齒輪加工機牀

齒輪加工機牀是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機牀。齒輪加工機牀的品種規格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機牀，加工十幾米直徑齒輪的大型機牀，還有大量生產用的高效機牀和加工精密齒輪的高精度機牀。齒輪加工機牀廣泛應用在汽車、拖拉機、機牀、工程機械、礦山機械、冶金機械、石油、儀表、飛機和航天器等各種機械製造業中 ^[1]  。

古代的齒輪是用手工修銼成形的。1540年 ，意大利的托里亞諾在製造鐘錶時，製成一台使用旋轉銼刀的切齒 裝置；1783年，法國的勒內製成了使用銑刀的齒輪加工機牀 ，並有切削齒條和內齒輪的附件；1820年前後，英國 的懷特製造出第一台既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪的機牀 。具有這一性能的機牀到19世紀後半葉又有發展。1835年，英國的惠特沃思獲得蝸輪滾齒機的專利；1858年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機的專利；以後經多次改進，至1897年德國的普福特製成帶差動機構的滾齒機，才圓滿解決了加工斜齒輪的問題。在製成齒輪形插齒刀後，美國的費洛斯於1897年製成了插齒機。

二十世紀初，由於汽車工業的需要，各種磨齒機相繼問世。1930年左右在美國製成剃齒機；1956年製成珩齒機。60年代以後，現代技術在一些先進的圓柱齒輪加工機牀上獲得應用，比如在大型機牀上採用數字顯示指示移動量和切齒深度；在滾齒機、插齒機和磨齒機上採用電子伺服系統和數控系統代替機械傳動鏈和交換齒輪；用設有故障診斷功能的可編程序控制器，控制工作循環和變換切削參數；發展了數字控制非圓齒輪插齒機和適應控制滾齒機；在滾齒機上用電子傳感器檢測傳動鏈運動誤差，並自動反饋補償誤差等。

1884年，美國的比爾格拉姆發明了採用單刨刀按展成法加工的直齒錐齒輪刨齒機；1900年，美國的比爾設計了雙刀盤銑削直齒錐齒輪的機牀。

由於汽車工業的需要，1905年在美國製造出帶有兩把刨刀的直齒錐齒輪刨齒機，又於1913年製成弧齒錐齒輪銑齒機；1923年，出現了準漸開線齒錐齒輪銑齒機；30年代研製成能把直齒錐齒輪一次拉削成形的拉齒機，主要用於汽車差動齒輪的製造。

40年代，為適應航空工業的需要，發展了弧齒錐齒輪磨齒機。1944年，瑞士厄利康公司製成延長外擺線齒錐齒輪銑齒機；從50年代起 ，又發展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工延長外擺線齒錐齒輪的銑齒機。

齒輪加工機牀主要分為圓柱齒輪加工機牀和錐齒輪加工機牀兩大類 。圓柱齒輪加工機牀主要用於加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。 常用的有滾齒機，插齒機、銑齒機、剃齒機等 ^[1]  。

齒輪加工機牀的種類繁多，構造各異：

成形法

範成法

要求：刀具的切削刃形狀與被切齒輪的齒槽形狀相吻合。

優點：機牀較簡單，可利用通用機牀加工。

缺點：

1.對於同一模數的齒輪，只要齒數不同，齒廓形狀就不相同，需採用不同的成形刀具；

2.加工出來的齒形是近似的，加工精度較低；

3.每加工完一個齒槽後，工件需要週期地分度一次，生產率也較低。

1） 滾齒法

母線（漸開線）:採用成形法，機牀不需要表面成形運動。形成導線（直線）:相切法。機牀需要兩個成形運

動。一個是銑刀的旋轉B1，一個銑刀沿齒坯的軸向移動A。兩個都是簡單運動。銑完一個齒後，銑刀返回原位，齒坯作分度運動——轉過360º/z（z是被加工齒輪的齒數），然後再銑下一個齒槽，直至全部齒被銑削完畢。

用單齒廓成形刀具加工齒輪——

用於修配行業中加工精度要求不高的齒輪；

用於重型機器製造業中，以解決缺乏大型齒輪加工機牀的問題。

2）銑齒法

採用多齒廓成形刀具時，在一個工作循環中即可加工出全部齒槽，生產率很高，但刀具製造複雜，僅用於大量生產中。

範成法: 利用齒輪的齧合原理

把齒輪齧合副（齒條——齒輪、齒輪——齒輪）中的一個轉化為刀具；另一個轉化為工件，並強制刀具和工件作嚴格的齧合運動而範成切出齒廓。

範成法切齒所用刀具切削刃的形狀相當於齒條或齒輪的齒廓，它與被切齒輪的齒數無關。

每一種模數，只需用一把刀具就可以加工各種不同齒數的齒輪；加工時能連續分度，加工精度和生產率一般比較高，應用廣泛。

此法必須在專門的齒輪機牀上加工 ，而且機牀的調整、刀具的製造和刃磨都比較複雜，一般用於成批大量生產 ^[1]  。

按照被加工齒輪種類不同，齒輪加工機牀可分為兩大類：圓柱齒輪加工機牀—滾齒機、插齒機、車齒機等

錐齒輪加工機牀——加工直齒錐齒輪：刨齒機、銑齒機、拉齒機。加工弧齒錐齒輪：銑齒機。加工齒線形狀為延伸漸開線：錐齒輪銑齒機。精加工齒輪齒面：珩齒機、剃齒機和磨齒機。

