機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)齒輪滾刀、插齒刀設(shè)計(jì)及其加工工藝

1、x x 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書 課程名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)課程設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 機(jī)械081班 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 起止時(shí)間：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日 x x 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目：齒輪滾刀、插齒刀設(shè)計(jì)及其加工工藝 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 機(jī)械081班 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 起止時(shí)間：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日一、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：1齒輪滾刀、插齒刀的設(shè)計(jì)，包括參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀具加工工藝的設(shè)計(jì)2插齒刀零件圖（2#圖一張）3滾刀零件圖（2#圖一張）4插

2、齒刀、滾刀加工工藝5課程設(shè)計(jì)說明書：應(yīng)闡述整個(gè)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，要突出重點(diǎn)和特色，圖文并茂，文字通暢。應(yīng)有目錄、摘要及關(guān)鍵詞、正文、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容，字?jǐn)?shù)一般不少于6000字。二、主要參考資料有關(guān)復(fù)雜刀具參數(shù)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝與設(shè)備的手冊與圖冊。三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排階段階 段 內(nèi) 容起止時(shí)間1布置任務(wù)，準(zhǔn)備資料1天(12月4日)2方案設(shè)計(jì)1天(12月5日)3設(shè)計(jì)計(jì)算4天(12月610日)4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪圖8天(12月1018日)5工藝編制2天(12月1820日)6編寫設(shè)計(jì)說明書3天(12月2023日)7準(zhǔn)備答辯和正式答辯1天(12月23日)指導(dǎo)教師（簽名）： 時(shí)間： 教研室主任(簽名)： 時(shí)

3、間： 院 長（簽名）： 時(shí)間： 專業(yè)課程設(shè)計(jì)刀具方向第四組 任 務(wù) 書題目1：外嚙合碗形直齒插齒刀的設(shè)計(jì)已知條件名稱被切齒輪參數(shù)共軛齒輪參數(shù)符號數(shù)值符號數(shù)值模數(shù)6.16.1分圓壓力角2424齒數(shù)3019齒頂高6.16.1齒根高7.6257.625齒全高13.72513.725分圓弧齒厚9.5829.582變位系數(shù)00齒頂圓半徑97.664.05根圓半徑83.87550.325分圓半徑91.557.95基圓半徑83.58952.940要求：（1）設(shè)計(jì)公稱分圓125的外嚙合a級碗形直齒插齒刀，前角=5，齒頂后角=6，齒數(shù)=21，齒頂高系數(shù)=1.15，=0。（2）編制該刀具加工工藝題目2：齒輪滾刀的

4、設(shè)計(jì)已知條件名稱被切齒輪參數(shù)符號數(shù)值法向模數(shù)10分圓法向壓力角27齒數(shù)13齒頂高系數(shù)1徑向間隙系數(shù)0.25分圓法向弧齒厚15.708變位系數(shù)0分圓螺旋角15螺旋方向右旋精度等級7fj gb10095-88要求：（1）設(shè)計(jì)aa級型單頭右旋齒輪滾刀，=200，前角=0，頂刃后角=1012，側(cè)刃后角不小于3，有第二鏟背量k2，滾刀螺旋角5。（2）編制該刀具加工工藝。目 錄1、 齒輪滾刀部分5 1.1設(shè)計(jì)原理5 1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 1.3參數(shù)計(jì)算6 1.4工藝設(shè)計(jì) 92、 插齒刀部分12 2.1 設(shè)計(jì)原理12 2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14 2.3 參數(shù)計(jì)算15 2.4 工藝設(shè)計(jì) 183、 設(shè)計(jì)總結(jié) 20 3.1

5、 設(shè)計(jì)心得20 3.2 設(shè)計(jì)資料補(bǔ)充21主要參考文獻(xiàn) 33 一、齒輪滾刀部分1.1設(shè)計(jì)原理 齒輪滾刀是加工直齒和斜齒圓柱齒輪最常用的刀具之一。一般地說，滾齒的生產(chǎn)率比插齒高。齒輪滾刀加工齒輪的原理，猶如一對螺旋齒輪的嚙合過程。滾刀就是具有一定切削角度的漸開線斜齒圓柱齒輪，滾刀的頭數(shù)即相當(dāng)于螺旋齒輪的齒數(shù)。這種齒數(shù)極少、螺旋角很大、牙齒能繞軸線很多圈的變態(tài)斜齒圓柱齒輪，其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)蝸桿。工業(yè)上采用易于制造和檢驗(yàn)，而端截面又近似于漸開線的蝸桿，作為滾刀的基本蝸桿。 滾刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)： (1)滾刀的外徑：齒輪滾刀的外徑是一個(gè)很重要的結(jié)構(gòu)尺寸，其大小直接影響到其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。滾刀外徑愈大，則滾刀

