金属切削机床概论第5章1.docx
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金属切削机床概论第5章1
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《金属切削机床》复习思考题答案
(1)
第5章齿轮加工机床
1.分析比较展成法与成形法加工圆柱齿轮各有何特点?
答:
成形法加工圆柱齿轮时所采用的刀具为成形刀具,其切削刃的形
状与被切削齿轮齿槽的截面形状相同。
常用的为在铣床上用盘形或指
形齿轮铣刀铣削齿轮。
此类成形刀具有单齿廓和多齿廓两种。
单齿廓成形刀具时最常用的一种。
用单齿廓成形刀具加工齿轮
时,每次只加工一个齿槽,之后再用分度盘进行分度,并一次加工下
一个齿槽,直至全部轮齿加工完毕。
这种加工方法的优点是机床简单而通用,常采用万能卧式铣床或
立式铣床;缺点是加工精度低。
由于同一模数的齿轮在齿数不同时,
其齿形曲线也不同,这就需要备有所有模数相同而齿数不同的成形刀
具,很不经济。
为此,通常采用一把铣刀加工几种规定的相近齿数齿
轮的方法,以减少所需刀具的种类,由于铣刀的齿形是按该范围内最
小齿数齿轮的齿形制造的,生产其它齿数的齿轮时必有形状上的偏
差;而且一般分度头的分度的精度不高,造成齿轮轮齿分布的不均匀。
另外,分度所占用的时间也较多。
这些原因造成了成形法齿轮加工中
加工精度低,加工的速度、效率低的缺点。
又由于此法所需的设备简
单通用,所以此法通常使用于单件小批量生产及修配行业。
在大批量生产齿轮时,可采取利用多齿廓成形刀具的齿轮拉刀和
齿轮推刀及相应机床的加工方法。
用多齿廓成形刀具加工齿轮可以得
到较高的加工精度和生产率,但要求刀具有较高的制造精度且结构复
杂,而且每套刀具只能加工一种模数和齿数的齿轮,所用机床又必须
是特殊结构的,因而成本较高,仅使用于大量生产中。
展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的,即是把齿轮啮合
副中的一个作为刀具,另一个作为工件,并强制刀具和工件间作严格
的啮合运动而切削出齿廓的。
展成法加工齿轮时,使用的刀具有滚刀、插刀等,根据展成法加
工齿轮的原理,其使用刀具的形状只与齿轮的模数有关,而与齿轮的
齿数无关,一把刀具可用于模数相同而齿数不同的所有齿轮的加工,
因而具有刀具的通用性强,所需刀具的数量少的优点。
另外,用展成法加工齿轮时,加工过程是连续进行的,加工的速
度较高,齿轮的精度也较高,适用于大批量生产多种齿轮。
展成法中
的滚齿法是目前广泛使用的齿轮加工方法,但展成法中的插齿法更适
合于多联齿轮、内齿圈等的加工。
展成法所使用的机械是专门用于加工齿轮的机床,无法用于加工
其它机械零件。
故只适合于专门化的大批量齿轮生产中。
2.在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮、大质数直齿圆柱齿轮及
用切向法加工蜗杆时,分别需要调整哪几条传动链?
画出传动原理
图,并说明各传动链的两端件及计算位移是什么?
答:
在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮时,分别需要调整三条传动链。
它
们是:
主运动传动链,展成运动传动链和垂直进给运动传动链。
主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴;计算位移是主电
动机与滚刀主轴转速。
展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴;计算位移是
滚刀主轴转速与工作台主轴转速。
垂直进给运动传动链的两端件是工件与滚刀;计算位移是工件转
速与滚刀轴沿工件轴向的进给量。
在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮时的传动原理图如图5-1。
在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时,分别需要调整四条传动链。
它
们是:
主运动传动链,展成运动传动链,垂直进给运动传动链和附加
运动传动链。
主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴;计算位移是主电
动机与滚刀主轴转速。
展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴;计算位移是
滚刀主轴转速与工作台主轴转速。
垂直进给运动传动链的两端件是工件与滚刀;计算位移是工件转
速与滚刀架沿工件轴向的进给量。
附加运动传动链的两端件是滚刀架沿工件轴向的进给量与工作
台主轴的附加转动量。
在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时的传动原理图如图5-2。
在滚齿机上加工大质数直齿圆柱齿轮时,分别需要调整四条传动
链。
它们是:
主运动传动链,展成运动传动链,垂直进给运动传动链
和附加运动传动链。
这四条传动链的两端件同上述的加工斜齿圆柱齿轮时的传动路
线的情况。
在滚齿机上加工大质数直齿圆柱齿轮时的传动原理图也与前述
的在滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时的传动原理图相同,见如图5-2。
在滚齿机上用切向法加工蜗杆时,有径向切入法与切向切入法两
种方法,其分别需要调整的传动链,传动原理图,各传动链的两端件
及计算位移分述如下:
(1)在滚齿机上用径向切入法加工蜗杆时,分别需要调整三条传
动链。
它们是:
主运动传动链,展成运动传动链,径向进给运动传动
链。
主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴;计算位移是主电
动机与滚刀主轴转速。
展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴;计算位移是
滚刀主轴转速与工作台主轴转速。
径向进给运动传动链的两端件是工件与滚刀;计算位移是工作台
主轴转速与滚刀架沿工件径向的进给量。
用径向切入法加工蜗杆时的机床传动原理图如图5-3。
。
(2)在滚齿机上用切向切入法加工蜗杆时,分别需要调整四条
传动链。
它们是:
主运动传动链,展成运动传动链,切向进给运动传
动链和附加运动传动链。
主运动传动链的两端件是主电动机与滚刀主轴;计算位移是主电
动机与滚刀主轴转速。
展成运动传动链的两端件是滚刀主轴与工作台主轴;计算位移是
滚刀主轴转速与工作台主轴转速。
切向进给运动传动链的两端件是工件与滚刀;计算位移是工作台
主轴转速与滚刀架沿工件切向的进给量。
附加运动传动链的两端件是滚刀架沿工件切向的进给量与工作
台主轴的附加转动量。
用切向切入法加工蜗杆时的机床传动原理图如图5-4。
3.在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时,附加运动和垂直进给运动传动链的两端件都是工作台和刀架,这两条传动链是否可以合并为一条传动链,为什么?
