机械设计课程设计齿轮滚刀、插齿刀设计及其加工工艺

1、x x 大 学课程设计说明书 课程名称：机械设计制造及其自动化专业课程设计 学生姓名： 专业班级： 机械081班 指导教师： 学 院： 机械工程学院 起止时间：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日 x x 大 学课程设计任务书 题 目：齿轮滚刀、插齿刀设计及其加工工艺 学生姓名： 专业班级： 机械081班 指导教师： 学 院： 机械工程学院 起止时间：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日一、课程设计内容及要求：1齿轮滚刀、插齿刀的设计，包括参数计算、结构设计、刀具加工工艺的设计2插齿刀零件图（2#图一张）3滚刀零件图（2#图一张）4插

2、齿刀、滚刀加工工艺5课程设计说明书：应阐述整个课程设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。应有目录、摘要及关键词、正文、参考文献等内容，字数一般不少于6000字。二、主要参考资料有关复杂刀具参数计算及结构设计、机械制造工艺与设备的手册与图册。三、课程设计进度安排阶段阶 段 内 容起止时间1布置任务，准备资料1天(12月4日)2方案设计1天(12月5日)3设计计算4天(12月610日)4结构设计及绘图8天(12月1018日)5工艺编制2天(12月1820日)6编写设计说明书3天(12月2023日)7准备答辩和正式答辩1天(12月23日)指导教师（签名）： 时间： 教研室主任(签名)： 时

3、间： 院 长（签名）： 时间： 专业课程设计刀具方向第四组 任 务 书题目1：外啮合碗形直齿插齿刀的设计已知条件名称被切齿轮参数共轭齿轮参数符号数值符号数值模数6.16.1分圆压力角2424齿数3019齿顶高6.16.1齿根高7.6257.625齿全高13.72513.725分圆弧齿厚9.5829.582变位系数00齿顶圆半径97.664.05根圆半径83.87550.325分圆半径91.557.95基圆半径83.58952.940要求：（1）设计公称分圆125的外啮合a级碗形直齿插齿刀，前角=5，齿顶后角=6，齿数=21，齿顶高系数=1.15，=0。（2）编制该刀具加工工艺题目2：齿轮滚刀的

4、设计已知条件名称被切齿轮参数符号数值法向模数10分圆法向压力角27齿数13齿顶高系数1径向间隙系数0.25分圆法向弧齿厚15.708变位系数0分圆螺旋角15螺旋方向右旋精度等级7fj gb10095-88要求：（1）设计aa级型单头右旋齿轮滚刀，=200，前角=0，顶刃后角=1012，侧刃后角不小于3，有第二铲背量k2，滚刀螺旋角5。（2）编制该刀具加工工艺。目 录1、 齿轮滚刀部分5 1.1设计原理5 1.2结构设计6 1.3参数计算6 1.4工艺设计 92、 插齿刀部分12 2.1 设计原理12 2.2 结构设计14 2.3 参数计算15 2.4 工艺设计 183、 设计总结 20 3.1

5、 设计心得20 3.2 设计资料补充21主要参考文献 33 一、齿轮滚刀部分1.1设计原理 齿轮滚刀是加工直齿和斜齿圆柱齿轮最常用的刀具之一。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。工业上采用易于制造和检验，而端截面又近似于渐开线的蜗杆，作为滚刀的基本蜗杆。 滚刀的结构参数： (1)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

6、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)滚刀的长度： 除的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)齿轮的容屑槽： 滚刀的容屑槽一般做成与轴心线平行的直槽形式。滚刀的容屑槽数关系到切削过程的平稳性、齿形精度和齿面光洁度，以及滚刀的每次重磨后的耐用度和使用寿命。(4)滚刀的切削角度： 滚刀的前角：精加工滚刀和标准滚刀为便于制造和测量，一般都采用前角 滚刀的后角: 齿轮滚刀的顶刃后角和侧刃后角应保持一定的关系，使滚刀重磨后齿形不发生变化。因此，滚刀的顶刃与侧刃必须采用相同的铲背量。其值用下式计算： 式中 滚刀径向铲背量； 滚刀外径； 滚刀容