6、分圓螺紋升角愈小，因而可使?jié)L刀的近似造型誤差愈小，提搞齒形的設(shè)計(jì)精度；(2)滾刀的長度： 除的ii型滾刀長度略小于滾刀外徑以外，其余滾刀長度均等于其外徑(3)齒輪的容屑槽： 滾刀的容屑槽一般做成與軸心線平行的直槽形式。滾刀的容屑槽數(shù)關(guān)系到切削過程的平穩(wěn)性、齒形精度和齒面光潔度，以及滾刀的每次重磨后的耐用度和使用壽命。(4)滾刀的切削角度： 滾刀的前角：精加工滾刀和標(biāo)準(zhǔn)滾刀為便于制造和測量，一般都采用前角 滾刀的后角: 齒輪滾刀的頂刃后角和側(cè)刃后角應(yīng)保持一定的關(guān)系，使?jié)L刀重磨后齒形不發(fā)生變化。因此，滾刀的頂刃與側(cè)刃必須采用相同的鏟背量。其值用下式計(jì)算： 式中 滾刀徑向鏟背量； 滾刀外徑； 滾刀容

7、屑槽數(shù)； 滾刀頂刃后角。為使?jié)L刀鏟磨時(shí)有砂輪空刀，滾刀必須進(jìn)行雙重鏟齒。k22.533.544.555.566.57891012k20.6-0.70.7-0.80.8-0.91.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單結(jié)構(gòu)圖如下：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考一般齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體參數(shù)，請看所附零件圖。1.3參數(shù)計(jì)算齒輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算舉例已知條件被加工齒輪參數(shù)： 齒頂高系數(shù)f=1 變位系數(shù) 分度圓螺旋角 螺旋方向：右旋精度等級：7fj gb10095-88序號計(jì)算項(xiàng)目符號計(jì)算公式或選取方法計(jì)算精度計(jì)算舉例1滾刀精度等級按齒輪精度等級選定滾刀精度等級aa級2基本尺寸（1） 外徑（2） 孔徑（3） 全長（4） 容屑槽數(shù)dl根據(jù)滾

8、刀精度等級為aa級，按表2-2-1選取基本尺寸3法向齒形尺寸（1） 齒頂高（2） 齒根高（3） 齒全高（4） 法向齒距（5） 法向齒厚0.010.010.0010.014切削部分（1） 前角（2） 鏟背量 第一鏟背量 側(cè)刃后角 第二鏟背量（3） 容屑槽深度（4） 槽底半徑（5） 槽形角khr采用前角滾刀前刃面偏位值：0.1圓整到0.5圓整到0.5圓整到0.5圓整到0.25 e=0取為取5作圖校驗(yàn)見圖略6分圓直徑0.017分圓螺紋升角8容屑槽螺旋角 直槽9容屑槽導(dǎo)程t直槽滾刀t=110軸向齒形尺寸（1） 軸向齒距（2） 軸向齒厚（3） 齒頂圓弧半徑（4） 齒根圓弧半徑 0.0010.010.10

9、.111軸向齒形角直槽滾刀（左右側(cè)齒形角相等）12滾刀螺紋方向右旋13軸向尺寸（1） 直徑（2） 長度（3） 倒棱按表2.2-1按表2.2-1按總附錄表v14鍵槽尺寸（1） 鍵寬（2） 鍵高（3） 圓弧按總附錄表按總附錄表按總附錄表15內(nèi)孔空刀尺寸（1） 空刀直徑（2） 磨光部分長度1.4工藝設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)非標(biāo)齒輪滾刀采用高速鋼w6mo5cr4v2，硬度為6366hrc，紅硬比較好，韌性也不錯(cuò)。由于此材料含w、mo故提高了回火穩(wěn)定性，但是須經(jīng)過一次淬火、三次回火才能達(dá)要求，所以在工藝設(shè)計(jì)熱處理中要考慮這個(gè)問題。原材料須經(jīng)過鍛造使晶粒細(xì)化，同時(shí)要愋慢冷卻避免形成馬氏體。為了便于加工，還必須退火以降