答:
不能合并为一条传动链。
虽然附加运动和垂直进给运动传动链的两端件都是工作台和刀
架,但两条传动链中具有合成机构,合成机构的两个输入端分别刀架
的旋转运动与刀架的垂直运动,这是刀架的两种完全不同的运动,其
计算位移不同。
图5-5是在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时的机床传动原理图。
从
图中可清楚地看出,刀架的旋转运动机构与刀架的垂直运动机构是滚
齿机上的两个完全不同的机构。
尽管它们控制的都是刀架,但它们带
给刀架的是两种完全不同的运动。
4.在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时所产生的螺旋角误差与哪些
因素有关?
如何保证一对相互啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等?
答:
在滚齿机上滚切斜齿圆柱齿轮时所产生的螺旋角误差与滚刀刀
架扳转角度与方向、附加运动传动链的齿轮选择、展成运动传动链的
齿轮的选择等因素有关。
滚刀刀架扳转角度与方向可参见第5题的图示。
为保证一对相互啮合的斜齿圆柱齿轮的螺旋角相等,应采用成对
滚切加工的方法。
滚切一对外啮合齿轮时,滚切完其中的一个齿轮后,
只需重新调整滚刀安装角度、主运动传动链,并在附加运动传动链中
增加或减少一个介轮,再滚切另一与只啮合的齿轮。
5.在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时,如何确定滚刀刀架扳
转角度与方向?
如扳转角度有误差或方向有误,将会产生什么后果?
答:
在滚齿机上加工直齿和斜齿圆柱齿轮时,应根据滚刀及工件
的旋向确定滚刀刀架扳转角度与方向。
具体可参考下图。
图中,δ为滚刀安装角;ψ为滚刀螺纹升角;β为齿轮螺旋角。
加工直齿圆柱齿轮时,滚刀的安装角示意图如图5-5及5-6。
用右旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮时,滚刀的安装角示意图如图5-7
用左旋滚刀加工斜齿圆柱齿轮时,滚刀的安装角示意图如图5-9
如扳转角度有误差或方向有误,将会造成加工后的齿轮齿廓的严重变形。
6.滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时,工件的展成运动和附加运动的方向如何确定?
以Y3150E型滚齿机为例,说明在使用中如何检查这两种运动方向是否正确?
答:
滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时,工件的展成运动和附加运动
的方向可按下面的相应各图确定。
图中,工件上的实线箭头为展成运
动的方向;虚线箭头为附加运动的方向;滚刀上的箭头表示滚刀的旋
转方向。
(1)滚切直齿圆柱齿轮时:
右
图5-11用右旋滚刀加工直齿圆柱齿轮
左
图5-12用左旋滚刀加工直齿圆柱齿轮
(2)滚切右斜的斜齿圆柱齿轮时:
右
右
β
图5-13用右旋滚刀加工右斜的斜齿圆柱齿轮
右
左
β
图5-14用左旋滚刀加工右斜的斜齿圆柱齿轮
(3)滚切左斜的斜齿圆柱齿轮时:
β
右
左
图5-15用右旋滚刀加工左斜的斜齿圆柱齿轮
左
β
左
图5-16用左旋滚刀加工左斜的斜齿圆柱齿轮
Y3150E型滚齿机上滚切齿轮前,应按以上的图5-11~5-16检查
机床各运动的方向是否正确,如发现运动方向相反时,只需在相应的
传动链交换齿轮中装上或去掉一个惰轮即可。
7.在滚齿机上加工一对斜齿圆柱齿轮时,当一个齿轮加工完成后,再加工另一个齿轮前应当进行哪些交换齿轮计算和机床调整工作?
