齿轮刀具设计说明书.pdf

目目录录 一一径节制径节制齿轮滚刀设计齿轮滚刀设计.1 1.1设计原理1 1.2参数计算4 1.3设计图9 二二马格插齿刀部分马格插齿刀部分.11 2.1设计原理11 2.2参数计算15 2.3设计图24 三三工艺设计工艺设计.26 3.1径节制滚齿刀加工工艺26 3.2马格插齿刀工艺设计30 3.3成形车刀线切割加工33 四四设计总结设计总结.38 4.1设计心得38 4.2未来展望39 参考文献参考文献.40 第 1 页 共 41 页 一一、径节制径节制齿轮滚刀齿轮滚刀设计设计 1.1 设计原理设计原理 齿轮滚刀是加工外啮合直齿和斜齿圆柱齿轮最常用的刀具。一般地说，滚齿 的生产率比插齿高。齿轮滚刀加工齿轮的原理，犹如一对螺旋齿轮的啮合过程。 滚刀就是具有一定切削角度的渐开线斜齿圆柱齿轮，滚刀的头数即相当于螺旋齿 轮的齿数。这种齿数极少、螺旋角很大、牙齿能绕轴线很多圈的变态斜齿圆柱齿 轮，其实质就是一个蜗杆。基本蜗杆的螺旋表面若是渐开螺旋面，则称为渐开线 基本蜗杆，而这样的滚刀称为渐开线滚刀。用渐开线滚刀理论上可以切出正确的 渐开线齿轮，但是，由于这种滚刀制造困难，生产上很少用到。生产中大量的采 用近似造型的滚刀，它们的基本蜗杆是阿基米德蜗杆或是法向直廓蜗杆。 ( (一一) )滚刀的结构参数：滚刀的结构参数： (1)(1)滚刀的外径：滚刀的外径： 齿轮滚刀的外径是一个很重要的结构尺寸，其大小直接影响到其他结构参数 的合理性。滚刀外径愈大，则滚刀分圆螺纹升角愈小，因而可使滚刀的近似造型 误差愈小，提搞齿形的设计精度； (2)(2)滚刀的长度：滚刀的长度： 除2m 的 ii 型滚刀长度略小于滚刀外径以外， 其余滚刀长度均等于其外径 (3)(3)齿轮的容屑槽：齿轮的容屑槽： 一般当 f 右边，符合不等式 要求，故取 max 0 g 求最小变位系数 15 保证被 切齿轮 不发生 顶切时 插齿刀 与被切 齿轮的 最小啮 合角 1 ming d 22 11 1 min 1 2 ()cos eo g d gf rr tg m zz 0.0000001 0.0001 22 1 min 66.755.194 (21 21)cos25 2 5.8 0.3392582 g d tg 1 min 1 min 1 min 1 min 18.73993 0.0121847 sin0.3212730 cos0.9469866 g d g d g d g d inv 16 保证被 切齿轮 不发生 顶切的 最小变 位系数 min1 min 1 1 () 2 gdg df g f invinv zz tg 0.01 min (0.01218470.0299753) 2121 0 225 0.80 gd tg mingd 第 20 页 共 41 页 17 验算插 齿刀在 切削齿 轮时是 否发生 根切 将 min 0.80 gd 带入下列公 式中验算是否发生根切： 1 1 min 1 min ()cos 2cos gf g d g d m zz a 0.001 1 min 5.8 (2121)0.9063078 20.9469866 116.568 g d a minmin () 2 g egdeggd z rmf0.001 min 21 5.8 1.15( 0.80) 2 62.93 egd r 1 min1 min sin g dg d a 22 min 0 egdog rr 0.001 116.568 0.3212730 22 62.9355.194 7.2210 符合公式要求，所以 min 0.80 g 18 原始截 面到前 端面距 离 0 b max 0 g e m b tg 0.1 0 0b 19厚度b maxmin () (35) gg e m b tg b的尺寸还受到工艺因素的 限制，b不宜取过大，参照表 2.4-6 选取 整数 5.8 0( 0.8) (35) 