齒輪加工機(jī)床科普知識(shí)

      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制造鐘表時(shí)，制成一臺(tái)使用旋轉(zhuǎn)銼刀的切齒裝置；1783年，法國(guó)的勒內(nèi)制成了使用銑刀的齒輪加工機(jī)床，并有切削齒條和內(nèi)齒輪的附件；1820年前后，英國(guó)的懷特制造出第一臺(tái)既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪的機(jī)床。具有這一性能的機(jī)床到19世紀(jì)后半葉又有發(fā)展。
      1835年，英國(guó)的惠特沃思獲得蝸輪滾齒機(jī)的專利；1858年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機(jī)的專利；以后經(jīng)多次改進(jìn)，至1897年德國(guó)的普福特制成帶差動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾齒機(jī)，才圓滿解決了加工斜齒輪的問題。在制成齒輪形插齒刀后，美國(guó)的費(fèi)洛斯于1897年制成了插齒機(jī)。
二十世紀(jì)初，由于汽車工業(yè)的需要，各種磨齒機(jī)相繼問世。1930年左右在美國(guó)制成剃齒機(jī)；1956年制成珩齒機(jī)。60年代以后，現(xiàn)代技術(shù)在一些先進(jìn)的圓柱齒輪加工機(jī)床上獲得應(yīng)用，比如在大型機(jī)床上采用數(shù)字顯示指示移動(dòng)量和切齒深度；在滾齒機(jī)、插齒機(jī)和磨齒機(jī)上采用電子伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)代替機(jī)械傳動(dòng)鏈和交換齒輪；用設(shè)有故障診斷功能的可編程序控制器，控制工作循環(huán)和變換切削參數(shù)；發(fā)展了數(shù)字控制非圓齒輪插齒機(jī)和適應(yīng)控制滾齒機(jī)；在滾齒機(jī)上用電子傳感器檢測(cè)傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)誤差，并自動(dòng)反饋補(bǔ)償誤差等。
1884年，美國(guó)的比爾格拉姆發(fā)明了采用單刨刀按展成法加工的直齒錐齒輪刨齒機(jī)；1900年，美國(guó)的比爾設(shè)計(jì)了雙刀盤銑削直齒錐齒輪的機(jī)床。
由于汽車工業(yè)的需要，1905年在美國(guó)制造出帶有兩把刨刀的直齒錐齒輪刨齒機(jī)，又于1913年制成弧齒錐齒輪銑齒機(jī)；1923年，出現(xiàn)了準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪銑齒機(jī)；30年代研制成能把直齒錐齒輪一次拉削成形的拉齒機(jī)，主要用于汽車差動(dòng)齒輪的制造。
40年代，為適應(yīng)航空工業(yè)的需要，發(fā)展了弧齒錐齒輪磨齒機(jī)。1944年，瑞士厄利康公司制成延長(zhǎng)外擺線齒錐齒輪銑齒機(jī)；從50年代起，又發(fā)展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工延長(zhǎng)外擺線齒錐齒輪的銑齒機(jī)。
插齒加工示意圖
齒輪加工機(jī)床主要分為圓柱齒輪加工機(jī)床和錐齒輪加工機(jī)床兩大類。圓柱齒輪加工機(jī)床主要用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機(jī)，插齒機(jī)、銑齒機(jī)、剃齒機(jī)等。
滾齒機(jī)是用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪和蝸輪等，加工范圍廣，可達(dá)到高精度或高生產(chǎn)率；插齒機(jī)是用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用于加工多聯(lián)齒輪和內(nèi)齒輪；銑齒機(jī)是用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形的儀表齒輪；剃齒機(jī)是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機(jī)床；磨齒機(jī)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(jī)床；珩齒機(jī)是利用珩輪與被加工齒輪的自由嚙合，消除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機(jī)床；擠齒機(jī)是利用高硬度無切削刃的擠輪與工件的自由嚙合，將齒面上的微小不平碾光，以提高精度和光潔程度的機(jī)床；齒輪倒角機(jī)是對(duì)內(nèi)外嚙合的滑移齒輪的齒端部倒圓的機(jī)床，是生產(chǎn)齒輪變速箱和其他齒輪移換機(jī)構(gòu)不可缺少的加工設(shè)備。圓柱齒輪加工機(jī)床還包括齒輪熱軋機(jī)和齒輪冷軋機(jī)等。
