第四章 机械加工齿轮加工专用机床
机械制造技术基础复习资料
机械制造技术基础复习资料机械制造技术基础复习资料第一章第一章 机械制造概论机械制造概论机械制造：从毛坯经过一系列过程成为成品机器的过程。
机械制造：从毛坯经过一系列过程成为成品机器的过程。
生产系统：原材料进厂到产品出厂的整个生产经营管理过程。
生产系统：原材料进厂到产品出厂的整个生产经营管理过程。
制造系统：原材料变为产品的整个生产过程，原材料变为产品的整个生产过程，包括毛坯制造、包括毛坯制造、机械加工装配检测和物料的存 储运输所有的工作。
储运输所有的工作。
储运输所有的工作。
工艺系统：机械加工所使用的机床刀具夹具和工作组成了一个相对独立的系统称为工艺系统机械加工所使用的机床刀具夹具和工作组成了一个相对独立的系统称为工艺系统 生产纲领：企业根据市场需求和自身的生产能力制定生产计划，在计划期内应当生产的产品的产量和进度计划称为生产纲领。
的产量和进度计划称为生产纲领。
生产类型举例说明：生产类型举例说明：大量生产：汽车、手表、手机、由于其产量大且同一类型的产品一样故为大量生产大量生产：汽车、手表、手机、由于其产量大且同一类型的产品一样故为大量生产 成批生产：笔记本电脑、由于其每一阶段的电脑不同，每种电脑均有一定的数量成批生产：笔记本电脑、由于其每一阶段的电脑不同，每种电脑均有一定的数量单件生产：大型机床、水力发电装置，由于其为重型设备，专用设备所以只能进行单件生产。
第二章第二章 金属切削原理金属切削原理金属切削加工：利用切削刀具切除工件上多余的金属，利用切削刀具切除工件上多余的金属，从而使工件的几何形状、从而使工件的几何形状、尺寸精度及 表面质量达到预定要求，这样的加工称为金属切削加工。
表面质量达到预定要求，这样的加工称为金属切削加工。
表面质量达到预定要求，这样的加工称为金属切削加工。
切削运动由主运动和进给运动组成。
切削运动由主运动和进给运动组成。
切削用量三要素切削用量三要素::切削速度、进给量和背吃刀量切削速度、进给量和背吃刀量1、切削速度：、切削速度：切削速度Vc(m/s 或m/min) m/min) ：主运动为旋转运动，主运动的线速度：主运动为旋转运动，主运动的线速度：主运动为旋转运动，主运动的线速度 601000´=nd V wC p进给运动加工表面待加工表面待加工表面主运动已加工表面加工表面进给运动已加工表面主运动主运动为往复直线运动6010002´=rC Ln V2、进给量：工件或刀具每回转一周时二者沿进给方向相对位移。
机床的分类和型号
按照加工精度： 普通精度机床、精密机床、高精度机床。
按照自动化程度： 手动、机动、半自动和自动机床。
按照机床质量： 仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（质量
达10t）、重型机床(大于30t)和超重型机床(大于100t)。
按照机床主要工作部件的数目： 单轴、多轴或单刀和多刀机床等。
二、机床型号的编制方法
按传动链的性质不同可分为： ①外联系传动链
它是联系动力源和机床执行件之间的传动链，使执行 件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但不要求动 力源和执行之间有严格的传动比关系，如：车削时电机与 主轴间的传动链。 ②内联系传动链
它是联系复合运动之间的各个分解部分，因而传动链 所联系的执行件相互之间要求有严格的传动比关系，如： 车削螺纹主轴与刀架间的传动链；
第四章 金属切削机床基本知识
第一节 金属切削机床的分类与编号
一、金属切削机床的分类
按加工方式分： 12大类
车 钻 镗 磨 齿轮加 螺纹加 铣 刨 拉 电加工 切断 其它 床 床 床 床 工机床 工机床 床 床 床 机床 机床 机床
按通用程度分：
通用机床（万能机床）：加工范围较广、结构复杂，主要适 用于单件、 小批量生产。如卧式车床、卧式铣镗床等。 专门化机床（专能机床）：加工某一类或几类零件的某一种 （或几种）特定工序。如精密丝杠车床、凸轮轴车床、曲轴 车床等。 专用机床：加工某一种（或几种）零件的特定工序。如制造 主轴箱的专用镗床、制造车床床身导轨的专用龙门磨床等等。
机床的工艺范围：可以完成的工序种类、能加工的零件类型、 毛坯和材料种类以及适应的生产规模等。