0.1051 44(35) b 按表 2.4-6 取40b 第 21 页 共 41 页 20 修正后 齿形角 fg 1 f fg e tg tg tgtg 0.00001 或 1 21 侧刃后 角 c sin cfge tgtg 0.0000001 0.4258319 0.1051042 0.0447566 2 33 c c tg 22 分圆直 径 fgg dmz 0.001 5.821 121.8 fg d 23 齿形角 修正后 的基圆 直径 0g d 0 cos gfgfg dd 0.001 0 121.8 0.9048023 110.205 g d 原始截面上的齿形尺寸 24齿顶高 0e geg hf m 0.01 0 1.15 5.86.67 e g h 25 分圆弧 齿厚 0fg s 0 2 fg m s 0.001 25 165 0.4706354 fg tg tg tgtg 25.203342512 12 fg cos0.9048023 sin0.4258319 fg fg fg d 0e g h 0 3.1416 5.8 9.111 2 fg s 第 22 页 共 41 页 26齿全高 00 2 ge g hh 0.01 0 26.6713.34 g h 前端面上的齿形尺寸 27齿顶高 eg h 00ege ge hhb tg 0.01 6.6706.67 eg h 28 分圆弧 齿厚 fg s 00 2 fgfgef ssb tgtg 0.01 9.11109.111 fg s 29 顶圆直 径 eg d2 egfgeg ddh 0.01 121.826.67 135.14 eg d 30 根圆直 径 ig d 0 2 igegg ddh 0.01 135.142 13.34 108.46 ig d 31 前刃面 齿顶高 eg h cos eg eg h h 0.01 6.67 6.70 0.9961947 eg h 32 其他结 构尺寸 按表 2.4-6 选取 在距前端面 2.5 毫米处进行齿形检验，计算检验用的展开角 33 顶圆上 的展开 角 e o r egeg tg 式中 eg 齿顶圆压力角 0 cos 5 g eg ege d dtg 0.0000001 0.00001 1 110.205 cos 135.145tg6 0.8186712 35.04800 0.7014568 eg eg eg tg 55.1025 0.7014568 38.6520238 39 e 0g h 第 23 页 共 41 页 34 齿形有 效部分 起始点 展开角 y 1=rogy tg 式中 y 齿形 有效部分起始点压力角 式中 1e f 被切齿轮的原始齿 条齿顶高系数 0.0000001 1 0.4706354 y tg 1 5.8(02.5)0.1051 110.205 0.4258319 2 0.2122546 55.1025 0.2122546 11.6957611 41 y 35 有效部 分展角 x xey 1 36 齿根圆 压力角 ig 0 2 cos g ig ig r d 当 0igg dd时， 以 0g d处计算 齿间宽 0.0000001 0.00001 由于 0igg dd，以 0g d计算 0 0 cos1 0 0 g ig g ig ig d d inv 37 根圆齿 厚 ig s () fg igigfig fg s sdinvinv d 0.01 9.111 (0.02997530) 121.8 11.57 本设计以基圆直径代入，所 得 ig s为基圆齿厚 38 根圆齿 间宽 ig w (11.5) ig igig g d ws z 如(11.5) ig w ，磨齿形时有 困难，可适当减少 g h 0.01 3.1416 110.388 21 11.574.94(11.5) ig w 本设计以基圆直径代入，所 得齿间宽为基圆齿间宽 38 