1、金屬切削機床復習思考題答案（1） 第5章 齒輪加工機床 1.分析比較展成法與成形法加工圓柱齒輪各有何特點？ 答： 成形法加工圓柱齒輪時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。 單齒廓成形刀具時最常用的一種。用單齒廓成形刀具加工齒輪 時，每次只加工一個齒槽，之后再用分度盤進行分度，并一次加工下 一個齒槽，直至全部輪齒加工完畢。 這種加工方法的優點是機床簡單而通用， 常采用萬能臥式銑床或 立式銑床；缺點是加工精度低。由于同一模數的齒輪在齒數不同時， 其齒形曲線也不同， 這就需要備有

2、所有模數相同而齒數不同的成形刀 具，很不經濟。為此，通常采用一把銑刀加工幾種規定的相近齒數齒 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最 小齒數齒輪的齒形制造的，生產其它齒數的齒輪時必有形狀上的偏 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。又由于此法所需的設備簡 單通用，所以此法通常使用于單件小批量生產及修配行業。 在大批量生產齒輪時， 可采取利用多齒廓成形刀具的齒輪拉刀和 齒輪推刀及相應機床的加工方法。 用多齒廓成形刀具加工齒輪可以得到較高的加工精度

3、和生產率， 但要求刀具有較高的制造精度且結構復 雜，而且每套刀具只能加工一種模數和齒數的齒輪，所用機床又必須 是特殊結構的，因而成本較高，僅使用于大量生產中。 展成法加工齒輪是利用齒輪的嚙合原理進行的， 即是把齒輪嚙合 副中的一個作為刀具，另一個作為工件，并強制刀具和工件間作嚴格 的嚙合運動而切削出齒廓的。 展成法加工齒輪時，使用的刀具有滾刀、插刀等，根據展成法加 工齒輪的原理，其使用刀具的形狀只與齒輪的模數有關，而與齒輪的 齒數無關，一把刀具可用于模數相同而齒數不同的所有齒輪的加工， 因而具有刀具的通用性強，所需刀具的數量少的優點。 另外，用展成法加工齒輪時，加工過程是連續進行的，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 合于多聯齒輪、內齒圈等的加工。 展成法所使用的機械是專門用于加工齒輪的機床， 無法用于加工 其它機械零件。故只適合于專門化的大批量齒輪生產中。 2.在滾齒機上加工直齒和斜齒圓柱齒輪、 大質數直齒圓柱齒輪及 用切向法加工蝸桿時，分別需要調整哪幾條傳動鏈？畫出傳動原理 圖，并說明各傳動鏈的兩端件及計算位移是什么？ 答： 在滾齒機上加工直齒圓柱齒輪時，分別需要調整三條傳動鏈。它們是：主運動傳動鏈，展成運動傳動鏈和垂直進給運動傳動鏈。 主運動傳動鏈的兩端件是主電動機與滾刀主軸；

5、 計算位移是主電 動機與滾刀主軸轉速。 展成運動傳動鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺主軸； 計算位移是 滾刀主軸轉速與工作臺主軸轉速。 垂直進給運動傳動鏈的兩端件是工件與滾刀； 計算位移是工件轉 速與滾刀軸沿工件軸向的進給量。 在滾齒機上加工直齒圓柱齒輪時的傳動原理圖如圖 5-1。 在滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，分別需要調整四條傳動鏈。它 們是：主運動傳動鏈，展成運動傳動鏈，垂直進給運動傳動鏈和附加 運動傳動鏈。 主運動傳動鏈的兩端件是主電動機與滾刀主軸； 計算位移是主電動機與滾刀主軸轉速。 展成運動傳動鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺主軸； 計算位移是 滾刀主軸轉速與工作臺主軸轉速。 垂直進給運動傳

6、動鏈的兩端件是工件與滾刀； 計算位移是工件轉 速與滾刀架沿工件軸向的進給量。 附加運動傳動鏈的兩端件是滾刀架沿工件軸向的進給量與工作 臺主軸的附加轉動量。 在滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時的傳動原理圖如圖 5-2。 在滾齒機上加工大質數直齒圓柱齒輪時， 分別需要調整四條傳動 鏈。它們是：主運動傳動鏈，展成運動傳動鏈，垂直進給運動傳動鏈 和附加運動傳動鏈。這四條傳動鏈的兩端件同上述的加工斜齒圓柱齒輪時的傳動路 線的情況。 在滾齒機上加工大質數直齒圓柱齒輪時的傳動原理圖也與前述 的在滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時的傳動原理圖相同，見如圖 5-2。 在滾齒機上用切向法加工蝸桿時， 有徑向切入法與切向切入法兩

