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第7章 齿轮刀具分解
来源:申博太阳城   发布时间:2019-10-05 13:24   浏览次数:

 

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  金属切削原理与刀具 齿轮刀具 山东大学机械工程学院 7.1 类型、工作原理、选用 按被加工的齿轮类型分: ? 圆柱齿轮刀具 ? 渐开线圆柱齿轮刀具:盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、 齿轮拉刀、插齿刀盘、齿轮滚刀、梳齿刀、剃齿刀 ? 非渐开线圆柱齿轮刀具:圆弧齿轮滚刀、摆线齿轮滚刀 、花键滚刀等 ? 蜗轮刀具(蜗轮滚刀、蜗轮飞刀、蜗轮剃齿刀等) ? 锥齿轮刀具 ? 直齿锥齿轮刀具:成对刨刀、成对盘铣刀、拉-铣刀盘 ? 曲线齿锥齿轮刀具:弧齿锥齿轮铣刀盘、摆线 齿轮刀具的分类 按刀具工作原理分: ? 成形齿轮刀具 ? 盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘 ? 展成齿轮刀具 ? 齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剃齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀 、蜗轮刀具、锥齿轮刀具等 刨齿刀 梳齿刀 2018/10/24 3 成形法加工齿轮 指状齿轮铣刀 盘状齿轮铣刀 2018/10/24 4 展成法加工齿轮 齿轮滚刀 2018/10/24 5 ? 成形法 ? 刀具的齿形与被加工齿轮的齿槽形状相同 ? 盘状模数铣刀、指状模数铣刀在铣床上铣齿轮,母线(渐开线)用成形 法形成,不需成形运动,导线)形成。 ? 由于同一模数的铣刀是按被加工工件的齿数范围分号的(每一号铣刀的 齿形按所加工的一组齿轮中齿数最少的齿轮的齿形制造),因此,用这 把铣刀切削同组其它齿数的齿轮时齿形有误差。 ? 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。所 以一般用于单件小批生产低精度的齿轮。 2018/10/24 6 ? 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; ? 圆柱齿轮加工方法:滚齿(Hobbing)、插齿(Shaping)等; ? 锥齿轮加工方法:刨齿(Shaping)、铣齿(Milling)等; ? 精加工齿轮齿面方法:研齿(Lappiong)、剃齿(Shaving)、磨 齿(Grinding)、珩齿(Honing)等。 2018/10/24 7 7.2 插齿刀结构(Gear Shaper Cutter) 插齿原理 2018/10/24 8 Shaping Machine Gleason P800S 2018/10/24 9 7.2 插齿刀结构(Gear Shaper Cutter) 标准插齿刀:直齿(Spur Gear)、斜齿(Helical Gear)插齿刀两类,另有人字齿轮 (Chevron Gear)插齿刀。 直齿插齿刀分3种结构形式: 三种标准形式(盘形、碗形、锥柄) 2018/10/24 10 插齿刀(Gear Shaper Cutter) 2018/10/24 盘形 碗形 锥柄 11 插齿刀(Gear Shaper Cutter) 2018/10/24 12 ? (1) 直齿插齿刀型式: 盘形直齿插齿刀( a)—加工外齿轮和大直径的内齿轮。公称分圆 直 径 有 五 种 : ? 75 ( m=l~4mm)、?100(m=1~6mm)、?125( m=4~8mm)、?160(m=6~10mm)和?200(m=8~12mm) (2) 碗形直齿插齿刀( b)—加工多联齿轮和某些内齿轮。公称分圆直 径有四种:?50(m=l~3.5mm)、?75(m=l~4mm)、?100(m=1 ~6mm)和?125(m=5~8mm)。 (3) 锥柄直齿插齿刀(c)—加工内齿轮。