们齿形的求法却有共同之处。通常是以能与工件是它们齿形的求法却有共同之处。通常是以能与工件啮合的齿条齿形作为展成滚刀基本蜗杆的法向齿形，啮合的齿条齿形作为展成滚刀基本蜗杆的法向齿形，也就是把滚刀和工件近似地看成是齿条和齿轮的啮合。也就是把滚刀和工件近似地看成是齿条和齿轮的啮合。当滚刀的导程角较小时，这种齿形设计法的精度是足当滚刀的导程角较小时，这种齿形设计法的精度是足够的。求齿条齿形的方法很多，可以用作图法，也可够的。求齿条齿形的方法很多，可以用作图法，也可以用计算法。以用计算法。1.1.作图法作图法利用利用“齿形法线原理齿形法线原理”求齿条齿形的作图法，求齿条齿形的作图法，这个方法的原理是：一对共轭齿形在任意接触点处的这个方法的原理是：一对共轭齿形在任意接触点处的公法线必定通过啮合节点。公法线必定通过啮合节点。2.2.计算法计算法11.6.2展成滚齿刀具的一般求法11.6.3工件节圆半径的选择设计非渐开线齿形的展成刀具时，如何选择工设计非渐开线齿形的展成刀具时，如何选择工件的节圆半径是一个很重要的问题。如果节圆半径件的节圆半径是一个很重要的问题。如果节圆半径取得太小，会使工件齿顶处切不出完整的齿形；而取得太小，会使工件齿顶处切不出完整的齿形；而当节圆半径取得太大时，又会在工件齿根处留下较当节圆半径取得太大时，又会在工件齿根处留下较高的过渡曲线。因此，节圆半径有一个合理的最小高的过渡曲线。因此，节圆半径有一个合理的最小值。值。从齿形啮合原理可知：当工件齿形上任意一点从齿形啮合原理可知：当工件齿形上任意一点处的法线与节圆的交点旋转到啮合节点时，这一点处的法线与节圆的交点旋转到啮合节点时，这一点就成为这一瞬时的接触点。因此，要能加工出工件就成为这一瞬时的接触点。因此，要能加工出工件齿形，首要的条件就是齿形上各点处的法线必须能齿形，首要的条件就是齿形上各点处的法线必须能与节圆相交。与节圆相交。11.6.4用近似圆弧代替理论齿形由计算法求得的花键滚刀齿形是以若干点的坐由计算法求得的花键滚刀齿形是以若干点的坐标值表示的。生产中一般可按此坐标值来制造和检标值表示的。生产中一般可按此坐标值来制造和检验滚刀齿形。但与此同时，常在工作图中标出齿形验滚刀齿形。但与此同时，常在工作图中标出齿形的代用圆弧，以供修整铲磨齿形砂轮时参考。用圆的代用圆弧，以供修整铲磨齿形砂轮时参考。用圆弧近似代替理论齿形的方法在刀具设计中经常用弧近似代替理论齿形的方法在刀具设计中经常用到。这种方法对刃形复杂的刀具设计有普遍意义。到。这种方法对刃形复杂的刀具设计有普遍意义。三点共圆法求代用圆弧三点共圆法求代用圆弧前述计算法求出理论齿形上两个点的坐标值前述计算法求出理论齿形上两个点的坐标值A A(x x1 1,y y1 1)和和B B(x x2 2,y y2 2)，连同啮合节点，连同啮合节点P P(0(0，0)0)在内共有在内共有三点。通过这三点作一圆弧，即可代替理论齿形。三点。通过这三点作一圆弧，即可代替理论齿形。圆弧的半径圆弧的半径R R1 1和中心坐标值和中心坐标值(x x0 0,y y0 0)按下列公式计算：按下列公式计算：(11.110)(11.111)其中、按下列公式计算：(11.112)(11.113)(11.114)用一个圆弧代替理论齿形时，如果误差超过容许值，应该用两个圆弧来代替理论齿形，此时要在理论齿形上求出三点的坐标(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)连同啮合节点P(0，0)在内共四点，如图所示。用第一个圆弧连接P(0，0)、(x1,y1)和(x2,y2)三点，其半径R1和圆心坐标(xa,ya)的求法仍与上面一样。第二个圆弧仅连接(x2,y2)和(x3,y3)两点，但它的圆心(xa,ya)应与点(x2,y2)和点(xa,ya)在同一条直线上，这样才能使两个圆弧在点处(x2,y2)圆滑地连接。第二个圆弧的半径R2和圆心坐标(xa,ya)可由田求得为：(11.115)(11.116)(11.117)(11.118)式(11.115)中的按式(11.118)计算：式中的、仍按式(11.112)，式(11.113)，式(11.114)计算。本章小结齿轮刀具的种类，按加工齿轮的品种分，可分为：齿轮刀具的种类，按加工齿轮的品种分，可分为：加工渐开线圆柱齿轮的刀具：齿轮铣刀、插齿刀、加工渐开线圆柱齿轮的刀具：齿轮铣刀、插齿刀、梳齿刀、齿轮滚刀和剃齿刀等。梳齿刀、齿轮滚刀和剃齿刀等。加工蜗轮的刀具：蜗轮滚刀、飞刀和蜗轮剃齿刀等。加工蜗轮的刀具：蜗轮滚刀、飞刀和蜗轮剃齿刀等。加工锥齿轮的刀具：加工直齿锥齿轮的成对刨刀和加工锥齿轮的刀具：加工直齿锥齿轮的成对刨刀和成对铣刀，加工弧齿和摆线齿锥齿轮的铣刀盘等。成对铣刀，加工弧齿和摆线齿锥齿轮的铣刀盘等。加工非渐开线齿形工件的刀具：花键滚刀、圆弧齿加工非渐开线齿形工件的刀具：花键滚刀、圆弧齿轮