直齒錐齒輪傳動(dòng)示意圖
錐齒加工機(jī)床主要用于加工直齒、斜齒、弧齒和延長(zhǎng)外擺線齒等錐齒輪的齒部。
直齒錐齒輪刨齒機(jī)是以成對(duì)刨齒刀按展成法粗、精加工直齒錐齒輪的機(jī)床，有的機(jī)床還能刨制斜齒錐齒輪，在中小批量生產(chǎn)中應(yīng)用最廣。
雙刀盤直齒錐齒輪銑齒機(jī)使用兩把刀齒交錯(cuò)的銑刀盤，按展成法銑削同一齒槽中的左右兩齒面，生產(chǎn)效率較高，適用于成批生產(chǎn)。由于銑刀盤與工件無齒長(zhǎng)方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，銑出的齒槽底部呈圓弧形，加工模數(shù)和齒寬均受到限制。這種機(jī)床也可配以自動(dòng)上下料裝置，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。
直齒錐齒輪拉銑機(jī)是在一把大直徑的拉銑刀盤的一轉(zhuǎn)中，從實(shí)體輪坯上用成形法切出一個(gè)齒槽的機(jī)床。它是錐齒輪切削加工機(jī)床中生產(chǎn)率最高的機(jī)床，由于刀具復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且每種工件都需要專用刀盤，只適用于大批大量生產(chǎn)。機(jī)床一般都帶有自動(dòng)上下料裝置。
弧齒錐齒輪銑齒機(jī)以弧齒錐齒輪銑刀盤，按展成法粗、精加工弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪的機(jī)床，有精切機(jī)、粗切機(jī)和拉齒機(jī)等變型。
弧齒錐齒輪磨齒機(jī)是用于磨削淬硬的弧齒錐齒輪，以提高精度和光潔程度的機(jī)床，其結(jié)構(gòu)與弧齒錐齒輪銑齒機(jī)相似，但以砂輪代替銑刀盤，并裝有砂輪修整器，也可磨削準(zhǔn)雙曲面齒輪。
延長(zhǎng)外擺線齒錐齒輪銑齒機(jī)是利用延長(zhǎng)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(xù)分度切齒的機(jī)床。切齒時(shí)，搖臺(tái)銑刀盤和工件均作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)搖臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)加工一個(gè)工件搖臺(tái)往復(fù)一次。銑刀盤和工件的連續(xù)旋轉(zhuǎn)使工件獲得一定齒數(shù)的連續(xù)分度，并形成齒長(zhǎng)曲線。搖臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和工件的附加運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，產(chǎn)生展成運(yùn)動(dòng)，使工件獲得齒形曲線。
準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪銑齒機(jī)用錐度滾刀，按展成法連續(xù)分度切齒的機(jī)床。切齒時(shí)，錐度滾刀首先以大端切削，然后以它較小直徑的一端切削，為保證整個(gè)切削過程中切削速度一致，機(jī)床靠無級(jí)變速裝置控制滾刀轉(zhuǎn)速在切齒時(shí)，搖臺(tái)、滾刀和工件均作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，加工一個(gè)工件，搖臺(tái)往復(fù)一次。搖臺(tái)和工件的旋轉(zhuǎn)通過差動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生展成運(yùn)動(dòng)，使工件獲得沿齒長(zhǎng)為等高的齒形曲線。
錐齒輪加工機(jī)床的配套設(shè)備有磨削銑刀盤和拉刀盤刀刃的磨刀機(jī)，配研成對(duì)錐齒輪的研齒機(jī)，檢驗(yàn)成對(duì)錐齒輪嚙合接觸情況的錐齒輪滾動(dòng)檢查機(jī)和防止齒部熱處理變形的淬火壓床等