任务5.2.2 机床调整与加工
插齿机的运动
一、机床运动分析
1.主运动分析
插齿机的主运动是插齿刀沿其轴线（也是工件的轴线）所做的直线往复运动。在一般立式插齿机上，刀具垂直向下运动时称为工作行程，向上运动时称为空行程。
2.展成运动分析
加工过程中，插齿刀与工件轮坯应保持一对圆柱齿轮的啮合运动关系，即在插齿刀转过一个齿时，工件也转过一个齿；或者说，插齿刀转过1／z刀转（z刀为插齿刀齿数）时，工件转过1／z工转（z工为工件齿数），这两个运动组成一个复合运动——展成运动。
3.圆周进给运动分析
插齿刀转动的快慢决定了工件轮坯转动的快慢，同时也决定了插齿刀每一次切削的切削复合，所以称插齿刀的转动为圆周进给运动。圆周进给运动的大小，用插齿每次往复行程中，刀具在分度圆圆周上所转过的弧长表示，圆周进给量的单位为mm／往复行程。降低圆周进给量会增加形成齿廓的刀刃切削次数，从而提高齿廓曲线精度。
4.让刀运动分析
插齿刀向上进行空行程运动时，为了避免擦伤工件齿面和减少刀具磨损，刀具和工件之间应让开一定的距离，一般这个距离为0.5 mm 左右。在向下进行工作行程之前应迅速复位，以便进行下一次切削。这种让开和恢复原位的运动称为让刀运动。
插齿机的让刀运动一般有两种方式：一种由安装工件的工作台移动来实现，另外一种由刀具主轴摆动来实现。由于工件和工作台的惯性比刀具主轴的大，让刀移动产生的振动也大，不利于提高切削速度，所以大尺寸及新型号的中小尺寸插齿机普遍采用刀具主轴摆动来实现让刀运动。
5.径向切入运动分析
开始插齿时，如果插齿刀立即径向切入工件至全齿深，将会因切削负荷过大而损坏刀具和工件。为了避免这种情况的发生，工件应逐渐向插齿刀（或者插齿刀向工件）做径向切入运动。开始工作时，工件外圆上的a 点（图5.2.4）与插齿刀外圆相切，在插齿刀和工件做展成运动的同时，工件相对于插齿刀做径向切入运动。当刀具切入工件至全齿深后（即到达b 点），径向切入运动停止，然后工件再旋转一整转，便能加工出全部完整的齿廓。根据工件材料、模数、精度等条件的不同，也可以采用两次和三次径向切入法，即刀具切入工件全齿深分2～3 次完成。每次径向运动结束后，都需要将工件转过一整圈。径向进给量的大小用插齿刀每次往复行程中的工件或刀具径向切入的距离表示，其单位为mm／往复行程。
二、机床传动系统分析
Y5132 型插齿机传动系统图如图5.2.4 所示。
根据传动系统图进行分析即可得到插齿机的主运动传动链、展成运动传动链和圆周进给运动传动链的调整计算公式，在此不再一一进行计算。分析方法和滚齿机传动链分析方法相似。
图5.2.4 Y5132 型插齿机传动系统图
P1—手柄。
插齿机的传动系统
三、机床的调整与操作
插齿机的传动原理
选择Y5132 插齿机，用碗形直齿插齿刀对项目零件进行加工。具体调整与操作步骤参考如下：
1.插齿刀的选择和安装
插齿刀的选择除了根据被切齿轮的种类外，还要使插齿刀的模数、齿形角和被切齿轮的模数、齿形角相等，并根据被切齿轮参数进行必要的校验，以防切齿时发生根切、顶切和过渡曲线干涉等。根据表5.2.3，插齿刀可选择A 级精度的碗形直齿插齿刀，模数为2（介于1～3.5 之间），齿数为25，d0为50，d1 为20。
安装插齿刀前，应先将道具清理干净，插齿刀应安装牢靠，不得松动，刀刃朝下。为使插齿刀安装得牢靠，其垫圈必须有足够的直径和厚度。
2.心轴的选用和工件的安装
装夹工件的心轴应选择小端向上的圆锥体，它由下床身插入工作台主轴孔内。工件用心轴来定位，并支持于垫板上，垫板两端面需经精加工，且平行度为在100 mm 上允许0.005 mm。在垫板孔和心轴之间必须有一定的空隙，在工件上方垫圈，以心轴上的锁紧螺母将工件压紧。垫板和垫圈直径应小于工件的根圆直径，以免妨碍插齿刀工作。
检查心轴用的千分表支架必须紧靠在上床身导轨上，检查心轴在离工作台端面200 mm 处的跳动不得超过0.01 mm。心轴与工作台法兰盘锥孔的接触面应靠近小端。在开动辅助电动机使心轴旋转前，要关闭主驱动电动机并使分齿挂轮架脱开。检查完毕后，要关闭辅助电动机。