7、 種方法，其分別需要調整的傳動鏈，傳動原理圖，各傳動鏈的兩端件 及計算位移分述如下： (1)在滾齒機上用徑向切入法加工蝸桿時，分別需要調整三條傳 動鏈。它們是：主運動傳動鏈，展成運動傳動鏈，徑向進給運動傳動 鏈。 主運動傳動鏈的兩端件是主電動機與滾刀主軸； 計算位移是主電 動機與滾刀主軸轉速。 展成運動傳動鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺主軸； 計算位移是 滾刀主軸轉速與工作臺主軸轉速。 徑向進給運動傳動鏈的兩端件是工件與滾刀； 計算位移是工作臺 主軸轉速與滾刀架沿工件徑向的進給量。 用徑向切入法加工蝸桿時的機床傳動原理圖如圖 5-3。 （2）在滾齒機上用切向切入法加工蝸桿時，分別需要調整四條 傳

8、動鏈。它們是：主運動傳動鏈，展成運動傳動鏈，切向進給運動傳 動鏈和附加運動傳動鏈。 主運動傳動鏈的兩端件是主電動機與滾刀主軸； 計算位移是主電 動機與滾刀主軸轉速。展成運動傳動鏈的兩端件是滾刀主軸與工作臺主軸； 計算位移是 滾刀主軸轉速與工作臺主軸轉速。 切向進給運動傳動鏈的兩端件是工件與滾刀； 計算位移是工作臺 主軸轉速與滾刀架沿工件切向的進給量。 附加運動傳動鏈的兩端件是滾刀架沿工件切向的進給量與工作 臺主軸的附加轉動量。 用切向切入法加工蝸桿時的機床傳動原理圖如圖 5-4。 3.在滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時， 附加運動和垂直進給運動傳動鏈的兩端件都是工作臺和刀架， 這兩條傳動鏈是否可以合

9、并為一條傳動鏈，為什么？ 答： 不能合并為一條傳動鏈。 雖然附加運動和垂直進給運動傳動鏈的兩端件都是工作臺和刀 架，但兩條傳動鏈中具有合成機構，合成機構的兩個輸入端分別刀架 的旋轉運動與刀架的垂直運動，這是刀架的兩種完全不同的運動，其 計算位移不同。 圖 5-5 是在滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時的機床傳動原理圖。 從 圖中可清楚地看出， 刀架的旋轉運動機構與刀架的垂直運動機構是滾 齒機上的兩個完全不同的機構。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動。 4.在滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時所產生的螺旋角誤差與哪些 因素有關？如何保證一對相互嚙合的斜齒圓柱齒輪的螺旋角相等？ 答：

10、在滾齒機上滾切斜齒圓柱齒輪時所產生的螺旋角誤差與滾刀刀 架扳轉角度與方向、附加運動傳動鏈的齒輪選擇、展成運動傳動鏈的 齒輪的選擇等因素有關。 滾刀刀架扳轉角度與方向可參見第 5 題的圖示。 為保證一對相互嚙合的斜齒圓柱齒輪的螺旋角相等， 應采用成對 滾切加工的方法。 滾切一對外嚙合齒輪時， 滾切完其中的一個齒輪后， 只需重新調整滾刀安裝角度、主運動傳動鏈，并在附加運動傳動鏈中 增加或減少一個介輪，再滾切另一與只嚙合的齒輪。 5.在滾齒機上加工直齒和斜齒圓柱齒輪時， 如何確定滾刀刀架扳 轉角度與方向？如扳轉角度有誤差或方向有誤， 將會產生什么后果？答：在滾齒機上加工直齒和斜齒圓柱齒輪時，應根據滾

11、刀及工件 的旋向確定滾刀刀架扳轉角度與方向。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，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，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，滾刀的安裝角示意圖如圖 5-9 如扳轉角度有誤差或方向有誤， 將會造成加工后的齒輪齒廓的嚴重變形。 6.滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時， 工件的展成運動和附加運動的方向如何確定？以 Y3150E 型滾齒機為例，說明在使用中如何檢查這兩種運動方向是否正確？ 答：滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，工件的展成運動和附加運動 的方向可按下面的相

12、應各圖確定。圖中，工件上的實線箭頭為展成運 動的方向；虛線箭頭為附加運動的方向；滾刀上的箭頭表示滾刀的旋 轉方向。 （1）滾切直齒圓柱齒輪時： 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：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： 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 型滾齒機上滾切齒輪前，應按以上的圖 5-115-16 檢查 機