公称分圆直径有两种: ?25( m=1~2.75mm)、?38(m=1~3.75mm)。 (4) 小模数直齿插齿刀:盘状 ?63(m=0.3~1mm)和锥柄 ?25(m=0.3 ~1mm)。 2018/10/24 13 ? 斜齿插齿刀型式: (1) 盘形斜齿插齿刀—公称分圆直径?100(m=1~7mm),螺旋角?有15?和23?两 种。 (2) 锥柄斜齿插齿刀—加工斜齿内齿轮。公称分圆直径?38(m=1~4mm),螺旋 角也有15?和23?两种。 ? 人字齿轮插齿刀:成盘状,两把一套,用于加工无退刀槽人字齿轮,常 用公称分圆直径有三种: ?100(m=1~6mm)、?120(m=2~12mm)和?180 (m=2~15mm),螺旋角?为30?。 ? 插齿刀一般用高速钢制造,整体结构。大直径插齿刀也有做成镶齿结构的。 2018/10/24 14 7.3 直齿插齿刀切削刃及其前、后刀面 (1) 插齿刀的本质 ? 插齿刀的切削刃在前端面上的投影是渐开线,插齿刀的运动轨迹就象 一个齿轮的齿面(假想的“产形”齿轮)。Creating shape ? ? 插齿刀及其产形齿轮的基圆直径:db0=mz0cos? 刀齿结构:一条顶刃和顶后刀面、两条侧刃和侧后刀面 侧刃后角 直齿插齿刀的切削刃与后刀面 2018/10/24 15 插齿刀的刀齿在端剖面中的截形 2018/10/24 16 ? ? 为得到顶刃后角?p:插齿刀外圆面应是外锥面,其半锥顶角为?p; 为得到侧刃后角:两侧后刀面做成旋向相反的渐开螺旋面(左侧右旋、右侧 左旋)。 ? 刀具磨钝后,重磨前刀面时,刀齿顶圆直径和分圆齿厚都减小,但两侧刃齿 形仍是渐开线。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,齿顶高最高,分圆齿厚最厚;使用到最后的端 剖面中的齿形变位系数减小,齿顶高降低,分圆齿厚减薄。 2018/10/24 17 ? 原始剖面 —变位系数等于零的剖面 0—0,该面中齿顶高和分圆 齿厚都是标准的。在 0—0剖面向前刀面的各剖面的变位系数为 正且逐渐增大;在 0—0剖面向夹固基面的各剖面的变位系数为 负且逐渐减小。 ? 插齿刀的本质: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。插齿刀重磨一次,得到一个新的 变位系数的齿轮。按齿轮啮合原理,新的插齿刀和重磨后的插 齿刀都能加工出与之相同的模数、齿形角但不同齿数的标准齿 轮和变位齿轮。 2018/10/24 18 (2) 插齿刀任意剖面的变位系数 侧后刀面(渐开螺旋面)与分圆柱面交线为螺旋线,展开后成为直线,即 梯形两斜边。由于左右两侧刃的后角相等,两侧后刀面分圆柱螺旋角?0 相等,故展开图是等腰梯形。 2018/10/24 插齿刀分圆柱面的展开图 19 令x0为与原始剖面相距为a的任意剖面Ⅰ—Ⅰ的变位系数,则剖 面内分圆齿厚为: S0?=S0+2x0mtg? 式中:S0—原始剖面中分圆齿厚; m—插齿刀的模数; ?—插齿刀的齿形角。 又因侧后刀面的分度圆柱螺旋角为?0,故可知 S0?=S0+2atg?0 2018/10/24 20 由上两式可知,变位系数 x0 at g ?0 ? mt g ? 因为?0、m、a都是常数,x0与a成正比,即 x0∝a 图7-3中斜线bcde表示各剖面中齿形逐渐变位的情况。 设插齿刀顶刃后角为?p,则:tg?p=x0m/a 得齿侧面分圆柱螺旋角?0 tg?0=tg?tg?p 可求得插齿刀任意端剖面中的齿形尺寸(略)。 2018/10/24 21 7.4 正前角插齿刀的齿形误差及修正 ? 前面假定?p=0?。实际上必须有 ?p0? ,前刀面是“锥面” ?侧刃及其在前 端面的投影均“不是”渐开线。 切削刃的顶刃、分圆和齿根不在同一端剖面内。投影曲线 jPB不是渐开线 ,齿形角减小。导致图7-6的误差。 ? B P j 2018/10/24 22 2018/10/24 侧刃的投影曲线 端剖面 与锥面交线(圆) 渐开线 渐开线齿形角 圆与渐开线交点 在端面上的投影 各交点投影的连线 CD ? P J-J 半径rj EF (与CD夹角??) ? j 其它端剖面 其它圆 其它渐开线 ? B等 即:侧切削刃的投影,但不是渐开线 经计算(过程略 ):jPB上半径为 r0的P点的齿形角 小于? 2018/10/24 24 ? 