径节制滚刀、马格插刀设计及其加工工艺

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：一般当<5º时，容屑槽滚刀的容屑槽一般做成与轴心线平行的直槽形式。当时，直槽滚刀并不引起被加工齿轮齿面质量有明显区不。容屑槽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。容屑槽数越多，切削过程越平稳，滚刀耐用度越高，齿形精度以及齿面光洁度也越高。然而容屑槽越多，刀齿宽度减小，会使滚刀可重磨次数减少。(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，一般都采纳前角滚刀的后角: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纳相同的铲背量。其值用下式计算：式中——滚刀径向铲背量；——滚刀外径；——滚刀容屑槽数；——滚刀顶刃后角。滚刀后脚一般取10º~12º。当K值计算圆整后（计算精度到0.5mm）应验算其侧刃后角的大小。应不小于3º。式中—滚刀分圆法向齿形角。

为使滚刀铲磨时有砂轮空刀，滚刀必须进行双重铲齿且有两种方法，本次设计采纳的铲背设计可按下表查询。K22.533.544.555.566.57891012K20.6--0.70.7--0.80.8--0.9(5)滚刀的分圆直径和螺旋升角考虑到重磨因数对安装斜角的阻碍，为使滚刀加工齿轮时的安装斜角更接近于新旧螺旋滚刀的螺旋升角，应该设计一个比较合理的分圆直径，可按下式计算。式中——滚刀的齿顶高；——滚刀外径偏差。滚刀的螺旋升角不仅与滚刀使用时的安装有关。同时它又阻碍滚刀的齿形角近似造形误差。精滚刀。式中n——滚刀螺纹头数，精滚刀n=1;——法向模数

(二)结构设计各结构参数参照《复杂刀具设计手册》表2.2-1模数整体滚刀差不多尺寸，具体参数见滚刀零件图CLGD01041.2参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：法向模数：分圆法向压力角：齿高系数：径向间隙系数：分圆法向弧齿厚：=7.98分圆螺旋角：=螺旋方向：左旋精度等级：7FJGB/0095-88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差不多尺寸外径孔径全长容屑槽数依照滚刀精度等级为AA级，按表2.2-1选取I型差不多尺寸。=100=143法向齿形尺寸：齿顶高齿根高齿全高法向齿距法向齿厚0.010.010.0010.014切削部分前角铲背量第一铲背量侧刃后角第二铲背量容屑槽深度槽底半径（5）槽形角R0度前角前刃面偏位置取应不小于3度采纳型铲背形式可按表2.2-2选取第二铲背量；取0.7~0.8+（0.5~1）0.1圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.25=5取R=1.50取5作图校验见注略6分圆直径—滚刀外径偏差0.017分度圆螺旋升角精加工滚刀8容屑槽螺旋角直槽9容屑槽导程直槽滚刀螺旋槽滚刀10轴向齿形尺寸轴向齿距轴向齿厚齿顶圆弧半径齿根圆弧半径0.0010.010.10.111轴向齿形角直槽滚刀右侧面齿形角左侧面齿形角直槽0°前角滚刀12滚刀螺旋方向当安装斜角小于时，一般制成右旋螺纹右旋螺纹13轴台尺寸直径长度侧棱查表2.2-1查表2.2-1按总附录表V14键槽尺寸键宽键高圆弧按附录表Ⅲ按附录表Ⅲ按附录表Ⅲ15内孔空刀尺寸空刀直径磨光部分长度按附录表Ⅴ按附录表Ⅴ注：滚刀校验图如下：选取砂轮直径按其中为成形刀齿廓的高度，为砂轮法兰盘直径，一般。本文选取砂轮直径=60mm1.3设计图（一）CAD设计详图：

(二)三维设计二、马格插齿刀部分2.1设计原理插齿刀实质上确实是一个变位齿轮。插齿刀在插齿时，除了切削运动外，它和工件还有相互配合的转动，这确实是展成运动。插齿刀靠切削运动和展成运动形成齿轮齿面，因此齿轮齿面是插齿刀齿刃连续运动轨迹的包络面。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。然而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。因此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。(一)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。确定那个最大变位系数的方法，首先求出保证插齿刀不发生齿顶变尖的值，然后把此值代入公式（2.1-1）。假如等式不成立，则讲明此值即为既能保证插齿刀顶尖不变尖，又能保证不发生过度曲线干涉的插齿刀变位洗漱。如不等式不能成立，则要发生过度曲线干涉。现在，必须相应减少值或增加插齿刀齿数后重新计算，明白满足为止。当不等式左右两边相等时，即取最大值。 (二)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。 (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。假如不等式成立，则现在的能够保证不发生顶切和不发生根切。假如不等式不成立，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。插齿刀有前角能够改善切削条件，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。然而由于有了前角和变位，这种误差就不可幸免。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制和径克制模数，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6.16.26.36.46.56.66.76.86.9(三)结构设计结构图如下：结构设计参数参考《复杂刀具设计手册》表2.4-6公称直径Φ125mm碗形插齿刀的结构参数。具体参数，见碗形外啮合直齿插齿刀零件图CCD0104。