3911 4126 58 x 110.388 ig s 10 0 (2.5) sin 2 yfg ee g fg tgtg f mbtg d 第 24 页 共 41 页 2.3 设计图设计图 （一）cad 设计详图： （二）三维设计图： 第 25 页 共 41 页 第 26 页 共 41 页 三、三、工艺设计工艺设计 3 3.1.1、径节制径节制滚齿刀加工工艺滚齿刀加工工艺 本设计非标齿轮滚刀采用高速钢 w6mo5cr4v2，其具有很高的硬度、 耐磨性及 热硬性（也称红硬性） ，当刃具温度高达 500600 摄氏度左右时，硬度仍无明显 下降，能以比低合金刃具钢更高的速度进行切削。由于此材料含 w、mo 故提高 了回火稳定性，但是须经过分级淬火、三次回火才能达要求，所以在工艺设计热 处理中要考虑这个问题。 原材料须经过锻造使晶粒细化，同时要愋慢冷却避免形成马氏体。为了便于 加工，还必须退火以降低硬度(一般采用等温退火)。退火之后会形成索氏体和细 粒状碳化物。当车削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度 要求。其中要注意加热时要在盐炉中，还须预热两至三次，采用油淬火。进行三 次回火使其弥散硬化。 南南 华华 大大 学学 机机 械械 工工 程程 学学 院院 零零 件件 加加 工工 工工 艺艺 卡卡 图号零件名称材料 径节制齿轮滚刀w6mo5cr4v2 工序号 工 序 名 称 及 内 容 设备型 号 工装夹具、刃 具、量具 工时 定额 备注 一下料：gt4230 二锻造：106 106 第 27 页 共 41 页 三正火 四 车 1、 清一端端面， 光大部分外圆， 打两端中心孔； 2、钻内孔至37mm; 3、 车内孔至 +0.1 0 39.4mm，大外 圆留 0.6mm，凸台外圆留 0.3mm， 两端面各留 0.3mm，内孔中间凹 槽作出。 c620 30 五钻：钻 38mm 的内孔。z35 15 六 车：车内孔至 0.1 0 39.7 ; 端面各留 0.3mm 的余量； 外圆车至 101mm； 内凹位作出； 两个凸台车至 60.6mm； 其余按图（注意留磨余量） 。 c6201.00 七磨：磨内孔至 +0.025 0 39.7。m212020 八 磨：穿锥度心轴，光大外圆，靠 两端面见光 m131锥度心轴 10 九 插：键槽至尺寸，注意内孔留磨 量，去毛刺。 b52525 第 28 页 共 41 页 十 车：螺旋槽深度至尺寸，分圆齿 厚留 0.5mm 余量。 1.33226 12 z ac t i bd 螺距 16389 0.75061 8390i 8390 1.33226 12 6389 z t i 螺距 c620 带键锁紧心轴 成形车刀 2.40 转 工 序 1.00 十一铣：铣容屑槽至尺寸，其余按图。 x62w 带键锁紧心轴 成形铣刀 1.30 十二钳：去不全齿，去毛刺 10 十三 铲：铲顶、分圆齿厚留 0.3mm 余 量 12471 0.79439 3955i 3955 1.25882 12.7 2471 z t i 螺距 c8955 带键锁紧心轴 成形车铲刀 2.30 转 工 序 2.00 十四 热处理： ：一次淬火、560三次 回火，使硬度达到6366hrc 十五磨：内孔留0.010.02mm 余量m2120开口套筒20 十六研磨：内孔至尺寸1.00 十七 磨：穿心轴磨两凸台外圆，靠两 端面至尺寸 m131 40锥度心 轴 20 第 29 页 共 41 页 十八磨：前刀面且留余量 0.25-0.4mmm6420d14槽数分度盘 25 十九铲磨：铲磨齿形至尺寸以及 r 角。 c89554.00 转 工 序 2.00 二十送检 二十一液体喷砂 二十二激光刻标记 二十三浸蜡，真空包装 工艺说明： 1) 工序二锻造，由于非标准刀具是单件生产，锻造毛坯一般采用自由锻， 所 留的余量也较大。 