7、屑槽数； 滚刀顶刃后角。为使滚刀铲磨时有砂轮空刀，滚刀必须进行双重铲齿。k22.533.544.555.566.57891012k20.6-0.70.7-0.80.8-0.91.2结构设计简单结构图如下：结构设计参考一般齿轮滚刀的结构参数。具体参数，请看所附零件图。1.3参数计算齿轮滚刀的设计步骤及计算举例已知条件被加工齿轮参数： 齿顶高系数f=1 变位系数 分度圆螺旋角 螺旋方向：右旋精度等级：7fj gb10095-88序号计算项目符号计算公式或选取方法计算精度计算举例1滚刀精度等级按齿轮精度等级选定滚刀精度等级aa级2基本尺寸（1） 外径（2） 孔径（3） 全长（4） 容屑槽数dl根据滚

8、刀精度等级为aa级，按表2-2-1选取基本尺寸3法向齿形尺寸（1） 齿顶高（2） 齿根高（3） 齿全高（4） 法向齿距（5） 法向齿厚0.010.010.0010.014切削部分（1） 前角（2） 铲背量 第一铲背量 侧刃后角 第二铲背量（3） 容屑槽深度（4） 槽底半径（5） 槽形角khr采用前角滚刀前刃面偏位值：0.1圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.25 e=0取为取5作图校验见图略6分圆直径0.017分圆螺纹升角8容屑槽螺旋角 直槽9容屑槽导程t直槽滚刀t=110轴向齿形尺寸（1） 轴向齿距（2） 轴向齿厚（3） 齿顶圆弧半径（4） 齿根圆弧半径 0.0010.010.10

9、.111轴向齿形角直槽滚刀（左右侧齿形角相等）12滚刀螺纹方向右旋13轴向尺寸（1） 直径（2） 长度（3） 倒棱按表2.2-1按表2.2-1按总附录表v14键槽尺寸（1） 键宽（2） 键高（3） 圆弧按总附录表按总附录表按总附录表15内孔空刀尺寸（1） 空刀直径（2） 磨光部分长度1.4工艺设计 本设计非标齿轮滚刀采用高速钢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，同时要愋慢冷却避免形成马氏体。为了便于加工，还必须退火以降

10、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 华 大 学 机 械 工 程 学 院 零 件 加 工 工 艺 卡图 号零 件 名 称材 料1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 注一锻造：205205二正火三车：粗车外圆，清两端面，见光，一头打出中心孔c6140a1.00四钻：内孔至58z3520五车：内孔至，0.4两端面各留0.15，外圆留1，内孔空刀槽做出至尺寸c6

11、140a1.00六插：键槽，注意内孔留磨量，去毛刺b503025七磨：内孔至m212020八车：螺旋槽，注意槽深至尺寸，分圆齿厚留0.5，或c6140a59.7带键螺旋心轴，车铲成形刀2.30转工序1.00九铣：容屑槽x62w59.7带键螺纹心轴，成形刀1.00十铲：铲齿，外圆留0.4，齿厚留0.3=2.47787=0.40357=或c895559.7带键螺纹心轴，成形刀2.00转工序2.00十一钳：去不全齿，去毛刺15十二热处理：6366hrc十三磨：内孔留0.010.015m212025十四研：内孔至尺寸内孔研磨机1.30十五磨：两凸台外圆，两端面至尺寸m13160锥度心轴20十六磨：前刀

12、面m6420d40十七铲磨：齿形至尺寸c89554.00转工序2.00十八送检十九液体喷砂二十激光刻标记二十一浸蜡，真空包装二、插齿刀部分2.1设计原理 插齿刀的设计重点在变位系数的确定。变位系数越大，那么加工出来的齿轮表面精度越高。但是变位系数的增大会相应的带来两个问题。第一是插齿刀的齿顶变尖使刀具的耐用度降低；第二是插出齿轮的齿根过渡曲线与啮合齿轮的齿顶发生干涉。所以在设计时我们要充分的考虑这两个因素，以确定变位系数的最大值。 变位系数越小，则有利于插齿刀的重磨次数，即可提高使用寿命。但的减小又会引起两个问题。第一是加工少齿数的齿轮时，容易产生根切；第二是加工多齿数齿轮时易产生顶切。因此设