机床的技术规格：反映机床尺寸大小和工作性能的各种技术 数据。包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
《齿轮加工机床》PPT课件
优点：每种模数，用一把刀具就可加工各种不同齿数的齿轮； 加工精度和生产率一般比较高； 应用广泛。
滚齿： 根据展成法的原理加工 齿轮的方法。
滚齿机运动分析：
主运动——滚刀旋转运动；
动；
展成（啮合）运动——齿坯与滚刀按一定速比转
二、滚切直齿圆柱齿轮运动分析
1.主运动：滚刀的旋转（B11）。 2.外展啮传成合动运关链动系：：。电维(机B持1-1、1滚-B2刀1-2u与)v-被3-切4齿-滚轮刀之。间的
滚刀旋转——1/K转(1齿) 齿坯旋转——1/ z 转(1 3.进给齿运) 动：保证滚刀在齿轮全齿宽上切出
U 合2 = nⅩ /
M1合： n只H 有=2展成运动而没有附加运动， nX =nH，
U 合1 = nⅩ / nⅨ =
1
6.快速移动传动链
首件：快速电动机——末件：滚刀架
➢用途：主要用于调整机床，以及 加工时刀具快速接近工件或快速 停止。
➢快速传动链接通时,其他传动链的工作状态: 快速传动链接通时，进给传动链必须脱开； 快速传动链接通时，差动传动链不能断开； 快速传动链接通时，展成、主传动链，可断可不断。
（1）渐开线形成的展成
B11
B22
运动：滚刀的旋转（B11）
+工件的旋转（B12）
（2）产生螺旋线（导线） 的成形运动：滚刀的直线 运动(A21)+工件的附加转
A21 B12
动(B22)
图7-4 滚切斜齿圆柱齿轮所需的运动
注：与车螺纹运动的比较
相同之处：为了形成螺旋线都需要刀具沿工件轴向移动一个导程时，工
金属切削机床概论齿轮加工机床
4.2 滚齿机运动分析
功用：滚切直齿、斜齿圆柱齿轮及蜗轮
一、滚齿原理
p86
金属切削机床概论齿轮加工机床
4.2 滚齿机 滚齿机动态传动路线
（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理
滚切直齿圆柱齿轮的传动原金属理切削图机床概论齿轮加工机床
4.2 滚齿机
（一） 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理 1.范成运动
u 作用：将范成运动中工件的旋转运动 和工件的附加运动合成后传到工作台， 使工件获得合成运动。
u 用途：加工斜齿圆柱齿轮、 切向进给法加工蜗轮时。
u 合成机构：圆柱齿轮或锥齿轮行星机 构。
金属切削机床概论齿轮加工机床
u 滚切斜齿圆柱齿轮时，工件的旋转运动是两个运 动的合成：范成运动中的旋转运动B12和螺旋轨迹 运动的附加运动B2 。
金属切削机床概论齿轮加工机床
渐开线齿轮的切齿原理(续）
2.范成法
加工方法有：插齿和滚齿 插斜齿
插直齿
金属切削机床概论齿轮加工机床
渐开线齿轮的切齿原理(续）
2.范成法
滚直齿
动画演示
滚斜齿
金属切削机床概论齿轮加工机床
2）范成法
利用齿轮的啮合原理加工齿轮。常用的展成法齿轮刀具：
滚齿刀、插齿刀、剃齿刀等
1) 范成运动传动链
u 联系滚刀主轴(B11)和工作台(B12) u 传动路线：“滚刀-4-5-ux-6-7-工件” u 保证滚刀和工件旋转运动之间的严格运
动关系。 u 换置机构ux用于适应工件齿数和滚刀头
数的变化。 u 内联系传动链，要求传动比数值绝对准
确及滚刀和工件两者的旋转方向互相配 合。
金属切削机床概论齿轮加工机床
见图4－4a.b
机械制造工艺学第四章-2011
a） a）插齿无退刀空间，小齿轮无 法加工
b） b）留出退刀空间，小齿轮可 以插齿加工
几种零件的结构工艺性举例
a） a）两端轴颈需磨削加工，但砂 轮圆角不能清根
b） b）留有退刀槽，磨削时可以清根
a） a）锥面磨削加工时易碰伤圆柱 面，且不能清根
b） b）留出砂轮越程空间，可方便 地对锥面进行磨削加工
外圆光整加工方法简介
（1）研磨 研磨是一种光整加工和精密加工方法。将研 磨剂涂 （干式）或浇注在研具与工件间，工件 与研具在一定压力下作不断变更方向的相对运 动，磨粒在工件表面切除微量的金属层。研具 材料：铸铁、铜、铝等 研磨剂：由磨粒和研磨液（煤油或机油）组成 磨粒：氧化铝、碳化硅、金刚石和碳化硼等 研磨可获得很高的尺寸精度和形状精度。 精度达5级以上，粗糙度Ra<0.16um