2) 工序三正火的目的在于去应力，提高零件的切削性能。 3) 工艺过程中所用锥度心轴其锥度为 1:3000。 4) 工序十、十一、十三用带键锁紧心轴是因为车螺纹槽、铣容屑、槽铲齿时 切削力过大，用锥度芯轴容易打滑。工序十和工序十三在配挂轮时，值应取计 算机默认值，而不是 3.14，因为 i 值至少取到小数点后五位，3.14 不一定达到精 度。 5) 工序十三铲齿时所用的成形车铲刀比滚刀容屑槽瘦窄。 6) 工序十中转工序用时 1 小时，主要是因为车螺旋槽时要配挂轮。 7) 工序十三和十六分别转工序用时 2 小时 40 分钟和 4 小时，主要是要配挂 轮，调凸轮的升距。 8）工序十九激光打标记5.08153 23maa 、。 第 30 页 共 41 页 3.23.2、马格插齿刀、马格插齿刀工艺设计工艺设计 本设计盘形插齿刀采用高速钢 w6mo5cr4v2， 硬度为 6366hrc ， 红硬比较 好，韧性也不错。由于此材料含 w、mo 故提高了回火稳定性，但是须经过一次 淬火、三次回火才能达要求，所以在工艺设计热处理中要考虑这个问题。 原材料须经过锻造使晶粒细化，同时要缓慢冷却避免形成马氏体。为了便于 加工，还必须退火以降低硬度(一般采用等温退火)。退火之后会形成索氏体和细 粒状碳化物。当车削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度 要求。其中要注意加热时要在盐炉中，还须预热两至三次，采用油淬火。进行多 次回火使其弥散硬化。 南南 华华 大大 学学 机机 械械 工工 程程 学学 院院 零零 件件 加加 工工 工工 艺艺 卡卡 图号零件名称材料 插齿刀w6mo5cr4v2 工序 号 工 序 名 称 及 内 容设备型号 工装夹具、刃具、量 具 工时定 额 备注 一下料 二锻造：14046 三正火 四 车：车外圆锥面、内孔，要预留 0.3mm，内外支承面各留 0.15mm，c620 1.20 第 31 页 共 41 页 外锥面、内孔、内支承面、前刀面 一次装夹车出。其余按图纸要求。 五 滚齿：外支承面朝下，以外支承面 定位，找正大外圆，滚齿，走 6后 角。分度圆齿厚留 0.3mm。 y38 留磨滚刀 6走刀模板 1.20 转 工 序 2.00 六钳：去毛刺，不得伤到刀刃10 七热处理:6366hrc 八 磨：先找正内孔和内支承面,磨内 孔， 留 0.010.02 的磨量,磨内端面， 前刀面磨出 2.53mm 的宽带平面 m2120开口薄壁套筒30 九研：内孔至尺寸1.00 十磨：外支承面，以前刀面宽带定位m7120 15 十一磨：外锥面至尺寸m131锥度心轴 15 十二磨：前刃面m6025c 紧锁心轴 碗形砂轮 25 十三 磨：齿形至尺寸，保证 k 向齿厚， 用油石倒出齿顶圆角，基圆直径 0 110.205 g dmm ，侧后刀面的基 圆螺旋角()2 33 46 be y7132专用磨齿心轴4.00 转 工 序 4.00 第 32 页 共 41 页 十四 送检：基圆直径 0 110.205 g dmm ， 在距前端面 2.5mm 处检查齿形 万能渐开线检查仪 齿厚卡尺 十五液体喷砂 十六激光刻标记 十七浸蜡，真空包装 工艺说明： 1) 工序一锻造，由于非标准刀具是单件生产，锻造毛坯一般采用自由锻， 所 留的余量也较大。 2) 工序二正火的目的在于消除锻造时产生的内应力和提高切削性能。 3) 工序三中外锥面、内孔、内支承面、前刀面一次装夹车出有利于保证外锥 面、前刀面与内孔的同轴度及内支承面与内孔轴线的垂直度。 4) 工序四用数控滚齿机滚出锥底，如按样板走刀滚出锥底应实时监控百分 表，工人劳动强度太大。转工序用时 2 个小时，主要是要找滚齿夹具，挂分齿挂 轮。 5) 工序七所用的开口薄壁套筒便于在磨削时的安装。前刀面上磨出宽度为 1.52mm 的环状平面，用于磨削外支承面时定位。 6) 工序十一所用锥度心轴锥度为 1:3000 或 1:5000。 