[科普中国]-齿轮加工机床

齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。齿轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。

简介齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床。齿轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中1。

发展沿革古代的齿轮是用手工修锉成形的。1540年 ，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀的切齿 装置；1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床 ，并有切削齿条和内齿轮的附件；1820年前后，英国 的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床 。具有这一性能的机床到19世纪后半叶又有发展。1835年，英国的惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利；1858年，席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利；以后经多次改进，至1897年德国的普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满解决了加工斜齿轮的问题。在制成齿轮形插齿刀后，美国的费洛斯于1897年制成了插齿机。

二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿机。60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替机械传动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动反馈补偿误差等。

1884年，美国的比尔格拉姆发明了采用单刨刀按展成法加工的直齿锥齿轮刨齿机；1900年，美国的比尔设计了双刀盘铣削直齿锥齿轮的机床。

由于汽车工业的需要，1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机；1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机；30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的制造。

40年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；从50年代起 ，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。

齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类 。圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。 常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等1。

工作原理齿轮加工机床的种类繁多，构造各异：

成形法

范成法

成形法要求：刀具的切削刃形状与被切齿轮的齿槽形状相吻合。

优点：机床较简单，可利用通用机床加工。

缺点：

1.对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具；

2.加工出来的齿形是近似的，加工精度较低；

3.每加工完一个齿槽后，工件需要周期地分度一次，生产率也较低。

1） 滚齿法

母线（渐开线）:采用成形法，机床不需要表面成形运动。形成导线（直线）:相切法。机床需要两个成形运

动。一个是铣刀的旋转B1，一个铣刀沿齿坯的轴向移动A。两个都是简单运动。铣完一个齿后，铣刀返回原位，齿坯作分度运动——转过360º/z（z是被加工齿轮的齿数），然后再铣下一个齿槽，直至全部齿被铣削完毕。

用单齿廓成形刀具加工齿轮——

用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮；

用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。

2）铣齿法

采用多齿廓成形刀具时，在一个工作循环中即可加工出全部齿槽，生产率很高，但刀具制造复杂，仅用于大量生产中。

范成法范成法: 利用齿轮的啮合原理

把齿轮啮合副（齿条——齿轮、齿轮——齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，并强制刀具和工件作严格的啮合运动而范成切出齿廓。

范成法切齿所用刀具切削刃的形状相当于齿条或齿轮的齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。

每一种模数，只需用一把刀具就可以加工各种不同齿数的齿轮；加工时能连续分度，加工精度和生产率一般比较高，应用广泛。

此法必须在专门的齿轮机床上加工 ，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，一般用于成批大量生产1。

类型按照被加工齿轮种类不同，齿轮加工机床可分为两大类：圆柱齿轮加工机床—滚齿机、插齿机、车齿机等

锥齿轮加工机床——加工直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机。加工弧齿锥齿轮：铣齿机。加工齿线形状为延伸渐开线：锥齿轮铣齿机。精加工齿轮齿面：珩齿机、剃齿机和磨齿机。

滚齿机是用滚刀按展成法粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮和蜗轮等，加工范围广，可达到高精度或高生产率；插 齿机是用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿齿轮和其他齿形件，主要用于加工多联齿轮和内齿轮；铣齿机是用成形 铣刀按分度法加工，主要用于加工特殊齿形的仪表齿轮；剃齿机是用齿轮式剃齿刀精加工齿轮的一种高效机床； 磨齿机是用砂轮，精加工淬硬圆柱齿轮或齿轮刀具齿面的高精度机床；珩齿机是利用珩轮与被加工齿轮的自由啮 合，消除淬硬齿轮毛刺和其他齿面缺陷的机床； 挤齿机是利用高硬度无切削刃的挤轮与工件的自由啮合，将齿面 上的微小不平碾光，以提高精度和光洁程度的机床；齿轮倒角机是对内外啮合的滑移齿轮的齿端部倒圆的机床， 是生产齿轮变速箱和其他齿轮移换机构不可缺少的加工设备。圆柱齿轮加工机床还包括齿轮热轧机和齿轮冷轧机等。

