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齿轮加工机床与齿轮加工

图7-1成形法加工齿轮
a)盘状模数铣刀b)指状模数铣刀

图7-2渐开线形状与基圆关系
齿轮的切削加工，按形成齿形的原理可分为两大类：成形法和展成法。
用成形法加工齿轮时，刀具的齿形与被加工齿轮的齿槽形状相同。其中最常用的是用盘状模数铣刀和指状模数铣刀在铣床上借助分度装置铣齿轮，如图7-1所示，母线（渐开线）用成形法形成，不需成形运动，导线用相切法形成，需要两个成形运动。
齿轮的齿廓形状决定于基圆的大小（与齿轮的齿数有关），如图7-2所示。由于同一模数的铣刀是按被加工工件齿数范围分号的（表7-1），每一号铣刀的齿形是按该号中最少齿数的齿轮齿形确定的，因此，用这把铣刀铣削同号中其他齿数的齿轮时齿形有误差。用成形法铣齿轮所需运动简单，不需专门的机床，但要用分度头分度，生产效率低。这种方法一般用于单件小批量生产低精度的齿轮。
用展成法加工齿轮时，齿轮表面的渐开线用展成法形成，展成法具有较高的生产效率和加工精度。齿轮加工机床绝大多数采用展成法。
圆柱齿轮的加工方法主要有：滚齿、插齿等。锥齿轮的加工方法主要有：刨齿、铣齿等。精加工齿轮齿面的方法有：磨齿、剃齿、珩齿、研齿等。
表7-1模数铣刀加工齿数范围

一、插齿原理和插齿刀
1.插齿原理及运动分析
插齿机用来加工内、外啮合的圆柱齿轮，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮，这是滚齿机无法加工的。装上附件，插齿机还能加工齿条，但插齿机不能加工蜗轮。
（1）插齿原理及所需的运动
如图3-7所示，插齿机加工原理为模拟一对圆柱齿轮的啮合过程，其中一个是工件，另一个是齿轮形刀具——插齿刀，它与被加工齿轮的模数和压力角相同。直齿插齿刀的切削刃在插齿刀前端面上的投影是渐开线，当插齿刀沿其轴线方向往复运动时，切削刃的轨迹象一个直齿圆柱齿轮的齿面，这个假想的齿轮称为“产形”齿轮。插齿机是按展成法加工圆柱齿轮的。
用插齿刀插削直齿圆柱齿轮的运动分析见图3-7。

图7-3插齿机的传动原理图
插齿开始时，插齿刀和工件除作展成运动外，还要作相对的径向切入运动，直到全齿深为止；然后，工件再旋转一周，全部轮齿就切削完毕，插齿刀与工件分开，机床停止。插齿刀在往复运动的回程时不切削。为了减少刀刃的磨损，还需要有让刀运动，即刀具在回程时径向退离工件，切削时复原。
（2）插齿机的传动原理
用齿轮形插齿刀插削直齿圆柱齿轮时，机床的传动原理图如图7-3所示。B11和B12是一个复合运动，需要一条内联系传动链和一条外联系传动链。图中插齿刀（B11—8—9—ux—10—11—工件（B12是内联系传动链——展成运动传动链。圆周进给以插齿刀每往复一次，插齿刀所转过的分度圆弧长计，因此，外联系传动链以驱动插齿刀往复的偏心轮为间接动源来联系插齿刀旋转，即图中偏心轮—4—5—6—uf—7—8—插齿刀。
插齿刀的往复运动A2是一简单运动，它只有一个外联系传动链，即电动机—1—2—uv—3—5—4—曲柄偏心轮这是主运动链。
2.插齿刀
标准插齿刀分直齿和斜齿插齿刀两类，有盘状插齿刀、碗状插齿刀、锥柄插齿刀几种型式，如图7-4所示。
（1）插齿刀的后角和齿形特征
插齿刀的每个刀齿都有一条顶刃和一个顶后刀面，两条侧刃和两个侧后刀面。

图7-5插齿刀在不同端剖面中的截形图7-6插齿刀的后角和前角
为了得到顶刃后角，插齿刀外圆面应是与插齿刀同轴线的外锥面，顶刃后角就是其半锥顶角αp（图7-5），标准直齿插齿刀αp=6°。
为了得到侧刃后角αf，将两侧后刀面做成旋向相反的渐开螺旋面；为了保持齿高不变，齿根圆也应向插齿刀轴线移近相同的距离。插齿刀每个端剖面截形，可以看成是基圆直径相同，变位系数不同的变位齿轮，新插齿刀变位系数最大，重磨后变位系数减小。变位系数等于零的剖面O-O中齿顶高和分圆齿厚都是标准值，这个剖面叫做原始剖面。插齿刀的本质是基圆相同，且变位系数由大到小依次排列而成的无穷片变位齿轮的组合体。这样，刀具磨钝后重磨前刀面时，虽然刀齿顶圆直径和分圆齿厚都减小了，但两侧刃齿形仍是渐开线。
插齿刀任意端剖面中的变位系数和该剖面到原始剖面的距离成正比，并和顶刃后角αp有关。如任意剖面A—A离原始剖面的距离为b0，则此剖面中的变位系数x0为：

知道变位系数后，读者可自己算出该剖面中的各尺寸参数。
插齿刀任意点的侧刃后角αcy在侧刃主剖面中测量（图7-6），在侧刃各点处的大小相等，其值等于渐开螺旋面的基圆螺旋角βb。（其推导过程可见参考文献□袁哲俊）。
（2）插齿刀的前角及齿形修正
为了得到插齿刀的前角，前刀面做成与插齿刀同轴线的内锥面，其内锥面底角γp就是插齿刀顶刃前角（图7-7）,标准直齿插齿刀γp=5°。
插齿刀任意点的侧刃前角γcy也在侧刃主剖面中测量（图7-6）。侧刃前角的大小与顶刃前角有关，而且在侧刃各点处大小不等，