修正齿形误差的方法 —将插齿刀切削刃在端 面内的截形(渐开线)的齿形角不做成 ? , 而做成 ? 0 值( ? 0 > ? ),使切削刃在端面内 投影(产形齿轮)的齿形分圆处齿形角 ??达 到?值。 由式7-14可知?与?0关系: tg?=tg?0(1-tg?ptg?p) 或 tg? tg? 0 ? 1 ? tg? p tg? p 2018/10/24 齿形角的修正 25 例如,?=20?,?p=6?,?p=5?时,?0=20?10?15?。插齿刀经修正后,侧刃在端面上的投影 曲线就能与理论渐开线在分圆上相切,只是该曲线在分圆处曲率半径大于理论渐开线 分圆处曲率半径,故刀齿的齿顶和齿根都比理论齿形稍宽一点,由此加工的齿轮,齿 顶和齿根有微量修缘和修根。这种齿轮,在高速重载条件下能够减轻啮合时的干涉和 噪音。 ? 修正插齿刀齿形误差的具体办法——改变插齿刀的基圆柱直径db0和基圆柱螺旋角?b0。 由式(7-15)求得?0值,然后求得修正后的插齿刀侧后刀面的基圆直径(db0)e,即 (db0)e=2(rb0)e=2r0cos?0=mz0cos?0(r0为分度圆直径) 由式(7-3)可得侧后刀面分圆柱螺旋角(?0)e tg(?0)e=tg?0tg?p 由此可得到侧后刀面的基圆柱螺旋角(?b0)e tg(?b0)e=tg(?0)ecos?0=sin?0tg?p 由此可见,插齿刀的齿形误差是由 ?p引起的,而修正齿形误差则是根据一定的 ?p和 ?p值。 因此在使用插齿刀时,不要随意改变?p和?p数值,否则又将产生齿形误差。 修正后,侧刃前端面投影曲线与理论渐开线在分圆相切(齿顶、齿跟均稍大于理论值)图 7-6b 2018/10/24 26 7.5 插齿刀的切削角度 为得到前角和后角: ? 前刀面?做成与插齿刀同轴线的内锥面,其内锥面底 角?p(标准插齿刀?p=5?)就是插齿刀顶刃前角; ? 顶刃后刀面?做成外锥面,其半锥顶角?p(标准插齿 刀?p=6?)即为顶刃后角。 2018/10/24 27 侧刃前角?0 修正侧刃j点前角?0j在其正交 剖面P0—P0内测量 ?0j可通过车刀公式计算 tg?0=tg?pcoskr+tg?fsinkr 对于插齿刀,上式?0=?0j, ?f=0?(原因:圆锥面), kr=90?-??j修(j点压力角,参 考7-13得到)麻烦 简化算法: ??j修非常接近理论渐开线齿 形上半径也是rj的m点的压力 角?m ??j修??m cos?m=rb0/rm=rb0/rj tg?0j?tg?psin?m (m点的正交剖面与基圆相切 2018/10/24 插齿刀侧刃的切削角度(仰视) 28 ? 从上式可知,?p=5?,?j是变化的,故侧刃各点前角是 变化的,即齿顶处较大(原因:rj大),齿根处较小 。如m=2.5、z=30、?p=5?的插齿刀,齿顶处前角2?36? ,而齿根处前角0?13?,这样的前角太小了。增大?p能 使 ?0 增大,但 ?p 太大会影响刀齿强度和耐用度,也影 响齿形精度。 2018/10/24 29 (2) 侧刃后角?0 ? ? 侧刃后角?0是在选定点的正交剖面内测量,严格求?0非常复杂。 侧刃后刀面非常接近通过理论渐开线齿形且分圆柱螺旋角为 ?0的渐开 螺旋面,正交剖面 P0—P0又非常接近该渐开螺旋面的基圆柱的切平面 m-m?,所以侧刃后角?0j??b0(?b0为理论渐开螺旋面基圆柱螺旋角。 tg?0j?tg?b0=tg?0cos? tg?0y?tg?psin?(齿形角) 2018/10/24 30 ? 由于?p和?都是固定值,所以侧刃上任意一点的后角 都相等。如?p=6?,?=20?时,其侧刃后角?0?2?。 ? 试验证明,适当增大后角可提高耐用度,当 ? p=9? 时 ,耐用度提高近一倍。但?p增大太多时,会影响齿形 误差和降低重磨次数。 2018/10/24 31 7.7 齿轮滚刀的基本蜗杆 滚齿原理(Gear Hobbing) 2018/10/24 32 齿轮滚刀(Gear Hob) ?滚齿原理: ? ? 模拟一对交错轴斜齿轮副啮合滚动的过程。 