金屬切削機(jī)床概論1

1、金屬切削機(jī)床復(fù)習(xí)思考題答案（1） 第5章 齒輪加工機(jī)床 1.分析比較展成法與成形法加工圓柱齒輪各有何特點(diǎn)？ 答： 成形法加工圓柱齒輪時(shí)所采用的刀具為成形刀具， 其切削刃的形 狀與被切削齒輪齒槽的截面形狀相同。 常用的為在銑床上用盤形或指 形齒輪銑刀銑削齒輪。此類成形刀具有單齒廓和多齒廓兩種。 單齒廓成形刀具時(shí)最常用的一種。用單齒廓成形刀具加工齒輪 時(shí)，每次只加工一個(gè)齒槽，之后再用分度盤進(jìn)行分度，并一次加工下 一個(gè)齒槽，直至全部輪齒加工完畢。 這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)床簡(jiǎn)單而通用， 常采用萬能臥式銑床或 立式銑床；缺點(diǎn)是加工精度低。由于同一模數(shù)的齒輪在齒數(shù)不同時(shí)， 其齒形曲線也不同， 這就需要備有

2、所有模數(shù)相同而齒數(shù)不同的成形刀 具，很不經(jīng)濟(jì)。為此，通常采用一把銑刀加工幾種規(guī)定的相近齒數(shù)齒 輪的方法，以減少所需刀具的種類，由于銑刀的齒形是按該范圍內(nèi)最 小齒數(shù)齒輪的齒形制造的，生產(chǎn)其它齒數(shù)的齒輪時(shí)必有形狀上的偏 差； 而且一般分度頭的分度的精度不高， 造成齒輪輪齒分布的不均勻。 另外，分度所占用的時(shí)間也較多。這些原因造成了成形法齒輪加工中 加工精度低，加工的速度、效率低的缺點(diǎn)。又由于此法所需的設(shè)備簡(jiǎn) 單通用，所以此法通常使用于單件小批量生產(chǎn)及修配行業(yè)。 在大批量生產(chǎn)齒輪時(shí)， 可采取利用多齒廓成形刀具的齒輪拉刀和 齒輪推刀及相應(yīng)機(jī)床的加工方法。 用多齒廓成形刀具加工齒輪可以得到較高的加工精度

3、和生產(chǎn)率， 但要求刀具有較高的制造精度且結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，而且每套刀具只能加工一種模數(shù)和齒數(shù)的齒輪，所用機(jī)床又必須 是特殊結(jié)構(gòu)的，因而成本較高，僅使用于大量生產(chǎn)中。 展成法加工齒輪是利用齒輪的嚙合原理進(jìn)行的， 即是把齒輪嚙合 副中的一個(gè)作為刀具，另一個(gè)作為工件，并強(qiáng)制刀具和工件間作嚴(yán)格 的嚙合運(yùn)動(dòng)而切削出齒廓的。 展成法加工齒輪時(shí)，使用的刀具有滾刀、插刀等，根據(jù)展成法加 工齒輪的原理，其使用刀具的形狀只與齒輪的模數(shù)有關(guān)，而與齒輪的 齒數(shù)無關(guān)，一把刀具可用于模數(shù)相同而齒數(shù)不同的所有齒輪的加工， 因而具有刀具的通用性強(qiáng)，所需刀具的數(shù)量少的優(yōu)點(diǎn)。 另外，用展成法加工齒輪時(shí)，加工過程是連續(xù)進(jìn)行的，加工的速

4、度較高，齒輪的精度也較高，適用于大批量生產(chǎn)多種齒輪。展成法中 的滾齒法是目前廣泛使用的齒輪加工方法， 但展成法中的插齒法更適 合于多聯(lián)齒輪、內(nèi)齒圈等的加工。 展成法所使用的機(jī)械是專門用于加工齒輪的機(jī)床， 無法用于加工 其它機(jī)械零件。故只適合于專門化的大批量齒輪生產(chǎn)中。 2.在滾齒機(jī)上加工直齒和斜齒圓柱齒輪、 大質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪及 用切向法加工蝸桿時(shí)，分別需要調(diào)整哪幾條傳動(dòng)鏈？畫出傳動(dòng)原理 圖，并說明各傳動(dòng)鏈的兩端件及計(jì)算位移是什么？ 答： 在滾齒機(jī)上加工直齒圓柱齒輪時(shí)，分別需要調(diào)整三條傳動(dòng)鏈。它們是：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是主電動(dòng)機(jī)與滾刀主軸；