（3）零件的机械性能； 同种材料，不同毛坯制造方法其机械性能不同。 如：金属型浇注的毛坯比砂型浇注的毛坯强度高；而 离心浇注和压力浇注又高于金属型。一般强度要求高 的零件应采用锻件，但有时也可采用球墨铸铁。
第二节、工艺路线的制订
工艺过程设计包括两个步骤：
零件加工的工艺路线制订和工序设计。
1）工艺路线制订主要是设计零件从毛坯到成品的整 个工艺过程；包括定位基准的确定、表面加工方法的 选择、加工顺序的安排和组合工序等。 2）工序设计主要是设计各工序的具体内容；包括加 工余量、工序尺寸的计算、机床、刀具的选择、工时 定额等。 两者紧密联系，设计工艺路线时，应考虑有关工 序设计的问题；设计工序时反过来可能又要修改工艺 路线。一般应多提出几种方案进行分析比较。
a）
a）键槽方向不一致，需两次 装夹才能完成加工
b） b）键槽方向一致，一次装夹即 可完成加工
机械制造装备概论(第0、1章 绪论+机床的运动分析) - new
机械制造装备概论
• • • • • • • 绪论 第一章 机床运动分析 第二章 车床 第三章 数控机床（制造自动化机床-最后） 第四章 齿轮加工机床 第五章 磨床 第六章 其它机床
绪
论
---主要掌握常见机床的分类与编码及主参数识别。 机械制造装备概述： 机械制造行业所经历的技术变迁 机械制造装备及其在国民经济中的重要作用 机械制造装备应具备的主要功能 机械制造装备的分类
绪 机 论 械 制 造 装 备 设 计
• §金属切削机床概述 • 零件加工方法: • 铸造、锻造、焊接、切削加工、成形加工及特种加工(电火 花加工、电火花线切工、超声加工、快速成形以及化学加工、磨 料流动加工等) • 金属切削机床： • ---指用切削的方法加工金属工件，使之获得所要求的几何 形状、尺寸精度和表面质量的机器。 • ---制造机器的机器，故又称为“工作母机”或“工具机” （Machine-tool）,习惯上简称为“机床”。 • ---在现代机械制造工业中，被制造的机器零件，特别是精密零 件的最终形状、尺寸及表面粗糙度，主要是借助金属切削机床加 工来获得的，因此机床是制造机器(装备)零件的主要设备。 • ----它所担负的工作量约占机器总制造工作量的40%～60%，它 的先进程度直接影响到机器制造工业的产品质零件加工方法量和 劳动生产率。
车床
钻床
镗床
铣床
磨床
拉床
锯床
滚齿机
刨床
插床
2. 按机床的通用程度分类
1) 通用机床（万能机床）
特点是：加工范围较广，结构往往比较复杂，主要适用于 单件小批生产。
2) 专用机床
根据特定工艺要求而专门设计、制造和使用的，生产率较高， 结构比通用机床简单，适于大批量生产，如各类组合机床。
习题册参考答案-《机械制造工艺学(第二版)习题册》-B01-4148.docx
全国技工院校机械类专业通用（高级技能层级）机械制造工艺学（第二版）习题册参考答案1第一章机械加工精度与表面质量第一节机械加工精度一、填空题1．符合2．加工精度表面质量3．尺寸精度形状精度位置精度4．测量5．φ40 .008φ606．φ18.010φ18.018mm7．工艺系统8．静态动态9．“让刀”10．垂直度11．平面度12．锥形圆柱度二、选择题1A2C3D4C5C6C三、判断题1（×） 2（×）3（√） 4（×）5（√） 6（√） 7（× ）8（√） 9（√） 10（×）四、名词解释1．工艺系统由机床、夹具、刀具和工件组成的系统。
2．加工误差加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的偏离程度。
3.定尺寸刀具法是指用具有一定尺寸精度的刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）来保证工件被加工部位（如孔）的尺寸精度。
五、简答题1．答：加工精度是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和表面的相互位置）与理想几何参数的符合程度。
2机械加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三方面的内容。
获得机械加工精度的方法有：（1）获得尺寸精度的方法：试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法、数字控制法。
（2）获得形状精度的方法：轨迹法、成形法、展成法。