10、低硬度(一般采用等溫退火)。退火之后會(huì)形成索氏體和細(xì)粒狀碳化物。當(dāng)車削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加熱時(shí)要在鹽爐中，還須預(yù)熱兩至三次，采用油淬火。進(jìn)行多次回火使其彌散硬化。南 華 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 零 件 加 工 工 藝 卡圖 號零 件 名 稱材 料1齒輪滾刀w6mo5cr4v2工序號工 序 名 稱 及 內(nèi) 容設(shè)備型號工裝夾具、刃具、量具工時(shí)定額備 注一鍛造：205205二正火三車：粗車外圓，清兩端面，見光，一頭打出中心孔c6140a1.00四鉆：內(nèi)孔至58z3520五車：內(nèi)孔至，0.4兩端面各留0.15，外圓留1，內(nèi)孔空刀槽做出至尺寸c6

11、140a1.00六插：鍵槽，注意內(nèi)孔留磨量，去毛刺b503025七磨：內(nèi)孔至m212020八車：螺旋槽，注意槽深至尺寸，分圓齒厚留0.5，或c6140a59.7帶鍵螺旋心軸，車鏟成形刀2.30轉(zhuǎn)工序1.00九銑：容屑槽x62w59.7帶鍵螺紋心軸，成形刀1.00十鏟：鏟齒，外圓留0.4，齒厚留0.3=2.47787=0.40357=或c895559.7帶鍵螺紋心軸，成形刀2.00轉(zhuǎn)工序2.00十一鉗：去不全齒，去毛刺15十二熱處理：6366hrc十三磨：內(nèi)孔留0.010.015m212025十四研：內(nèi)孔至尺寸內(nèi)孔研磨機(jī)1.30十五磨：兩凸臺(tái)外圓，兩端面至尺寸m13160錐度心軸20十六磨：前刀

12、面m6420d40十七鏟磨：齒形至尺寸c89554.00轉(zhuǎn)工序2.00十八送檢十九液體噴砂二十激光刻標(biāo)記二十一浸蠟，真空包裝二、插齒刀部分2.1設(shè)計(jì)原理 插齒刀的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在變位系數(shù)的確定。變位系數(shù)越大，那么加工出來的齒輪表面精度越高。但是變位系數(shù)的增大會(huì)相應(yīng)的帶來兩個(gè)問題。第一是插齒刀的齒頂變尖使刀具的耐用度降低；第二是插出齒輪的齒根過渡曲線與嚙合齒輪的齒頂發(fā)生干涉。所以在設(shè)計(jì)時(shí)我們要充分的考慮這兩個(gè)因素，以確定變位系數(shù)的最大值。 變位系數(shù)越小，則有利于插齒刀的重磨次數(shù)，即可提高使用壽命。但的減小又會(huì)引起兩個(gè)問題。第一是加工少齒數(shù)的齒輪時(shí)，容易產(chǎn)生根切；第二是加工多齒數(shù)齒輪時(shí)易產(chǎn)生頂切。因此設(shè)

13、計(jì)插齒刀時(shí)也必須考慮這兩個(gè)因素，以確定變位系數(shù)的最小值。 最大變位系數(shù)的確定，可參考以下的幾道公式： (1)齒頂變尖的限制：(2)齒輪過渡曲線干涉的限制：式中 被切齒輪與共軛齒輪嚙合時(shí)的中心距；被切齒輪與共軛齒輪嚙合時(shí)的嚙合角；共軛齒輪的齒頂圓半徑；共軛齒輪的基圓半徑；插齒刀切削齒輪時(shí)的中心距；插齒刀切削齒輪時(shí)的嚙合角；插齒刀齒頂圓半徑；插齒刀基圓半徑；齒輪分圓壓力角；被切齒輪與共軛齒輪齒數(shù)；被切齒輪與共軛齒輪變位系數(shù)。最小變位系數(shù)的確定，也可參考以下的幾道公式：(1)齒輪根切的限制：齒輪的齒數(shù)越少或它的變位系數(shù)越小，越易發(fā)生根切。當(dāng)插齒刀的齒數(shù)越多、變位系數(shù)越小以及齒頂高越大時(shí)，越易發(fā)生根切