13、计插齿刀时也必须考虑这两个因素，以确定变位系数的最小值。 最大变位系数的确定，可参考以下的几道公式： (1)齿顶变尖的限制：(2)齿轮过渡曲线干涉的限制：式中 被切齿轮与共轭齿轮啮合时的中心距；被切齿轮与共轭齿轮啮合时的啮合角；共轭齿轮的齿顶圆半径；共轭齿轮的基圆半径；插齿刀切削齿轮时的中心距；插齿刀切削齿轮时的啮合角；插齿刀齿顶圆半径；插齿刀基圆半径；齿轮分圆压力角；被切齿轮与共轭齿轮齿数；被切齿轮与共轭齿轮变位系数。最小变位系数的确定，也可参考以下的几道公式：(1)齿轮根切的限制：齿轮的齿数越少或它的变位系数越小，越易发生根切。当插齿刀的齿数越多、变位系数越小以及齿顶高越大时，越易发生根切

14、。(2)齿轮顶切的限制：式中 插齿刀切齿时保证被切齿轮不发生顶切的最小啮合角； 被切齿轮齿顶圆和基圆半径。确定最小变位系数的方法，先求出保证被切齿轮不发生顶切的值，然后代入限制根切的不等式进行计算。如果不等式成立，则此时的可以保证不发生顶切和不发生根切。如果不等式不成立，则将发生根切。那就要相应的增大然后重新计算。当不等式左右相等时，即为最小值。 另一重点是插齿刀前角和齿形的修正。插齿刀有前角可以改善切削条件，但这将造成齿形误差，必须修正齿形以减少齿形误差。插齿刀切削齿轮时，切削刃上下运动的轨迹包络形成齿轮的渐开线齿形。故切削刃在基面上的投影应是渐开线才没有理论上的误差。但是由于有了前角和变位

15、，这种误差就不可避免。如下为修正公式：tan = 式中 修正后齿形角； 分圆压力角；齿顶后角；前角。附：maag制和径节制模数，以弥补公制数离散点间隔过大的缺陷。maag制模数部分系列如下表：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结构设计 结构图如下： 结构设计参考工称直径125mm碗形插齿刀的结构参数。具体参数，请看所附零件图。2.3参数计算根据以上所给的已知条件，求解相应碗形插齿刀的参数，如下为计算过程：1. 前角： 根据已知条件(通常情况下取)2. 齿顶后角： 根据已知条件(通常情况下取)，则3. 齿

16、数： 根据已知条件4. 齿顶高系数： 根据已知条件5. 最大变位系数： 根据已知条件6. 共轭齿轮的啮合角： 故 7. 共轭齿轮中心距： 8. 被切齿轮和插齿刀的啮合角： 故 9. 被切齿轮和插齿刀的中心距： 10. 插齿刀齿顶圆半径： 11. 插齿刀基圆半径： 12. 计算参数： 由于22.934小于24.735故符合要求，得.1613. 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： = 故 = 19.52291 14. 保证被切齿轮不发生顶切时的最小变位系数： =-0.7215. 验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切： = =150.763 = = 66.673判断左边 = = 1

17、8.416 0故符合要求，所以取 = -0.7216. 原始截面到前端面距离： 由于= 0故 = 017. 厚度b： b= b的尺寸受到工艺因素的限制，特别是小模数插齿刀，b值不宜太大。查手册取b =40=2818. 修正后齿形角： tan = = =0.4493608=24.19728=251150 cos=0.9121396 sin=0.409879719. 侧刃后角：tan=sintan= 0.40987970.1051042 =0.0430801 =22820. 分圆直径： =m=6.121 =128.10021. 齿形角修正后的基圆直径： = =128.1000.9121396 =1