7) 工序十三中的基圆直径 0 mcos110.205 gofg dzmm ，由 ()sin befge tgtg 即()sin2512 126 be tgtg 得( )2 33 46 be 。转工序用时 4 小时，主要是要调基圆直径，摆基圆螺旋角。 第 33 页 共 41 页 8) 工序十四中根据设计用万能渐开线检查仪检测齿形。 9) 工序十五滚刀液体喷砂是将砂（磨料）放于水中，水和砂混合，然后用磨 液泵和压缩的空气，通过喷枪高速的喷射到被加工的工件上，达到对零件表面清 理和光饰的目的，工效非常高，磨料消耗少，能提高工件表面的光洁度，同时也 能够提高表面的强度。 9）工序十六在外支承面上打标记。 3.33.3、成形车刀线切割加工、成形车刀线切割加工 3.3.13.3.1、成形车铲刀的形状及尺寸设计、成形车铲刀的形状及尺寸设计 由齿轮滚刀二维图中的精确轴向齿形图，在考虑铲磨余量的前提下，车铲刀 的形状应与齿轮滚刀单个齿的齿槽相同，其结构简图如下： 成形车铲三维结构图为： 第 34 页 共 41 页 3.3.23.3.2、车铲刀廓形、车铲刀廓形的的 cam 采用电火花线切割加工刀具是一种既经济又有效的方法，尤其是可以加工出 传统方法无法加工的复杂几何形状的刀具。在电火花切割机上加工铲刀时，选用 直径 0.16mm 的钼丝。成形车铲刀的加工方法有两种:偏摆钼丝法和双正弦规法。 （1）采用偏摆钼丝法加工 在加工该车铲刀时，由于滚刀的轴向齿形角有1512，车铲刀电火花加工将呈 现大角度，将钼丝安装成一定角度，以前刀面中的齿形作为加工廓形，避免上下 导向轮之间的距离过远，这样就避免了切割时钼丝露出过长，钼丝在加工过程中 就不易因弯曲而产生振动，从而保证了切割精度。其过程为：将其廓形图形文件 以.dwg 格式保存，再讲文件导入 caxa 系统，再以.iges 格式输出到线切割自 动编程系统，就可以进行程序的编制。其过程如下：先交互指定欲加工的廓形曲 线及走线方向、加工侧边，并给出加工工艺参数，计算机自动生成走丝轨迹，给 出走丝轨迹图形，计算机自动生成加工代码（3b 代码） ，采用偏摆钼丝法的走丝 第 35 页 共 41 页 轨迹图和加工代码如下： 走丝轨迹图 其生成的 3b 代码如下： * caxawedm -version 2.0 , name : 113.3b conner r=0.00000, offset f=0.10000 ,length=49.188 mm * start point=-11.90492 ,59.40724;x,y n1: b3832 b31 b3832 gxl4 ;-8.073 ,59.376 n2: b2285 b2402 b2402 gyl1 ;-5.788 ,61.778 n3: b3746 b14701 b14701 gyl1 ;-2.042 ,76.479 n4: b147 b369 b369 gyl1 ;-1.895 ,76.848 n5: b236 b317 b317 gyl1 ;-1.659 ,77.165 n6: b302 b238 b302 gxl1 ;-1.357 ,77.403 n7: b346 b148 b346 gxl1 ;-1.011 ,77.551 n8: b362 b49 b362 gxl1 ;-0.649 ,77.600 n9: b1298 b0 b1298 gxl1 ;0.649 ,77.600 第 36 页 共 41 页 n10: b362 b49 b362 gxl4 ;1.011 ,77.551 n11: b346 b148 b346 gxl4 ;1.357 ,77.403 n12: b302 b238 b302 gxl4 ;1.659 ,77.165 n13: b236 b317 b317 gyl4 ;1.895 ,76.848 n14: b147 b369 b369 gyl4 ;2.042 ,76.479 n15: b3746 b14701 b14701 gyl4 ;5.788 ,61.778 n16: b2255 b2371 b2371 gyl4 ;8.043 ,59.407 n17: b2925 b0 b2925 gxl1 ;10.968 ,59.407 n18: b356 b82 b356 gxl3 ;10.612 ,59.325 n19: dd （2）采用双正弦规加工 采由精密正弦平口钳和正弦规组合成的双正弦规通用夹具， 可方便快捷地加 工出任意角度的车铲刀。