任务5.1.1 机床选用
一、机床选型及型号确定
1.加工工艺范围的认知
齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。齿轮是最常用的传动件，常用的有直齿、斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿圆锥齿轮，蜗轮以及应用很少的非圆形齿轮等。由于齿轮具有传动比准确、传力大、效率高、结构紧凑、可靠耐用等优点，因此，齿轮被广泛应用于各种机械及仪表当中。随着现代工业对齿轮的制造质量要求和需要量越来越高，齿轮加工机床成为机械制造业中一种重要的加工设备。
2.机床型号的确定
机床的型号是赋予每种机床的一个代号，用于简明地表示机床的类型、通用和结构特性、主要技术参数等。根据GB／T 15375—2008 《金属切削机床型号编制方法》 和加工零件的特点、要求，齿轮加工机床的型号见表5.1.1。根据加工要求选择Y3150E 滚齿机对项目零件进行加工。
表5.1.1 齿轮加工机床类型表
二、结构布局及主要参数的认识
齿轮加工机床的分类
1.机床结构布局的认知
Y3150E 型滚齿机主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮。此外，可采用手动径向进给法滚切蜗轮，也可加工花键轴和链轮。
图5.1.1 是机床的外形图。机床由床身1、立柱2、刀具溜板3、刀架5、后立柱8 和工作台9 等组成。刀具溜板3 带动滚刀刀架可沿立柱导轨做垂直进给运动和快速移动；安装滚刀的滚刀杆4 装在刀架5 的主轴上；刀架连同滚刀一起可沿刀具溜板的圆形导轨在240°范围内调整安装角度。工件安装在工作台9 的工件心轴7 上或直接安装在工作台上，随同工作台一起做旋转运动。工作台和小立柱装在同一溜板上，并沿床身的水平导轨做水平调整移动，以调整工件的径向位置或做手动径向进给运动。小立柱上的支架6 可通过轴套或顶尖支承工件心轴的上端，以提高工件心轴的刚度，使滚切工作平稳。
2.机床的主要参数的认识
Y3150E 型滚齿机机床型号解读：
Y 为机床类型代号，读作“牙”，意为齿轮加工机床；
3 为组代号，1 为系代号，3 组1 系的齿轮加工机床为滚齿机；
图5.1.1 Y3150E 型滚齿机外形图
1—床身；2—立柱；3—刀架溜板；4—刀杆；5—刀架；6—支架；7—工件心轴；8—后立柱；9—工作台。
50 为主参数，由于折算系数为1／10，加工最大工件直径为500 mm；
E 为重大改进顺序号，Y3150E 型滚齿机经过了第五次重大改进。
Y3150E 型滚齿机的技术参数见表5.1.2。
表5.1.2 Y3150E 型滚齿机的技术参数
三、加工方法的选择
齿形加工方法(https://www.daowen.com)
制造齿轮的方法很多，虽然可以铸造、热轧或冲压，但目前这些方法的加工精度还不够高。精密齿轮加工仍然主要依靠切削法。按照形成齿形的原理不同，可以分为成形法和展成法两大类。
1.成形法
这是用与被切齿轮齿槽形状完全相符的成形铣刀切出齿轮的方法。
成形法加工齿轮时，一般在普通铣床上进行加工，图5.1.2（a）是用标准盘形齿轮铣刀加工直齿齿轮的情况。轮齿的表面是渐开面，形成母线（渐开线）的方法是成形法，不需要表面成形运动；形成导线（直线）的方法是相切法，需要两个成形运动，一个是盘形齿轮铣刀绕自己的轴线旋转B1，一个是铣刀旋转中心沿齿坯轴向移动A2。当铣完一个齿槽后，齿坯退回原处，用分度头使齿坯转过360°／z 的角度（z是被加工齿轮的齿数），这个过程称为分度。然后，再铣第二个齿槽，这样一个齿槽一个齿槽地铣削，直到铣完所有齿槽为止。分度运动是辅助运动，不参与渐开线表面的成形。
在加工模数较大的齿轮时，为了节省刀具材料，常用指状齿轮铣刀（模数立铣刀），如图5.1.2（b）所示。用指状铣刀加工直齿齿轮所需的运动与用盘形铣刀时相同。
图5.1.2 成型原理图
（a）展成法；（b）成形法
用成形法加工齿轮也可以用成形刀具在刨床上刨齿或在插床上插齿。
齿轮的齿廓形状取决于基圆的大小，如图5.1.3 中的线1、2 和3。基圆越小，渐开线弯曲越厉害；基圆越大，渐开线越伸直，基圆半径为无穷大时，渐开线就成了直线1。而基圆直径d基 ＝mzcosα（m 为齿轮的模数，z是齿轮齿数，α 是压力角），所以，要想精确制造一套具有一定模数和压力角的齿轮，就必须每一种齿数配有一把铣刀，这样并不经济。为了减少刀具数量，一般采用8 把一套或15 把一套的齿轮铣刀，其每一把铣刀可切削几个齿数的齿轮。8 把一套的齿轮铣刀可以参见表5.1.3。
图5.1.3 渐开线形状与基圆形状
表5.1.3 齿轮铣刀的刀号
为了保证加工出来的齿轮在啮合时不会卡住，每一号铣刀的齿形都是按所加工的一组齿轮中齿数最少的齿轮的齿形制成的，因此，用这把铣刀切削同组其他齿数的齿轮时，其齿形是有一些误差的。因此，成形法加工齿轮的缺点是精度低。这种方法采用单分齿法，即加工完一个齿退回，工件分度，再加工下一齿。因此，生产率也不高。但是这种加工方法简单，不需要专用的机床，所以适用于单件小批生产和加工精度要求不高的修配行业中。
2.展成法
展成法加工齿轮是利用齿轮啮合的原理，其切齿过程模拟某种齿轮副（齿条、圆柱齿轮、蜗轮、锥齿轮等）的啮合过程。这时，把啮合中的一个齿轮做成刀具来加工另外一个齿轮毛坯。被加工齿的齿形表面是在刀具和工件包络（展成）过程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的，在后面将通过滚齿加工作较详细的介绍。用展成法加工齿轮的优点是，用同一把刀具可以加工相同模数而任意齿数的齿轮。生产率和加工精度都比较高。在齿轮加工中，展成法应用最为广泛。
本项目零件选择展成法进行加工。
滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的。用齿轮滚刀加工齿轮的过程，相当于一对交错轴斜齿轮副啮合滚动的过程（图5.1.4（a））。将其中的一个齿数减少到一个或几个，轮齿的螺旋倾角很大，就成了蜗杆（图5.1.4（b））。再将蜗杆开槽并铲背，就成了齿轮滚刀（图5.1.4（c））。因此，滚刀实质就是一个斜齿圆柱齿轮，当机床使滚刀和工件严格地按一对斜齿圆柱齿轮的速比关系做旋转运动时，滚刀就可在工件上连续不断地切出齿来。
图5.1.4 滚齿原理
滚齿加工具有以下特点：
①适应性好；
②生产效率高；
③齿轮齿距误差小；
④齿轮齿廓表面粗糙度较差；
⑤主要用于滚切直齿和斜齿圆柱齿轮。此外，还可以加工蜗轮、花键轴和链轮。