13、床各運動的方向是否正確，如發現運動方向相反時，只需在相應的 傳動鏈交換齒輪中裝上或去掉一個惰輪即可。 7.在滾齒機上加工一對斜齒圓柱齒輪時，當一個齒輪加工完成后，再加工另一個齒輪前應當進行哪些交換齒輪計算和機床調整工作？ 答： 在滾齒機上加工一對斜齒圓柱齒輪時，當一個齒輪加工完成后， 再加工另一個齒輪前應當進行展成運動傳動鏈中交換齒輪的重新計 算與變換，在附加運動傳動鏈中增加或減少一個惰輪，并對滾刀刀架 扳轉角度的調整。 滾刀調整后的刀架扳轉角度與方向可參見第 5 題的圖示。 展成運動傳動鏈中交換齒輪的選擇可按下列公式進行： = ´8.在其他條件不變，而只改變下列某一條件的情況下，滾

14、齒機的哪些傳動鏈的換向機構應變向： 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，可在滾齒機附加運動傳動鏈中 加入或減少一個介輪，使附加運動傳動鏈換向。 （2）由逆銑滾齒改為順銑滾齒（改變軸向進給方向）時，滾齒 機展成運動傳動鏈的交換齒輪中應增加或減少一個惰輪。 （3）由使用右旋滾刀改為左旋滾刀時，滾齒機展成運動傳動鏈 中的交換齒輪中應增加一個惰輪，以改變展成運動的方向；附加運動 傳動鏈中也應加入或減少一個介輪， 使附加運動傳動鏈方向維持為原 附加運動的

15、方向。同時，還必須按第 5 題中的圖 5-5圖 5-10 重新 調整滾刀的安裝角。 （4）由加工直齒齒輪改為加工斜齒齒輪時，應計算并安裝調整 好附加運動的交換齒輪，以實現工作臺的附加轉動量。 9.在 Y3150E 滾齒機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機驅動刀架返回，再滾切第二次？對齒形會有何影響？在加工齒數大于 100 的質數直齒圓柱齒輪時，可否同樣采用上述方法？為什么？ 答： 在 Y3150E 滾齒機上加工一般的直齒圓柱齒輪時，在初次滾切完 畢后，可以采用快速電動機驅動刀架返回，再滾切第二次。 在 Y3150E 滾齒機上加工斜齒圓柱齒輪時，在初次滾切

16、完畢后， 不能采用快速電動機驅動刀架返回，再滾切第二次。 這是因為在加工直齒圓柱齒輪時， 不需附加運動傳動鏈提供的工 作臺旋轉運動的附加轉動；而在加工斜齒圓柱齒輪時，加工過程中必 須考慮附加運動傳動鏈提供的工作臺旋轉附加轉動。 而在快速電動機 驅動刀架返回的過程中， 附加運動傳動鏈所提供的工作臺旋轉附加轉 動將無法復原，這將造成齒輪齒廓形狀的偏差，使輪齒變薄。 在 Y3150E 滾齒機上加工齒數大于 100 的質數直齒圓柱齒輪時， 在初次滾切完畢后，不能采用快速電動機驅動刀架返回，再滾切第二 次。 這是因為在加工齒數大于 100 的質數直齒圓柱齒輪， 必須依靠附 加運動傳動鏈提供的工作臺旋轉運

17、動的附加轉動， 而基于類似于加工 斜齒圓柱齒輪時的同樣情況，不能采用快速電動機驅動刀架返回，再 滾切第二次。 10.在 Y3150E 滾齒機上，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 mn=2mm，齒數 Z=58，8 級精度。要求： 1）畫圖表示滾刀安裝角、刀架扳動方向，滾刀和工件的運動方向。2）列出加工時各傳動鏈的運動平衡式，確定其交換齒輪齒數。 答： 11.對比滾齒機和插齒機的加工方法，說明它們各自的特點及主要應用范圍。 答： 雖然滾齒機和插齒機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和應用范圍。 滾齒機的加工方法等接近于一對相互嚙合的齒輪在轉動時的情 況，依靠滾齒刀的旋轉來切削工件。由于滾齒刀為多刃刀具，每次切 削的進刀量較小，切削過程又是一個連續不斷的過程，所以切削過程 中產生的沖擊力較小，切削過程較平穩，容易得到較高的齒輪表面精 度及較低的表面粗糙度；同時，由于其切削的頻率很高，所以滾齒法 的切削速度也很高。但由于滾刀軸結構上的限制，只適合于單聯齒輪 的加工，無法適應多聯齒輪和內齒輪的加工。盡管如此，由于滾齒機 高質高效的優點，它是目