加工时分别调整正弦规和精密正弦平口钳的角度。在线 切割软件中得加工廓形的方法是：在三维软件中，生成工程图，以*.dxf 格式存 盘，然后在线切割软件中读入，裁剪掉非刀齿廓形曲线，再将刀齿廓形曲线顺时 针旋转 90。加工时正弦规的偏摆角度按车铲刀的顶刃后角 e ，精密正弦平口钳 的偏摆角度为 0。其走线轨迹图和 3b 代码如下： 走丝轨迹图 第 37 页 共 41 页 * caxawedm -version 2.0 , name : 111.3b conner r=0.00000, offset f=0.10000 ,length=51.725 mm * start point=75.45278 ,273.35668;x,y n1: b5650 b29 b5650 gxl4 ;81.103 ,273.328 n2: b2283 b2283 b2283 gyl1 ;83.386 ,275.611 n3: b3745 b13974 b13974 gyl1 ;87.131 ,289.585 n4: b1401 b375 b1401 gxsr2 ;88.532 ,290.660 n5: b1284 b1 b1284 gxl4 ;89.816 ,290.659 n6: b0 b1450 b1075 gysr1 ;91.216 ,289.584 n7: b3744 b13973 b13973 gyl4 ;94.960 ,275.611 n8: b2255 b2254 b2255 gxl4 ;97.215 ,273.357 n9: b5543 b0 b5543 gxl1 ;102.758 ,273.357 n10: b0 b100 b100 gyl4 ;102.758 ,273.257 n11: dd 第 38 页 共 41 页 四四、设计总结设计总结 4 4.1.1、设计心得设计心得 本次设计是在李必文老师的悉心指导和帮助下完成的。他渊博的知识、 勤奋的工作作风、务实的学习和工作态度、积极进取的勇气和魄力、以及对学生 从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。他无私的奉献精神是我 毕生学习和追求的目标。在今后的学习和生活之中，老师的教海必将激励我不断 奋发向上同时也要感谢与我相关的课题组的同学，他们在设计中给了我很大的帮 助，和他们的一讨论时常使我的思路豁然开朗，他们给了我很多很好的设计性建 议，使我的设计加快了进程。在此向所有给予我帮助和支持的老师和同学们表示 深深的谢意。 通过这一学期的学习和对有关资料的丧阅，我运用所学的专业知识和从与专 业相关联的课程为出发点， 设计了刀其零件的工艺、 编制了刀具零件的加 i_程序， 井复习了所学软件 autocad、 proie 的运用， 同时学习了其他一些相关软件的应用。 在设计思想中尽可能体现了我所学的、掌握和了解的知识。其次我从这次课程设 计中获益匪浅，在以后的工作中，肯定会遇到许多困难，但回想起这设计经历的 时候，我就萌发出那种和困难做斗争的勇气。 当然由于设计一经验的不足，在设计过程中难免有不足和缺点，但是我觉得得到 教训也算是一种收获吧。 第 39 页 共 41 页 4 4.2.2、未来展望、未来展望 中国第一把插齿刀是 20 世纪 60 年代出现的，这说明了在技术发展中，我们还 远比不上发达国