将其中一个齿轮的齿数减小到一或几个,轮齿的螺旋倾角很大,就成 了蜗杆。 ? ? 再将蜗杆开槽并铲背,就成了齿轮滚刀。 当机床使滚刀和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮啮合的传动比关系作 旋转运动时,滚刀就可在工件上连续不断地切出齿来。 2018/10/24 33 2018/10/24 34 ? 齿轮滚刀外貌并不象齿轮,但实质 上,它是仅有一个齿(或二、三个 齿)、齿很长,螺旋角又很大(一 般在80?以上,甚至接近90?)的斜齿 圆柱齿轮,只是它的齿绕其轴线转 好几圈,外貌很象一个蜗杆。 ? 为了使这个蜗杆能起切削作用,须 沿轴向开出很多容屑槽(直槽或螺 旋槽),使蜗杆螺纹变成许多刀齿 ,并产生了前刀面2和切削刃3。 2018/10/24 35 ? ? 每个刀齿有一个顶刃和两个侧刃。 为获得后角,还须用铲削方法铲出 侧刃后刀面4和顶刃后刀面1。 滚刀的基本蜗杆 ? 各个刀齿的切削 刃都必须位于这个相当于斜齿圆柱 齿轮的蜗杆螺纹表面上,这个蜗杆 叫滚刀的基本蜗杆(或称“产形” 蜗杆)。新滚刀齿形与重磨后的滚 刀齿形应一致。 ? 2018/10/24 36 ? 滚刀的本质:齿数很少、螺旋角很大的变位斜齿圆柱齿轮 。滚刀的基本蜗杆,通常右旋,有时左旋。 ? 渐开线基本蜗杆?基本蜗杆的螺纹表面若是渐开螺旋面, 则称渐开线基本蜗杆,这种滚刀称渐开线滚刀。可切出理 论上完全理想的渐开线齿形。但滚刀制造及检查很困难, 生产中很少采用。 2018/10/24 37 ? 近似造形方法,如采用阿基米德基本蜗杆滚刀和法向直廓基本蜗杆滚 刀。这两种滚刀基本蜗杆的螺纹表面在端剖面截形不是渐开线,分别 是阿基米德螺线和延长渐开线。当滚刀分圆柱螺旋角很大,导程很小 时,虽然它们不是渐开线蜗杆,切出的齿轮齿形也不是理论上的渐形 线齿形,但误差根小。 ? 由于阿基米德滚刀齿形误差更小,制造与检测更容易,生产中标准齿 轮滚刀通常多采用这种类型滚刀。 2018/10/24 38 ? 齿轮滚刀的基本蜗杆相当于斜齿圆柱齿轮,所以斜齿圆 柱齿轮各个基本参数的定义和计算公式也适用于滚刀的 基本蜗杆。但因滚刀的螺旋角较大,所以常用导程角来 计算。 基本蜗杆导程角 sin ?0 ? mn z0 d0 法向分圆齿距 2018/10/24 pn0 ? πmn 39 基本蜗杆的轴向齿距为: pn 0 πmn px 0 ? ? cos ?0 cos ?0 当z0 1时,基本蜗杆的导程为 Px 0 ? px 0 z0 ? πd0 tg?0 2018/10/24 40 7.8 齿轮滚刀的结构 一、齿轮滚刀的结构形式 1、整体式滚刀 中小模数的齿轮滚刀往往做成整体式。 齿轮加工中: 整体高速钢滚刀用的较多; 整体硬质合金滚刀由于制造困难、韧性较差和价格昂贵,只 制成模数较小的滚刀,用于加工仪表齿轮。 2018/10/24 41 为了便于制造、重磨和检查滚刀齿形,其容屑槽一般做 成直槽,而前刀面是通过滚刀轴线的一个平面,故顶刃 前角是0°,称为直槽零前角滚刀。 2018/10/24 42 侧刃轴向齿形角?x0 侧刃法前角 ?05?,螺旋槽 右旋滚刀:左旋容屑槽 螺旋角等于滚刀导程角 ?k =?0 前刀面(螺旋面)与端剖面的截线为直线,该直线通 过滚刀轴线时,螺旋槽零前角滚刀(两侧刃前角均 为0?)。 tg? c ? ?tg?0 cos ? xo 2018/10/24 43 2、镶齿式滚刀 模数大于10的齿轮滚刀经常做成镶齿式的(机 械装夹法固定高速钢刀条) 2018/10/24 44 刀体上焊有硬质合金刀片的、顶刃前角为负 30°的括削滚刀,用来加工(括削)淬火以后的齿 轮,可以纠正齿轮淬火以后的变形误差,并能降低 齿面的表面粗糙度。 2018/10/24 45 考试题类型 一、名词解释(10个。每题1.5分,共15分) 二、填空题(40个。每空0.5分,共20分) 三、判断题(20个。每题0.5分,共10分) 四、作图、计算、分析题(5个。每题8分,共40分) 五、简答题(3个。每题5分,共15分) 2018/10/24 46

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