5、 計(jì)算位移是主電 動(dòng)機(jī)與滾刀主軸轉(zhuǎn)速。 展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺(tái)主軸； 計(jì)算位移是 滾刀主軸轉(zhuǎn)速與工作臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速。 垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是工件與滾刀； 計(jì)算位移是工件轉(zhuǎn) 速與滾刀軸沿工件軸向的進(jìn)給量。 在滾齒機(jī)上加工直齒圓柱齒輪時(shí)的傳動(dòng)原理圖如圖 5-1。 在滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，分別需要調(diào)整四條傳動(dòng)鏈。它 們是：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和附加 運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是主電動(dòng)機(jī)與滾刀主軸； 計(jì)算位移是主電動(dòng)機(jī)與滾刀主軸轉(zhuǎn)速。 展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺(tái)主軸； 計(jì)算位移是 滾刀主軸轉(zhuǎn)速與工作臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速。 垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳

6、動(dòng)鏈的兩端件是工件與滾刀； 計(jì)算位移是工件轉(zhuǎn) 速與滾刀架沿工件軸向的進(jìn)給量。 附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀架沿工件軸向的進(jìn)給量與工作 臺(tái)主軸的附加轉(zhuǎn)動(dòng)量。 在滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)的傳動(dòng)原理圖如圖 5-2。 在滾齒機(jī)上加工大質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪時(shí)， 分別需要調(diào)整四條傳動(dòng) 鏈。它們是：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 和附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。這四條傳動(dòng)鏈的兩端件同上述的加工斜齒圓柱齒輪時(shí)的傳動(dòng)路 線的情況。 在滾齒機(jī)上加工大質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪時(shí)的傳動(dòng)原理圖也與前述 的在滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)的傳動(dòng)原理圖相同，見如圖 5-2。 在滾齒機(jī)上用切向法加工蝸桿時(shí)， 有徑向切入法與切向切入法兩

7、 種方法，其分別需要調(diào)整的傳動(dòng)鏈，傳動(dòng)原理圖，各傳動(dòng)鏈的兩端件 及計(jì)算位移分述如下： (1)在滾齒機(jī)上用徑向切入法加工蝸桿時(shí)，分別需要調(diào)整三條傳 動(dòng)鏈。它們是：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng) 鏈。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是主電動(dòng)機(jī)與滾刀主軸； 計(jì)算位移是主電 動(dòng)機(jī)與滾刀主軸轉(zhuǎn)速。 展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺(tái)主軸； 計(jì)算位移是 滾刀主軸轉(zhuǎn)速與工作臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速。 徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是工件與滾刀； 計(jì)算位移是工作臺(tái) 主軸轉(zhuǎn)速與滾刀架沿工件徑向的進(jìn)給量。 用徑向切入法加工蝸桿時(shí)的機(jī)床傳動(dòng)原理圖如圖 5-3。 （2）在滾齒機(jī)上用切向切入法加工蝸桿時(shí)，分別需要調(diào)整四條 傳

8、動(dòng)鏈。它們是：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳 動(dòng)鏈和附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是主電動(dòng)機(jī)與滾刀主軸； 計(jì)算位移是主電 動(dòng)機(jī)與滾刀主軸轉(zhuǎn)速。展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺(tái)主軸； 計(jì)算位移是 滾刀主軸轉(zhuǎn)速與工作臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速。 切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是工件與滾刀； 計(jì)算位移是工作臺(tái) 主軸轉(zhuǎn)速與滾刀架沿工件切向的進(jìn)給量。 附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件是滾刀架沿工件切向的進(jìn)給量與工作 臺(tái)主軸的附加轉(zhuǎn)動(dòng)量。 用切向切入法加工蝸桿時(shí)的機(jī)床傳動(dòng)原理圖如圖 5-4。 3.在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)， 附加運(yùn)動(dòng)和垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件都是工作臺(tái)和刀架， 這兩條傳動(dòng)鏈?zhǔn)欠窨梢院?/p>

9、并為一條傳動(dòng)鏈，為什么？ 答： 不能合并為一條傳動(dòng)鏈。 雖然附加運(yùn)動(dòng)和垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩端件都是工作臺(tái)和刀 架，但兩條傳動(dòng)鏈中具有合成機(jī)構(gòu)，合成機(jī)構(gòu)的兩個(gè)輸入端分別刀架 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與刀架的垂直運(yùn)動(dòng)，這是刀架的兩種完全不同的運(yùn)動(dòng)，其 計(jì)算位移不同。 圖 5-5 是在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)的機(jī)床傳動(dòng)原理圖。 從 圖中可清楚地看出， 刀架的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與刀架的垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是滾 齒機(jī)上的兩個(gè)完全不同的機(jī)構(gòu)。盡管它們控制的都是刀架，但它們帶 給刀架的是兩種完全不同的運(yùn)動(dòng)。 4.在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)所產(chǎn)生的螺旋角誤差與哪些 因素有關(guān)？如何保證一對(duì)相互嚙合的斜齒圓柱齒輪的螺旋角相等？ 答：