18、16.84522. 原始截面齿顶高： =1.156.1 =7.0223. 原始截面分圆弧齿厚： =9.58224. 原始截面齿全高： =2=27.02 =9.58225. 前端面齿顶高： =7.0226. 前端面分圆弧齿厚： =9.11127. 前端面顶圆直径： =+2=128.10027.02 =142.1428. 前端面根圆直径： =142.14214.04=114.0629. 前刀面齿顶高：= =7.05其它结构尺寸查手册选取30. 距前端面2.5mm处进行齿形检验顶圆上的展开角： cos=0.8252087=34.39034 tan =6844667=39.21707 tan=3913

19、31. 距前端面2.5mm处进行齿形检验齿形有效部分起始点展开角： tan=tan-=0.4493608=0.2657107=57.29578tan=57.295780.2657107 =151332. 距前端面2.5mm处进行齿形检验有效部分展开角： =39131513=2433. 距前端面2.5mm处进行齿形检验齿根圆压力角： =0 由于 故 cos=1 inv=034. 距前端面2.5mm处进行齿形检验根圆齿厚：35. 距前端面2.5mm处进行齿形检验根圆齿间宽： =4.84(11.5) 2.4工艺设计 本设计盘形插齿刀采用高速钢w6mo5cr4v2，硬度为hrc6768，红硬比较好，韧

20、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。进行多次回火使其弥散硬化。南 华 大 学 机 械 工 程 学 院 零 件 加 工 工 艺 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

21、、量具工时定额备 注一锻造：14735，孔可不冲出二正火三车：内孔，齿顶圆大部分及外支承面一次装夹做出，内孔留0.3外圆留0.3内外支承面各留0.15c6140a1.30四滚齿：以外支承面定位，找正齿顶圆，走出齿根斜度，k向分度圆齿厚留0.4y38留磨滚刀，走刀样板1.30转工序1.00五钳：去毛刺，刀刃不倒角10六热处理:6366hrc七磨：内孔留0.010.015，内支承面至尺寸，前刀面磨出1.5mm宽的环带平面，三个面一次装夹做出m212025八研：内孔至尺寸1.00九磨：穿心轴磨齿顶圆至尺寸m131锥度心轴20十磨：前刀面至尺寸m6025c螺纹心轴，碟形聚酯砂轮25十一磨：齿形至尺寸，

22、基圆直径116.845，基圆柱螺旋角y7132专用心轴4.00转工序4.00十二送检：齿形精度（在距前刀面2.5mm处检查齿形），k向齿厚十三液体喷砂十四激光刻标记十五浸蜡，真空包装3、 设计总结3.1设计心得 通过本次课程设计，我了解了非标准齿轮滚刀，插齿刀的设计原理、设计过程以及加工工艺过程。培养了我综合运用所学理论解决生产实际中刀具设计的能力，初步掌握了齿轮滚刀的设计计算方法，学会了绘制齿轮滚刀工具图，同时也学会了使用各种设计资料、手册。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家。目前国内刀具技术的整体发展水平与欧洲国家仍有较大差距。但近年来国内工具厂通过不断进行技术改造，刀具设计制造水平已有长足进步，某些技术领域和产品品种已接近或达到国外先进水平，如汽车变速箱齿轮滚刀、发动机连杆拉刀、压缩机专用拉刀、复合齿形渐开线花键拉刀、剃齿刀等刀具品种已达到较高质量水平，具有了一定的市场竞争能力。中国加入wto后，国内工具行业机遇与挑战并存，为了抓住机遇，迎接挑战，国内工具制造厂必须进一步加大技术改造力度，尽快提高自身发展水平，缩小与发达国家的差距，通过市场竞争求生存、图发展。作为当代机械设计制造及其自动化专业的大学生，更应该学好专业知识，为以后走向工作岗位更好的为我国的制造技术的发展贡献力量。 设计此齿轮滚刀重点在于