锥齿加工机床主要用于加工直齿、斜齿、弧齿和延长外摆线齿等锥齿轮的齿部。

直齿锥齿轮刨齿机是以成对刨齿刀按展成法粗、精加工直齿锥齿轮的机床，有的机床还能刨制斜齿锥齿轮，在中小批量生产中应用最广。

轮铣齿机使用两把刀齿交错的铣刀盘，按展成法铣削同一齿槽中的左右两齿面，生产效率较高，适用于成批生产。由于铣刀盘与工件无齿长方向的相对运动，铣出的齿槽底部呈圆弧形，加工模数和齿宽均受到限制。这种机床也可配以自动上下料装置，实现单机自动化。

直齿锥齿轮拉铣机是在一把大直径的拉铣刀盘的一转中，从实体轮坯上用成形法切出一个齿槽的机床。它是锥齿轮切削加工机床中生产率最高的机床，由于刀具复杂，价格昂贵，而且每种工件都需要专用刀盘，只适用于大批大量生产。机床一般都带有自动上下料装置。

弧齿锥齿轮铣齿机以弧齿锥齿轮铣刀盘，按展成法粗、精加工弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮的机床，有精切机、粗切机和拉齿机等变型。

弧齿锥齿轮磨齿机是用于磨削淬硬的弧齿锥齿轮，以提高精度和光洁程度的机床，其结构与弧齿锥齿轮铣齿机相似，但以砂轮代替铣刀盘，并装有砂轮修整器，也可磨削准双曲面齿轮。

锥齿轮铣齿机利用延长外摆线齿锥齿轮铣刀盘，或双刀体组合式端面铣刀盘，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，摇台铣刀盘和工件均作连续旋转运动，同时摇台作进给运动加工一个工件摇台往复一次。铣刀盘和工件的连续旋转使工件获得一定齿数的连续分度，并形成齿长曲线。摇台的旋转和工件的附加运动结合起来，产生展成运动，使工件获得齿形曲线。

准渐开线齿锥齿轮铣齿机用锥度滚刀，按展成法连续分度切齿的机床。切齿时，锥度滚刀首先以大端切削，然后以它较小直径的一端切削，为保证整个切削过程中切削速度一致，机床靠无级变速装置控制滚刀转速在切齿时，摇台、滚刀和工件均作连续旋转运动，加工一个工件，摇台往复一次。摇台和工件的旋转通过差动机构产生展成运动，使工件获得沿齿长为等高的齿形曲线。

锥齿轮加工机床的配套设备有磨削铣刀盘和拉刀盘刀刃的磨刀机，配研成对锥齿轮的研齿机，检验成对锥齿轮啮合接触情况的锥齿轮滚动检查机和防止齿部热处理变形的淬火压床等。

滚齿机的运动分析

应用最广泛的齿轮加工机床，多数是立式。加工： 直齿、斜齿的外啮合圆柱齿轮、蜗轮卧式滚齿机，用于仪表工业中加工小模数齿轮和在一般机械制造业中加工轴齿轮、花键轴等。

滚齿原理由一对交错轴斜齿轮啮合传动原理演变而来将这对啮合传动副中的一个齿轮的齿数减少到几个或一个，螺旋角β增大到很大（即螺旋升角ω很小），它就成了蜗杆。再将蜗杆开槽并铲背，就成为齿轮滚刀1。

应用齿轮加工机床主要分为圆柱齿轮加工机床和锥齿轮加工机床两大类。圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆 柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机，插齿机、铣齿机、剃齿机等。

齿轮加工机床广泛应用在汽车、拖拉机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机和航天器等各种机械制造业中。

齿轮加工机床是加工各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零件齿部的机床。齿轮加工机床的品种规格繁多，有加工几毫米直径齿轮的小型机床，加工十几米直径齿轮的大型机床，还有大量生产用的高效机床和加工精密齿轮的高精度机床1。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学