14、。(2)齒輪頂切的限制：式中 插齒刀切齒時(shí)保證被切齒輪不發(fā)生頂切的最小嚙合角； 被切齒輪齒頂圓和基圓半徑。確定最小變位系數(shù)的方法，先求出保證被切齒輪不發(fā)生頂切的值，然后代入限制根切的不等式進(jìn)行計(jì)算。如果不等式成立，則此時(shí)的可以保證不發(fā)生頂切和不發(fā)生根切。如果不等式不成立，則將發(fā)生根切。那就要相應(yīng)的增大然后重新計(jì)算。當(dāng)不等式左右相等時(shí)，即為最小值。 另一重點(diǎn)是插齒刀前角和齒形的修正。插齒刀有前角可以改善切削條件，但這將造成齒形誤差，必須修正齒形以減少齒形誤差。插齒刀切削齒輪時(shí)，切削刃上下運(yùn)動(dòng)的軌跡包絡(luò)形成齒輪的漸開線齒形。故切削刃在基面上的投影應(yīng)是漸開線才沒有理論上的誤差。但是由于有了前角和變位

15、，這種誤差就不可避免。如下為修正公式：tan = 式中 修正后齒形角； 分圓壓力角；齒頂后角；前角。附：maag制和徑節(jié)制模數(shù)，以彌補(bǔ)公制數(shù)離散點(diǎn)間隔過大的缺陷。maag制模數(shù)部分系列如下表：5系列5.15.25.35.45.55.65.75.85.96系列6.16.26.36.46.56.66.76.86.92.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)圖如下： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考工稱直徑125mm碗形插齒刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體參數(shù)，請看所附零件圖。2.3參數(shù)計(jì)算根據(jù)以上所給的已知條件，求解相應(yīng)碗形插齒刀的參數(shù)，如下為計(jì)算過程：1. 前角： 根據(jù)已知條件(通常情況下取)2. 齒頂后角： 根據(jù)已知條件(通常情況下取)，則3. 齒

16、數(shù)： 根據(jù)已知條件4. 齒頂高系數(shù)： 根據(jù)已知條件5. 最大變位系數(shù)： 根據(jù)已知條件6. 共軛齒輪的嚙合角： 故 7. 共軛齒輪中心距： 8. 被切齒輪和插齒刀的嚙合角： 故 9. 被切齒輪和插齒刀的中心距： 10. 插齒刀齒頂圓半徑： 11. 插齒刀基圓半徑： 12. 計(jì)算參數(shù)： 由于22.934小于24.735故符合要求，得.1613. 保證被切齒輪不發(fā)生頂切時(shí)插齒刀與被切齒輪的最小嚙合角： = 故 = 19.52291 14. 保證被切齒輪不發(fā)生頂切時(shí)的最小變位系數(shù)： =-0.7215. 驗(yàn)算插齒刀在切削齒輪時(shí)是否發(fā)生根切： = =150.763 = = 66.673判斷左邊 = = 1

17、8.416 0故符合要求，所以取 = -0.7216. 原始截面到前端面距離： 由于= 0故 = 017. 厚度b： b= b的尺寸受到工藝因素的限制，特別是小模數(shù)插齒刀，b值不宜太大。查手冊取b =40=2818. 修正后齒形角： tan = = =0.4493608=24.19728=251150 cos=0.9121396 sin=0.409879719. 側(cè)刃后角：tan=sintan= 0.40987970.1051042 =0.0430801 =22820. 分圓直徑： =m=6.121 =128.10021. 齒形角修正后的基圓直徑： = =128.1000.9121396 =1

18、16.84522. 原始截面齒頂高： =1.156.1 =7.0223. 原始截面分圓弧齒厚： =9.58224. 原始截面齒全高： =2=27.02 =9.58225. 前端面齒頂高： =7.0226. 前端面分圓弧齒厚： =9.11127. 前端面頂圓直徑： =+2=128.10027.02 =142.1428. 前端面根圓直徑： =142.14214.04=114.0629. 前刀面齒頂高：= =7.05其它結(jié)構(gòu)尺寸查手冊選取30. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)頂圓上的展開角： cos=0.8252087=34.39034 tan =6844667=39.21707 tan=3913