2.2参数计算表1.3.1碗形直齿插齿刀的设计步骤及计算结果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5.85.8分圆压力角25°25°齿数2117齿顶高5.85.8齿根高7.257.25齿全高13.0513.05分圆弧齿厚9.1119.111变位系数00齿顶圆半径66.755.1根圆半径53.6542.05分圆半径60.949.3基圆半径55.19444.681序号计算项目符号计算公式或选取方法计算精度结果1顶刃前角通常取2顶刃后角设计要求取0.00000013齿数据设计要求取采纳公称分圆的碗形插齿刀4齿顶高系数据设计要求取0.01求最大变位系数5同意齿顶厚0.016计算参数0.017求据设计要求0.018共轭齿轮的啮合角0.0000001由于，故即9共轭齿轮中心距0.00110被切齿轮和插齿刀的啮合角0.0000001由于，故即11被切齿轮和插齿刀的中心距0.00112插齿刀齿顶圆半径0.00113插齿刀基圆半径0.00114计算参数将8~13项的计算结果带入下面不等式中：如不等式不成立，则讲明发生过度曲线干涉，现在必须减少值或增加插齿刀的齿数后重新计算，符合不等式要求，故取求最小变位系数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0.000000116保证被切齿轮不发生顶切的最小变位系数0.0117验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切将带入下列公式中验确实是否发生根切：0.0010.0010.001符合公式要求，因此18原始截面到前端面距离0.119厚度的尺寸还受到工艺因素的限制，不宜取过大，参照表2.4-6选取整数按表2.4-6取20修正后齿形角或21侧刃后角0.000000122分圆直径0.00123齿形角修正后的基圆直径0.001原始截面上的齿形尺寸24齿顶高0.0125分圆弧齿厚0.00126齿全高0.01前端面上的齿形尺寸27齿顶高0.0128分圆弧齿厚0.0129顶圆直径0.0130根圆直径0.0131前刃面齿顶高0.0132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顶圆上的展开角式中—齿顶圆压力角0.00000010.00001°1′34齿形有效部分起始点展开角式中—齿形有效部分起始点压力角式中—被切齿轮的原始齿条齿顶高系数0.000000135有效部分展角36齿根圆压力角当时，以处计算齿间宽0.0000001由于，以处计算37根圆齿厚0.01本设计以基圆直径代入，所得为基圆齿厚38根圆齿间宽如，磨齿形时有困难，可适当减少0.01本设计以基圆直径代入，所得齿间宽为基圆齿间宽