（3）获得相互位置精度的方法：一次安装法、多次安装法。
2.答：通常在设计机器零件及规定零件加工精度时，应注意将形状误差控制在位置公差内，位置误差又应小于尺寸公差。
精密零件或零件重要表面，其形状精度要求应高于位置精度要求，位置精度要求应高于尺寸精度要求。
3.答：第一种误差是马鞍形圆柱度误差，其原因：（1）径向力方向改变。
（2）加工粗短轴时，轴的刚度比较机床的大，工艺系统的变形主要是由主轴箱、尾座、刀架等形成（3）由机床误差引起。
改进措施：（1）加工细长轴，可采用与上述消除腰鼓形圆柱度误差相同的方法。
第四章 机械加工齿轮加工专用机床
(2)查表，选挂轮a=30， b=46， c=25，d=70
a c 30 25 24 1 b d 46 70 103 1/ 25 可知z0 103 1/ 25
(3)按轴向进给量标称值查表
uf a1 32 49 uXVII-XVIII b1 46 35
附加运动传动链的特点 （1）附加运动传动链的精度，决定着螺旋角的精度。 在配挂轮的时候，先配范成挂轮，再配附加挂轮。对于8级 精度的齿轮，精确到小数点后4位，对于7级精度的齿轮， 精确到小数点后5位。
a2 c2 sin uy 9 b2 d 2 mn k
（2）附加运动传动链中齿数被抵消掉，说明不同齿数 的齿轮可共用附加运动挂轮，这时螺旋角误差也是相同的， 可以获得良好的啮合。 同一台滚齿机生 产的齿轮螺旋角 的系统误差相同 （3）导程L含有π，与丝杆中的π 抵消，使计算简便。 （4）左旋和右旋，是靠加惰轮实现的。
(四) 滚齿机的运动合成机构
滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮 行星机构。
行星架空套 在轴X上
行星架固定 在轴X上
行星机构计算
i
H X-IX
z1 z2 a nX nH nIX nH z2 a z3
nX nH 1 nIX nH
nX 2nH nIX
滚齿加工刀具叫做滚刀，滚刀是理论上应由螺旋角接 近90度的斜齿轮开槽得到，但这种刀具难于加工得到，一 般用阿基米得蜗杆代替。
参与啮合齿的截面
视频
滚刀的旋转在截面上相当于齿条的移动，毛坯与这个 假想的齿条啮合，将齿形切出。
螺旋角=0°
螺旋角=11.3°
螺旋角=45°
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nX 2nH nIX
二、滚齿机传动系统及其调整计算
中型通用滚齿机常见的布局形式有立柱移动式和工作 台移动式两种。Y3150E属于后者。
刀杆 刀架体 支架
刀架溜板 心轴 后立柱 立柱 工作台 床鞍
床身
… … …
(一) 加工直齿圆柱齿轮的调整计算
1．主运动传动链 其运动平衡式：
uII-III
1 1 切直齿时，u合
等式是根据转 速之比为齿数 的反比列写的
化简后：
a c f 24k ux bd e z
头数k不变时，齿数z越 大，f/e越大，使等式右 边不至于过大过小，便 于配挂轮a,b,c,d
z 5 20, 取e 48, f 24 k
z 21 142, 取e 36, f 36 k
附加运动传动链的特点 （1）附加运动传动链的精度，决定着螺旋角的精度。 在配挂轮的时候，先配范成挂轮，再配附加挂轮。对于8级 精度的齿轮，精确到小数点后4位，对于7级精度的齿轮， 精确到小数点后5位。
a2 c2 sin uy 9 b2 d2 mn k
（2）附加运动传动链中齿数被抵消掉，说明不同齿数 的齿轮可共用附加运动挂轮，这时螺旋角误差也是相同的， 可以获得良好的啮合。 同一台滚齿机生 产的齿轮螺旋角 的系统误差相同 （3）导程L含有π，与丝杆中的π 抵消，使计算简便。 （4）左旋和右旋，是靠加惰轮实现的。
第四章 齿轮加工机床
第一节 概
述
第二节 滚齿机
第三节 其它类型齿轮加工机床
第四节 齿轮加工刀具
第一节 概
一、齿轮加工机床的工作原理
述
齿轮加工机床的种类繁多，构造各异，加工方法也各不 相同，但就其加工原理来说，不外是成形法和范成法两类。 成形法加工齿轮，要求所用刀具的切削刃形状与被切齿 轮的齿槽形状相吻合。 范成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿 轮啮合副(齿条——齿轮、齿轮——齿轮)中的一个转化为刀 具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合 运动而范成切出齿廓。