是用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪和蝸輪等，加工範圍廣，可達到高精度或高生產率；插 齒機是用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用於加工多聯齒輪和內齒輪；銑齒機是用成形 銑刀按分度法加工，主要用於加工特殊齒形的儀表齒輪；剃齒機是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機牀； 磨齒機是用砂輪，精加工淬硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面的高精度機牀；珩齒機是利用珩輪與被加工齒輪的自由齧 合，消除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機牀； 擠齒機是利用高硬度無切削刃的擠輪與工件的自由齧合，將齒面 上的微小不平碾光，以提高精度和光潔程度的機牀；齒輪倒角機是對內外齧合的滑移齒輪的齒端部倒圓的機牀， 是生產齒輪變速箱和其他齒輪移換機構不可缺少的加工設備。圓柱齒輪加工機牀還包括齒輪熱軋機和齒輪冷軋機等。

錐齒加工機牀主要用於加工直齒、斜齒、弧齒和延長外擺線齒等錐齒輪的齒部。

直齒錐齒輪刨齒機是以成對刨齒刀按展成法粗、精加工直齒錐齒輪的機牀，有的機牀還能刨制斜齒錐齒輪，在中小批量生產中應用最廣。

使用兩把刀齒交錯的銑刀盤，按展成法銑削同一齒槽中的左右兩齒面，生產效率較高，適用於成批生產。由於銑刀盤與工件無齒長方向的相對運動，銑出的齒槽底部呈圓弧形，加工模數和齒寬均受到限制。這種機牀也可配以自動上下料裝置，實現單機自動化。

直齒錐齒輪拉銑機是在一把大直徑的拉銑刀盤的一轉中，從實體輪坯上用成形法切出一個齒槽的機牀。它是錐齒輪切削加工機牀中生產率最高的機牀，由於刀具複雜，價格昂貴，而且每種工件都需要專用刀盤，只適用於大批大量生產。機牀一般都帶有自動上下料裝置。

弧齒錐齒輪銑齒機以弧齒錐齒輪銑刀盤，按展成法粗、精加工弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪的機牀，有精切機、粗切機和拉齒機等變型。

弧齒錐齒輪磨齒機是用於磨削淬硬的弧齒錐齒輪，以提高精度和光潔程度的機牀，其結構與弧齒錐齒輪銑齒機相似，但以砂輪代替銑刀盤，並裝有砂輪修整器，也可磨削準雙曲面齒輪。

利用延長外擺線齒錐齒輪銑刀盤，或雙刀體組合式端面銑刀盤，按展成法連續分度切齒的機牀。切齒時，搖台銑刀盤和工件均作連續旋轉運動，同時搖台作進給運動加工一個工件搖台往復一次。銑刀盤和工件的連續旋轉使工件獲得一定齒數的連續分度，並形成齒長曲線。搖台的旋轉和工件的附加運動結合起來，產生展成運動，使工件獲得齒形曲線。

準漸開線齒錐齒輪銑齒機用錐度滾刀，按展成法連續分度切齒的機牀。切齒時，錐度滾刀首先以大端切削，然後以它較小直徑的一端切削，為保證整個切削過程中切削速度一致，機牀靠無級變速裝置控制滾刀轉速在切齒時，搖台、滾刀和工件均作連續旋轉運動，加工一個工件，搖台往復一次。搖台和工件的旋轉通過差動機構產生展成運動，使工件獲得沿齒長為等高的齒形曲線。

錐齒輪加工機牀的配套設備有磨削銑刀盤和拉刀盤刀刃的磨刀機，配研成對錐齒輪的研齒機，檢驗成對錐齒輪齧合接觸情況的錐齒輪滾動檢查機和防止齒部熱處理變形的淬火壓牀等。

滾齒機的運動分析

應用最廣泛的齒輪加工機牀，多數是立式。加工： 直齒、斜齒的外齧合圓柱齒輪、蝸輪卧式滾齒機，用於儀表工業中加工小模數齒輪和在一般機械製造業中加工軸齒輪、花鍵軸等。

由一對交錯軸斜齒輪齧合傳動原理演變而來將這對齧合傳動副中的一個齒輪的齒數減少到幾個或一個，螺旋角β增大到很大（即螺旋升角ω很小），它就成了蝸桿。再將蝸桿開槽並鏟背，就成為齒輪滾刀 ^[1]  。

齒輪加工機牀主要分為圓柱齒輪加工機牀和錐齒輪加工機牀兩大類。圓柱齒輪加工機牀主要用於加工各種圓 柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機，插齒機、銑齒機、剃齒機等。

齒輪加工機牀廣泛應用在汽車、拖拉機、機牀、工程機械、礦山機械、冶金機械、石油、儀表、飛機和航天器等各種機械製造業中。

齒輪加工機牀是加工各種圓柱齒輪、錐齒輪和其他帶齒零件齒部的機牀。齒輪加工機牀的品種規格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪的小型機牀，加工十幾米直徑齒輪的大型機牀，還有大量生產用的高效機牀和加工精密齒輪的高精度機牀 ^[1]  。