2.3设计图（一）CAD设计详图：（二）三维设计图：

三、工艺设计3.1、工程机械滚齿刀加工工艺本设计非标齿轮滚刀采纳高速钢W6Mo5Cr4V2，其具有专门高的硬度、耐磨性及热硬性（也称红硬性），当刃具温度高达500~600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，然而须通过分级淬火、三次回火才能达要求，因此在工艺设计热处理中要考虑那个问题。原材料须通过锻造使晶粒细化，同时要愋慢冷却幸免形成马氏体。为了便于加工，还必须退火以降低硬度(一般采纳等温退火)。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，采纳油淬火。进行三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CLGD0104工程机械齿轮滚刀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：三正火四车1、清一端端面，光大部格外圆，打两端中心孔；2、钻内孔至mm;3、车内孔至mm，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。C620五钻：钻38mm的内孔。Z35六车：车内孔至;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。M212020'八磨：穿锥度心轴，光大外圆，靠两端面见光M131锥度心轴九插：键槽至尺寸，注意内孔留磨量，去毛刺。B52525'十车：螺旋槽深度至尺寸，分圆齿厚留0.5mm余量。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，去毛刺十三铲：铲顶、分圆齿厚留0.3mm余量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，使硬度达到十五磨：内孔留mm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锥度心轴20'十八磨：前刀面且留余量0.25-0.4mmM6420D14槽数分度盘十九铲磨：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，真空包装工艺讲明：工序二锻造，由于非标准刀具是单件生产，锻造毛坯一般采纳自由锻，所留的余量也较大。工序三正火的目的在于去应力，提高零件的切削性能。工艺过程中所用锥度心轴其锥度为1:3000。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，π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。工序十三铲齿时所用的成形车铲刀比滚刀容屑槽瘦窄。工序十中转工序用时1小时，要紧是因为车螺旋槽时要配挂轮。工序十三和十六分不转工序用时2小时40分钟和4小时，要紧是要配挂轮，调凸轮的升距。8）工序十九激光打标记。3.2、马格插齿刀工艺设计本设计盘形插齿刀采纳高速钢W6Mo5Cr4V2，硬度为63－66HRC，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，然而须通过一次淬火、三次回火才能达要求，因此在工艺设计热处理中要考虑那个问题。原材料须通过锻造使晶粒细化，同时要缓慢冷却幸免形成马氏体。为了便于加工，还必须退火以降低硬度(一般采纳等温退火)。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，采纳油淬火。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D0104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：Ф140×46三正火四车：车外圆锥面、内孔，要预留0.3mm，内外支承面各留0.15mm，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。C6201.20五滚齿：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:八磨：先找正内孔和内支承面,磨内孔，留0.01~0.02的磨量,磨内端面，前刀面磨出2.5~3mm的宽带平面M2120开口薄壁套筒九研：内孔至尺寸1.00十磨：外支承面，往常刀面宽带定位M7120十一磨：外锥面至尺寸M131锥度心轴十二磨：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，侧后刀面的基圆螺旋角Y7132专用磨齿心轴4.00转工序4.00十四送检：基圆直径，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，真空包装工艺讲明：工序一锻造，由于非标准刀具是单件生产，锻造毛坯一般采纳自由锻，所留的余量也较大。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。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。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，要紧是要找滚齿夹具，挂分齿挂轮。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mm的环状平面，用于磨削外支承面时定位。工序十一所用锥度心轴锥度为1:3000或1:5000。工序十三中的基圆直径，由即得。转工序用时4小时，要紧是要调基圆直径，摆基圆螺旋角。工序十四中依照设计用万能渐开线检查仪检测齿形。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，工效特不高，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。3.3、成形车刀线切割加工3.3.1、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：3.3.2、车铲刀廓形的CAM采纳电火花线切割加工刀具是一种既经济又有效的方法，尤其是能够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。采纳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，车铲刀电火花加工将呈现大角度，将钼丝安装成一定角度，往常刀面中的齿形作为加工廓形，幸免上下导向轮之间的距离过远，如此就幸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，就能够进行程序的编制。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），采纳偏摆钼丝法的走丝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-Version2.0,Name:113.3BConnerR=0.00000,OffsetF=0.10000,Length=49.188mm****************************************StartPoint=-11.90492,59.40724;X,YN1:B3832B31B3832GXL4;-8.073,59.376N2:B2285B2402B2402GYL1;-5.788,61.778N3:B3746B14701B14701GYL1;-2.042,76.479N4:B147B369B369GYL1;-1.895,76.848N5:B236B317B317GYL1;-1.659,77.165N6:B302B238B302GXL1;-1.357,77.403N7:B346B148B346GXL1;-1.011,77.551N8:B362B49B362GXL1;-0.649,77.600N9:B1298B0B1298GXL1;0.649,77.600N10:B362B49B362GXL4;1.011,77.551N11:B346B148B346GXL4;1.357,77.403N12:B302B238B302GXL4;1.659,77.165N13:B236B317B317GYL4;1.895,76.848N14:B147B369B369GYL4;2.042,76.479N15:B3746B14701B14701GYL4;5.788,61.778N16:B2255B2371B2371GYL4;8.043,59.407N17:B2925B0B2925GXL1;10.968,59.407N18:B356B82B356GXL3;10.612,59.325N19:DD（2）采纳双正弦规加工采由周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。加工时分不调整正弦规和周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，周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****************************************CAXAWEDM-Version2.0,Name:111.3BConnerR=0.00000,OffsetF=0.10000,Length=51.725mm****************************************StartPoint=75.45278,273.35668;X,YN1:B5650B29B5650GXL4;81.103,273.328N2:B2283B2283B2283GYL1;83.386,275.611N3:B3745B13974B13974GYL1;87.131,289.585N4:B1401B375B1401GXSR2;88.532,290.660N5:B1284B1B1284GXL4;89.816,290.659N6:B0B1450B1075GYSR1;91.216,289.584N7:B3744B13973B13973GYL4;94.960,275.611N8:B2255B2254B2255GXL4;97.215,273.357N9:B5543B0B5543GXL1;102.758,273.357N10:B0B100B100GYL4;102.758,273.257N11:DD

四、设计总结4.1、设计心得本次设计是在李必文老师的悉心指导和关心下完成的。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专门大的关心，和他们的一讨论时常使我的思路豁然爽朗，他们给了我专门多专门好的设计性建议，使我的设计加快了进程。在此向所有给予我关心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动身点，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，确信会遇到许多困难，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。因此由于设计一经验的不足，在设计