19、31. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)齒形有效部分起始點(diǎn)展開角： tan=tan-=0.4493608=0.2657107=57.29578tan=57.295780.2657107 =151332. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)有效部分展開角： =39131513=2433. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)齒根圓壓力角： =0 由于 故 cos=1 inv=034. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)根圓齒厚：35. 距前端面2.5mm處進(jìn)行齒形檢驗(yàn)根圓齒間寬： =4.84(11.5) 2.4工藝設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)盤形插齒刀采用高速鋼w6mo5cr4v2，硬度為hrc6768，紅硬比較好，韌

20、性也不錯(cuò)。由于此材料含w、mo故提高了回火穩(wěn)定性，但是須經(jīng)過一次淬火、三次回火才能達(dá)要求，所以在工藝設(shè)計(jì)熱處理中要考慮這個(gè)問題。 原材料須經(jīng)過鍛造使晶粒細(xì)化，同時(shí)要愋慢冷卻避免形成馬氏體。為了便于加工，還必須退火以降低硬度(一般采用等溫退火)。退火之后會(huì)形成索氏體和細(xì)粒狀碳化物。當(dāng)車削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加熱時(shí)要在鹽爐中，還須預(yù)熱兩至三次，采用油淬火。進(jìn)行多次回火使其彌散硬化。南 華 大 學(xué) 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 零 件 加 工 工 藝 卡圖 號零 件 名 稱材 料插齒刀w6mo5cr4v2工序號工 序 名 稱 及 內(nèi) 容設(shè)備型號工裝夾具、刃具

21、、量具工時(shí)定額備 注一鍛造：14735，孔可不沖出二正火三車：內(nèi)孔，齒頂圓大部分及外支承面一次裝夾做出，內(nèi)孔留0.3外圓留0.3內(nèi)外支承面各留0.15c6140a1.30四滾齒：以外支承面定位，找正齒頂圓，走出齒根斜度，k向分度圓齒厚留0.4y38留磨滾刀，走刀樣板1.30轉(zhuǎn)工序1.00五鉗：去毛刺，刀刃不倒角10六熱處理:6366hrc七磨：內(nèi)孔留0.010.015，內(nèi)支承面至尺寸，前刀面磨出1.5mm寬的環(huán)帶平面，三個(gè)面一次裝夾做出m212025八研：內(nèi)孔至尺寸1.00九磨：穿心軸磨齒頂圓至尺寸m131錐度心軸20十磨：前刀面至尺寸m6025c螺紋心軸，碟形聚酯砂輪25十一磨：齒形至尺寸，

22、基圓直徑116.845，基圓柱螺旋角y7132專用心軸4.00轉(zhuǎn)工序4.00十二送檢：齒形精度（在距前刀面2.5mm處檢查齒形），k向齒厚十三液體噴砂十四激光刻標(biāo)記十五浸蠟，真空包裝3、 設(shè)計(jì)總結(jié)3.1設(shè)計(jì)心得 通過本次課程設(shè)計(jì)，我了解了非標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀，插齒刀的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)過程以及加工工藝過程。培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)理論解決生產(chǎn)實(shí)際中刀具設(shè)計(jì)的能力，初步掌握了齒輪滾刀的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，學(xué)會(huì)了繪制齒輪滾刀工具圖，同時(shí)也學(xué)會(huì)了使用各種設(shè)計(jì)資料、手冊。中國第一把插齒刀是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的，這說明了在技術(shù)發(fā)展中，我們還遠(yuǎn)比不上發(fā)達(dá)國家。目前國內(nèi)刀具技術(shù)的整體發(fā)展水平與歐洲國家仍有較大差距。但近年來國內(nèi)工具廠通過不斷進(jìn)行技術(shù)改造，刀具設(shè)計(jì)制造水平已有長足進(jìn)步，某些技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)品品種已接近或達(dá)到國外先進(jìn)水平，如汽車變速箱齒輪滾刀、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿拉刀、壓縮機(jī)專用拉刀、復(fù)合齒形漸開線花鍵拉刀、剃齒刀等刀具品種已達(dá)到較高質(zhì)量水平，具有了一定的市場競爭能力。中國加入wto后，國內(nèi)工具行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，為了抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，國內(nèi)工具制造廠必須進(jìn)一步加大技術(shù)改造力度，盡快提高自身發(fā)展水平，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，通過市場競爭求生存、圖發(fā)展。作為當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的大學(xué)生，更應(yīng)該學(xué)好專業(yè)知識，為以后走向工作崗位更好的為我國的制造技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。 設(shè)計(jì)此齒輪滾刀重點(diǎn)在于