（1）主运动 （2）范成运动
（3）轴向进给运动
(二) 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理
（1）主运动 （2）范成运动` （3）轴向进给运动 （4）附加运动
(三) 加工蜗轮时的运动和传动原理
1．径向进给法 2．切向进给法
有轴向运动，相 当于假想的齿条 移动速度改变， 为保证啮合关系， 工件齿轮也要按 比例改变
z 143, 取e 24, f 48 k
… …
3．轴向进给运动传动链 工作台旋转一圈时，刀架的轴向进给为f 其运动平衡式：
工作台 转一圈
—轴向挂轮 —可变传动比 化简得
uf a1 f uXVII-XVIII b1 0.4608
(二) 加工斜齿圆柱齿轮的调整计算 1．主运动传动链 加工斜齿圆柱齿轮时，机床主运动传动链的调整计算 和加工直齿圆柱齿轮时相同。
2．范成运动传动链 由M1换成M2时，由 nX 2nH nIX 可知，轴X与IX的转向 相反，要加挂惰轮。
ux ac f 24k bd e z
3．轴向进给运动传动链 和加工直齿圆柱齿轮时相同。
主运动 渐开线端面齿形 范成运动
轴线进给运动
螺旋线轴向齿形
附加运动
4．附加运动传动链 刀架沿轴向移动一个导程L时，工件附件运动正负1转。 齿轮 导程
滚齿加工刀具叫做滚刀，滚刀是理论上应由螺旋角接 近90度的斜齿轮开槽得到，但这种刀具难于加工得到，一 般用阿基米得蜗杆代替。
参与啮合齿的截面
视频
滚刀的旋转在截面上相当于齿条的移动，毛坯与这个 假想的齿条啮合，将齿形切出。
螺旋角=0°
螺旋角=11.3°
螺旋角=45°
螺旋角=60°
螺旋角=80°
(一) 加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理
二、齿轮加工机床的类型
按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为圆柱 齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。 滚齿机 圆柱齿轮加工机床 插齿机
刨齿机
锥齿轮加工机床 铣齿机 拉齿机
第二节 滚齿机
滚齿机多数是立式的。用来加工直齿和斜齿的外啮合圆 柱齿轮及蜗轮；也有卧式的，用于仪表工业中加工小模数 齿轮和在一般机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等。 一、滚齿原理 滚齿加工是由一对交错轴齿轮啮合传动原理演变而来 的。 视频
(四) 滚齿机的运动合成机构
滚齿机所用的运动合成机构通常是圆柱齿轮或锥齿轮 行星机构。
行星架空套 在轴X上
行星架固定 在轴X上
行星机构计算
i
H X-IX
z1 z2 a nX nH nIX nH z2 a z3 nX nH 1 nIX nH
两倍来自刀架的运动 与一倍来自滚刀的运 动相减。由于转速可 以换向，这个公式相 加、相减都能实现。
L 25 2 a2 c2 36 e ac 1 u合2 1 3 2 25 b2 d 2 72 f b d 72
丝杆 导程
mn z L sin
u合2 2
ac f 24k bd e z
nX 2nH nIX
a2 c2 sin uy 9 b2 d2 mn k
27 31 35 ; ; ; 43 39 35
A 22 33 44 ; ; ; B 44 33 22
共有9种转速
化简得
n刀 A uv uII-III B 124.583
… …
…
…
2．范成运动传动链
其运动平衡式：
表示滚刀转速为 1时，工件的转 速，即工件转速/ 滚刀转质数直齿圆柱齿轮的调整计算
直齿圆柱齿轮范成传动链计算公式 a c f 24k ux bd e z
由于质数是不可以分解的， b和d必须要有一个数是 这个质数的整数倍 假设齿数为大于100的质数
滚齿机通常不具有齿数大于100的质数挂轮，单靠范成 传动链实现不了所需的运动。
为了加工齿数大于100的齿轮，将范成传动链和附加传 动链用行星机构进行运动合成，来实现范成运动。
(1) 主运动和轴向进给运动传动链相同
(2) 范成运动传动链 z0是与z接近的一个数， 从挂轮表上查到，可 其运动平衡式： 能不是整数