答:
在滚齿机上加工一对斜齿圆柱齿轮时,当一个齿轮加工完成后,
再加工另一个齿轮前应当进行展成运动传动链中交换齿轮的重新计
算与变换,在附加运动传动链中增加或减少一个惰轮,并对滚刀刀架
扳转角度的调整。
滚刀调整后的刀架扳转角度与方向可参见第5题的图示。
展成运动传动链中交换齿轮的选择可按下列公式进行:
=´
8.在其他条件不变,而只改变下列某一条件的情况下,滚齿机的哪些传动链的换向机构应变向:
1)由滚切右旋改为滚切左旋。
2)由逆铣滚齿改为顺铣滚齿(改变轴向进给方向)。
3)由使用右旋滚刀改为左旋滚刀。
4)由加工直齿齿轮改为加工斜齿齿轮。
答:
(1)由滚切右旋改为滚切左时,可在滚齿机附加运动传动链中
加入或减少一个介轮,使附加运动传动链换向。
(2)由逆铣滚齿改为顺铣滚齿(改变轴向进给方向)时,滚齿
机展成运动传动链的交换齿轮中应增加或减少一个惰轮。
(3)由使用右旋滚刀改为左旋滚刀时,滚齿机展成运动传动链
中的交换齿轮中应增加一个惰轮,以改变展成运动的方向;附加运动
传动链中也应加入或减少一个介轮,使附加运动传动链方向维持为原
附加运动的方向。
同时,还必须按第5题中的图5-5~图5-10重新
调整滚刀的安装角。
(4)由加工直齿齿轮改为加工斜齿齿轮时,应计算并安装调整
好附加运动的交换齿轮,以实现工作台的附加转动量。
9.在Y3150E滚齿机上加工直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮,在初次滚切完毕后,是否可以采用快速电动机驱动刀架返回,再滚切第二次?
对齿形会有何影响?
在加工齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮时,可否同样采用上述方法?
为什么?
答:
在Y3150E滚齿机上加工一般的直齿圆柱齿轮时,在初次滚切完
毕后,可以采用快速电动机驱动刀架返回,再滚切第二次。
在Y3150E滚齿机上加工斜齿圆柱齿轮时,在初次滚切完毕后,
不能采用快速电动机驱动刀架返回,再滚切第二次。
这是因为在加工直齿圆柱齿轮时,不需附加运动传动链提供的工
作台旋转运动的附加转动;而在加工斜齿圆柱齿轮时,加工过程中必
须考虑附加运动传动链提供的工作台旋转附加转动。
而在快速电动机
驱动刀架返回的过程中,附加运动传动链所提供的工作台旋转附加转
动将无法复原,这将造成齿轮齿廓形状的偏差,使轮齿变薄。
在Y3150E滚齿机上加工齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮时,
在初次滚切完毕后,不能采用快速电动机驱动刀架返回,再滚切第二
次。
这是因为在加工齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮,必须依靠附
加运动传动链提供的工作台旋转运动的附加转动,而基于类似于加工
斜齿圆柱齿轮时的同样情况,不能采用快速电动机驱动刀架返回,再
滚切第二次。
10.在Y3150E滚齿机上,采用单头右旋滚刀,滚刀螺纹升角ψ=2º19',滚刀直径为55mm,切削速度υ=22m/mm,轴向进给量取ƒ=1mm/r,加工斜齿圆柱齿轮,螺旋方向右旋,螺旋角β=12º19'9”,模数mn=2mm,齿数Z=58,8级精度。
要求:
1)画图表示滚刀安装角δ、刀架扳动方向,滚刀和工件的运动方向。
2)列出加工时各传动链的运动平衡式,确定其交换齿轮齿数。
答:
11.对比滚齿机和插齿机的加工方法,说明它们各自的特点及主要应用范围。
答:
虽然滚齿机和插齿机的加工方法同属于展成法,但这两种齿轮加
工方法也各有其特点和应用范围。
滚齿机的加工方法等接近于一对相互啮合的齿轮在转动时的情
况,依靠滚齿刀的旋转来切削工件。
由于滚齿刀为多刃刀具,每次切
削的进刀量较小,切削过程又是一个连续不断的过程,所以切削过程
中产生的冲击力较小,切削过程较平稳,容易得到较高的齿轮表面精
度及较低的表面粗糙度;同时,由于其切削的频率很高,所以滚齿法
的切削速度也很高。
但由于滚刀轴结构上的限制,只适合于单联齿轮
的加工,无法适应多联齿轮和内齿轮的加工。
尽管如此,由于滚齿机
高质高效的优点,它是目前最常用的加工齿轮的专用设备。
用插齿机加工齿轮时,由于插齿刀在构造上属于单刃刀具,切削
过成为断续的过程,切削时的大部分时间为空行程,插齿刀在每次切
削完成后还必须以让刀的方式返回原位置,所以切削的频率较低,每
次切削量较大,切削出的齿轮的表面精度较低、表面粗糙度较高,切
削的速度也较低。
但插齿机可适应于多联齿轮和内齿轮的加工。
12.在插齿机上加工直齿圆柱齿轮,主要有哪些运动组成?
其中那些运动不参与工件表面的形成过程?
答:
在插齿机上加工直齿圆柱齿轮,主要运动有主运动、展成运动、圆周进给运动、径向切入运动及让刀运动等。
其中让刀运动不参与工件表面的形成过程。
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