10、在滾齒機(jī)上滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)所產(chǎn)生的螺旋角誤差與滾刀刀 架扳轉(zhuǎn)角度與方向、附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的齒輪選擇、展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的 齒輪的選擇等因素有關(guān)。 滾刀刀架扳轉(zhuǎn)角度與方向可參見第 5 題的圖示。 為保證一對(duì)相互嚙合的斜齒圓柱齒輪的螺旋角相等， 應(yīng)采用成對(duì) 滾切加工的方法。 滾切一對(duì)外嚙合齒輪時(shí)， 滾切完其中的一個(gè)齒輪后， 只需重新調(diào)整滾刀安裝角度、主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，并在附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中 增加或減少一個(gè)介輪，再滾切另一與只嚙合的齒輪。 5.在滾齒機(jī)上加工直齒和斜齒圓柱齒輪時(shí)， 如何確定滾刀刀架扳 轉(zhuǎn)角度與方向？如扳轉(zhuǎn)角度有誤差或方向有誤， 將會(huì)產(chǎn)生什么后果？答：在滾齒機(jī)上加工直齒和斜齒圓柱齒輪時(shí)，應(yīng)根據(jù)滾

11、刀及工件 的旋向確定滾刀刀架扳轉(zhuǎn)角度與方向。具體可參考下圖。 圖中，為滾刀安裝角；為滾刀螺紋升角；為齒輪螺旋角。 加工直齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀的安裝角示意圖如圖 5-5 及 5-6。 用右旋滾刀加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀的安裝角示意圖如圖 5-7 用左旋滾刀加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，滾刀的安裝角示意圖如圖 5-9 如扳轉(zhuǎn)角度有誤差或方向有誤， 將會(huì)造成加工后的齒輪齒廓的嚴(yán)重變形。 6.滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)， 工件的展成運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng)的方向如何確定？以 Y3150E 型滾齒機(jī)為例，說明在使用中如何檢查這兩種運(yùn)動(dòng)方向是否正確？ 答：滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，工件的展成運(yùn)動(dòng)和附加運(yùn)動(dòng) 的方向可按下面的相

12、應(yīng)各圖確定。圖中，工件上的實(shí)線箭頭為展成運(yùn) 動(dòng)的方向；虛線箭頭為附加運(yùn)動(dòng)的方向；滾刀上的箭頭表示滾刀的旋 轉(zhuǎn)方向。 （1）滾切直齒圓柱齒輪時(shí)： 右 圖 5-11 用右旋滾刀加工直齒圓柱齒輪 左 圖 5-12 用左旋滾刀加工直齒圓柱齒輪 （2）滾切右斜的斜齒圓柱齒輪時(shí)：右 右 圖 5-13 用右旋滾刀加工右斜的斜齒圓柱齒輪 右 左 圖 5-14 用左旋滾刀加工右斜的斜齒圓柱齒輪 （3）滾切左斜的斜齒圓柱齒輪時(shí)： 右 左 圖 5-15 用右旋滾刀加工左斜的斜齒圓柱齒輪左 左 圖 5-16 用左旋滾刀加工左斜的斜齒圓柱齒輪 Y3150E 型滾齒機(jī)上滾切齒輪前，應(yīng)按以上的圖 5-115-16 檢查 機(jī)

13、床各運(yùn)動(dòng)的方向是否正確，如發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，只需在相應(yīng)的 傳動(dòng)鏈交換齒輪中裝上或去掉一個(gè)惰輪即可。 7.在滾齒機(jī)上加工一對(duì)斜齒圓柱齒輪時(shí)，當(dāng)一個(gè)齒輪加工完成后，再加工另一個(gè)齒輪前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行哪些交換齒輪計(jì)算和機(jī)床調(diào)整工作？ 答： 在滾齒機(jī)上加工一對(duì)斜齒圓柱齒輪時(shí)，當(dāng)一個(gè)齒輪加工完成后， 再加工另一個(gè)齒輪前應(yīng)當(dāng)進(jìn)行展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中交換齒輪的重新計(jì) 算與變換，在附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中增加或減少一個(gè)惰輪，并對(duì)滾刀刀架 扳轉(zhuǎn)角度的調(diào)整。 滾刀調(diào)整后的刀架扳轉(zhuǎn)角度與方向可參見第 5 題的圖示。 展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中交換齒輪的選擇可按下列公式進(jìn)行： = ´8.在其他條件不變，而只改變下列某一條件的情況下，滾