工件要装夹牢靠，不得松动。插削一个或几个齿轮时，应用千分表检查齿轮的外圆跳动。根据齿轮的模数、直径和精度等级的不同，一般控制在0.02～0.06 mm 之间。检查后，把工件卡紧在心轴上，使其在插削时不致移动。然后开动辅助电动机，做第二次外圆跳动检查，并注意工件端面与孔轴线的垂直度。如果此次检查的度数大于第一次的读数或超差，应取下工件，进行补充加工，否则齿轮就会不精准。检查完毕后，关闭回转工作台的辅助电动机。(https://www.daowen.com)
3.选择插齿刀的双行程数
插齿刀的双行程数取决于插齿刀的行程长度和插削速度。插削速度由工件模数和材料决定，插齿刀的行程长度由齿轮宽度决定。本插齿机具有以下四种双行程数：125、179、253、359。插齿刀每分钟的双行程数n 的计算公式如下：
式中，v 为插削的平均速度，单位为m／min；L 为插齿刀的行程长度，单位为mm。
插齿刀的行程数长度可以通过曲柄连杆机构圆盘上的标尺进行测量。
插齿刀行程数长度L 的计算公式如下：
L ＝工件的宽度+刀具的超越行程
超越行程可按工件宽度根据表5.2.2 进行查找。
表5.2.2 插齿刀超越行程速查表
调整插齿刀行程长度时，可先松开曲柄圆盘上的螺母，并用扳手转动调整螺钉，直到圆盘标尺指到所需长度为止。所要求的插齿刀行程长度确定以后，即将螺母拧紧。
根据表5.2.2 可推算出当工件宽度为12 mm 时，超越行程为3 mm。代入插齿刀双行程数n的计算公式得：
故选择插齿刀每分钟的双行程数为125。
除计算外，插齿刀每分钟的双行程数还可以通过相应的机床说明书进行选取和查询。
4.插齿刀行程位置的调整和插削深度的调整
（1）按工件调整插齿刀的行程位置
把工件安装到工作台上和确定插齿刀行程后，应按工件调整插齿刀的行程位置，即检查插齿刀对工件上下面位置的对称性。插齿刀对工件的超越行程应符合表5.2.2。齿轮宽度为12 mm时，超越行程为3 mm，上下超越行程各为1.5 mm，以保证插齿刀对工件上下面位置的对称性。当插齿刀上下位置调整对称后，插齿刀至工件端面的距离不得少于5 mm。
（2）调整插齿刀的插削深度
当加工模数小于2 mm 的齿轮时，可使用一次进给凸轮的办法进行加工，但要注意机床刀具与工件心轴间的最小距离。当加工模数大于2 mm 的齿轮、高精度齿轮或较硬材料齿轮时，可根据工件的模数、材质和精度要求采用两次或三次进给凸轮的办法进行加工。但是考虑到刀具磨损及刃磨后尺寸的变化，故采用安全系数进行控制，安全系数为0.1m（m 为工件或刀具的模数），所以刀具的径向位移为：齿高减去安全系数。
零件加工时，刀具的径向位移＝2.25m-安全系数＝2.15m ＝4.3（mm）。
5.零件的检验
齿轮外观可依靠目测或触感进行检验：齿轮表面光洁，不得有生锈、变形，不得有毛刺、磕碰伤和热处理的熔化痕迹。噪声检查可通过啮合机或者标准封样齿轮进行。齿部硬度使用硬度计进行检验。齿距误差使用齿距仪进行检查。公法线长度使用公法线千分尺进行检查。节圆跳动使用齿轮径向跳动检测仪进行检查。
四、机床的工装
1.插齿刀的选用
插齿刀的形状很像齿轮，它的模数和名义齿形角等于被加工齿轮的模数和齿形角，不同的是，插齿刀有切削刃和前后角。插齿刀分为AA、A、B 三级精度，分别加工6、7、8 级精度的齿轮。选用插齿刀时，除了根据被切齿轮的种类选定插齿刀的类型，使插齿刀的模数、齿形角和被切齿轮的模数、齿形角相等外，还需根据被切齿轮参数进行必要的校验，以防切齿时发生根切、顶切和过渡曲线干涉等。插齿刀的类型及应用范围见表5.2.3。
表5.2.3 插齿刀的类型及应用范围
续表
2.工件的安装
齿轮在插齿机上的安装和齿轮在滚齿机上的安装相类似，都以齿轮中心处内孔为定位基准，使用心轴作为定位组件。简单地说，要求工件安装在心轴上，心轴末端插入工作台主轴孔内并紧固。
工件的安装可参考图5.1.12，先将底座用它的圆柱表面与工作台上中心孔表面进行配合安装，并用T 形螺钉通过T 形槽紧固在工作台上。工件心轴通过莫氏锥孔配合，安装在底座上，用其上的压紧螺母压紧，用锁紧套两旁的螺钉锁紧，以防加工过程中松动。心轴的径向尺寸如和齿轮内孔尺寸不相符，可在两者间选用安装合适的套筒，以满足加工装配的需要。心轴的安装要牢固可靠，施加的夹紧力要均布对称，以免心轴因受力不均引起变形而影响正常加工和齿轮精度。心轴安装好后，必须进行检测，保证图5.2.4 中a、b、c 三点的跳动量符合加工要求。