14、齒機(jī)的哪些傳動(dòng)鏈的換向機(jī)構(gòu)應(yīng)變向： 1）由滾切右旋改為滾切左旋。 2）由逆銑滾齒改為順銑滾齒（改變軸向進(jìn)給方向）。 3）由使用右旋滾刀改為左旋滾刀。 4）由加工直齒齒輪改為加工斜齒齒輪。 答： （1）由滾切右旋改為滾切左時(shí)，可在滾齒機(jī)附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中 加入或減少一個(gè)介輪，使附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈換向。 （2）由逆銑滾齒改為順銑滾齒（改變軸向進(jìn)給方向）時(shí)，滾齒 機(jī)展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的交換齒輪中應(yīng)增加或減少一個(gè)惰輪。 （3）由使用右旋滾刀改為左旋滾刀時(shí)，滾齒機(jī)展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 中的交換齒輪中應(yīng)增加一個(gè)惰輪，以改變展成運(yùn)動(dòng)的方向；附加運(yùn)動(dòng) 傳動(dòng)鏈中也應(yīng)加入或減少一個(gè)介輪， 使附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈方向維持為原 附加運(yùn)動(dòng)的

15、方向。同時(shí)，還必須按第 5 題中的圖 5-5圖 5-10 重新 調(diào)整滾刀的安裝角。 （4）由加工直齒齒輪改為加工斜齒齒輪時(shí)，應(yīng)計(jì)算并安裝調(diào)整 好附加運(yùn)動(dòng)的交換齒輪，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)量。 9.在 Y3150E 滾齒機(jī)上加工直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪，在初次滾切完畢后，是否可以采用快速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架返回，再滾切第二次？對(duì)齒形會(huì)有何影響？在加工齒數(shù)大于 100 的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪時(shí)，可否同樣采用上述方法？為什么？ 答： 在 Y3150E 滾齒機(jī)上加工一般的直齒圓柱齒輪時(shí)，在初次滾切完 畢后，可以采用快速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架返回，再滾切第二次。 在 Y3150E 滾齒機(jī)上加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，在初次滾切

16、完畢后， 不能采用快速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架返回，再滾切第二次。 這是因?yàn)樵诩庸ぶ饼X圓柱齒輪時(shí)， 不需附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈提供的工 作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)；而在加工斜齒圓柱齒輪時(shí)，加工過程中必 須考慮附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈提供的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)附加轉(zhuǎn)動(dòng)。 而在快速電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)刀架返回的過程中， 附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈所提供的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)附加轉(zhuǎn) 動(dòng)將無法復(fù)原，這將造成齒輪齒廓形狀的偏差，使輪齒變薄。 在 Y3150E 滾齒機(jī)上加工齒數(shù)大于 100 的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪時(shí)， 在初次滾切完畢后，不能采用快速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架返回，再滾切第二 次。 這是因?yàn)樵诩庸X數(shù)大于 100 的質(zhì)數(shù)直齒圓柱齒輪， 必須依靠附 加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈提供的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)

17、動(dòng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)， 而基于類似于加工 斜齒圓柱齒輪時(shí)的同樣情況，不能采用快速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架返回，再 滾切第二次。 10.在 Y3150E 滾齒機(jī)上，采用單頭右旋滾刀，滾刀螺紋升角=2º19'， 滾刀直徑為 55mm， 切削速度=22m/mm， 軸向進(jìn)給量取=1mm/r，加工斜齒圓柱齒輪， 螺旋方向右旋， 螺旋角=12º19'9” ， 模數(shù) mn=2mm，齒數(shù) Z=58，8 級(jí)精度。要求： 1）畫圖表示滾刀安裝角、刀架扳動(dòng)方向，滾刀和工件的運(yùn)動(dòng)方向。2）列出加工時(shí)各傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)平衡式，確定其交換齒輪齒數(shù)。 答： 11.對(duì)比滾齒機(jī)和插齒機(jī)的加工方法，說明它們各自的特點(diǎn)及主要應(yīng)用范圍。 答： 雖然滾齒機(jī)和插齒機(jī)的加工方法同屬于展成法， 但這兩種齒輪加 工方法也各有其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。 滾齒機(jī)的加工方法等接近于一對(duì)相互嚙合的齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情 況，依靠滾齒刀的旋轉(zhuǎn)來切削工件。由于滾齒刀為多刃刀具，每次切 削的進(jìn)刀量較小，切削過程又是一個(gè)連續(xù)不斷的過程，所以切削過程 中產(chǎn)生的沖擊力較小，切削過程較平穩(wěn)，容易得到較高的齒輪表面精 度及較低的表面粗糙度；同時(shí)，由于其切削的頻率很高，所以滾齒法 的切削速度也很高。但由于滾刀軸結(jié)構(gòu)上的限制，只適合于單聯(lián)齒輪 的加工，無法適應(yīng)多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪的加工。盡管如此，由于滾齒機(jī) 高質(zhì)高效的優(yōu)點(diǎn)，它是目