刑事诉讼中证人出庭难的思考

ePAGE切断刀磨位姿及刃磨参数研究e(e)指导老师：e[摘要]本文主要阐述了车刀的种类及其分类方法；建立了切断刀的三维零件模型；并确定了切断刀刃磨的参数；对车刀角度及车刀角度对切削加工的影响作了研究和分析；详细阐述了刀具各个角度的刃磨方法；研究切断刀不同位姿，建立其数学模型并采用相应的夹具，以实现对切断刀的刃磨。[关键词]车刀角度刃磨参数三维建模数学模型

CuttingKnifeGrindingPositionandOrientationParamererResearche(e)Tutor：eeAbstract：Thispaperdescribedthetypesofturningtoolsandtheirclassification;Cutter3Dpartmodel;andtodeterminethecutoffbladegrindingparameterswerestudied;theangleofturningtoolsandlathetoolpointofviewofcuttingandanalysis;elaborateonthedifferentanglesofthetoolsharpening;studycuttingknifedifferentpositionandorientation,toestablishitsmathematicalmodelandthecorrespondingfixture,inordertoachievethesharpeningofthecuttingknife.Keywords：cuttingtoolsgeometryanglesharpeningparameterthreedimensionalmodelingmathematicalmodelingPAGE46目录TOC\o"1-3"\h\u引言 11.切断刀刃磨参数研究 31.1车刀基础知识 31.1.1车刀的组成 31.1.2确定车刀角度的辅助平面 31.1.3切断刀的角度和主要作用 41.2切断刀的种类和装夹 51.2.1切断刀的种类和几何形状 51.2.2切断刀的刃磨要求和装夹 71.3切断刀各个角度对切削的影响 71.3.1前角的功用及选择 71.3.2后角功用及选择 81.3.3主偏角的功用及选择 91.3.4副偏角的功用及选择 101.3.5刃倾角的功用及选择 101.4常用的车刀材料 111.4.1对车刀材料的性能要求 111.4.2常用的车刀材料 111.5车刀的刃磨参数总结及优化 121.5.1常用切断刀的几何参数 121.6建立刀面方程 131.6.1主后刀面方程 141.6.2副后刀面方程式 141.6.3前刀面方程 152.基于Pro/Engineer的刀具三维建模简介 162.1车刀的三维建模简介 162.1.1车刀的建模分析 163切断刀磨位姿调整 203.1刃磨装置的数学模型 203.1.1主后刀面坐标变换 213.1.2副后刀面的坐标变换 223.1.3前刀面坐标变换 223.2刃磨总体方案 243.2.1方案1 243.2.2方案2 253.2.3方案3 263.3车刀的位姿调整 274.1砂轮的选取 334.2电主轴的选择 37致谢 40参考文献 41引言 在机械加工中，金属切削刀具的几何参数的合理选择及高质量的刃磨直接影响到机械加工的质量、刀具耐用度、生产效率和加工成本。因此机械加工中，正确的选择刀具角度以及如何获得所选角度的大小，尤其显得重要。俗话说：“三分工艺，七分刀具”，这充分说明了刀具和车刀刃磨技术在机械加工中的突出地位。一把好的刀具切削性能的好坏主要取决于制造刀具的材料、刀具的结构、刀具切削部分的几何参数。其中刀具材料固然重要，但当刀具材料和刀具结构确定之后，刀具切削部分的集合参数对切削性能的影响就成为十分重要的因素，如何刃磨这些参数使其达到加工中的要求，是一项非常重要的工作。例如：在数控加工中，由于刀头结构和刀具切削部分形状选择不合理，本来用一把刀具可以完成所有面的加工，且需要多把刀具来完成，造成加工效率低下，也没有完全发挥数控加工的优越性，在生产实践中，这类现象很多。 刀具在整个加工制造成本中，看似只占很小的比例。但在整个加工效率方面，恰恰是刀具起举足轻重的作用。随着对加工精度的提高，对刀具的要求也更高，相对刀具的成本也在增加，所以刀具的重新修磨就显得尤为重要！以往的刀具刃磨仅仅只限于人工在砂轮上修磨，或者由刀具厂家回收修磨，这些方式就谈不上效率可言了。现在，加工中心的技术工人们，不可能在工作初期，用大量的时间来修磨刀具。刀具的精度、使用寿命和刀具结构越来越成为影响加工能力和生产效率的关键因素，昂贵的刀具成为生产成本的重要组成部分。因此，用于刀具修磨的刃磨机行业就越来越受到加工制造业的认可。在实际加工中，要保证加工出合格的产品，首先必须根据加工的实际情况，合理选择刀具的材料、刀具的几何参数等，然后按照具体要求来获得刀具合理的几何参数，对于焊接车刀而言，这些几何参数往往要经过刃磨达到要求。本次毕业设计就以切断刀对刀具刃磨参数进行详细探讨。研究在不同的切削条件下，刀具几何角度对切削加工的影响以及刀具刃磨参数的合理选择。详细阐述了切断刀各个角度的刃磨方法，并建立切断刀的三维模型及数学模型，研究车刀刃磨的磨削运动及刀具位姿的调整。通过合理安排三个移动和两个转动自由度以及不同的砂轮形状，采用相应的夹持工件（刀具）装置，以实现对车刀的刃磨。

1.切断刀刃磨参数研究1.1车刀基础知识1.1.1车刀的组成车刀是由刀头（或刀片）和刀柄两部分组成。刀头部分担负切削工作，所以又称切削部分。刀柄用来夹车刀。车刀的刀头由以下部分组成：（1）前刀面（前面）刀具上切屑流过的表面。（2）后刀面（后面）工件上切削中产生的表面相对的表面。分主后刀面和副后刀面。同前面相交形成主切削刃的是主后刀面；同前面相交形成的是副后刀面。（3）切削刃刀具前面上拟作切削用的刃。（4）主切削刃起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟作用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。主切削刃担负主要的切削工作。图1.1刀具的组成（5）副切削刃切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。副切削刃配合主切削刃完成切削工作。图1.1刀具的组成（6）刀尖指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。为了提高刀尖强度，很多刀具都在刀尖处磨出圆弧型或直线型过渡刃。圆弧过渡刃又称刀尖圆弧。一般硬质合金车刀的刀尖圆弧半径=0.5～1mm。1.1.2确定车刀角度的辅助平面为了确定和测量车刀的角度，需要建立以下几个假想的辅助平面为基准，（见图1-2）。（1）基面（）过切削刃选定的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般水来其方位要垂直于假定的主运动方向。（2）切削平面（）通过切削刃相切并垂直于基面的平面。（3）正交平面（）通过切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。（4）法平面（）通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。（5）将工作平面()通过切削刃选定点并垂直于基面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨几测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要平行于假定的进给运动方向。图1.2刀具平面（6）背平面（）通过切削刃选定点并垂直于基面和假定工作平面的平面。图1.2刀具平面1.1.3切断刀的角度和主要作用图1.3切断刀角度切断刀切削部分共有八个独立的基本角度：前角（）、主后角（）、副后角（左）、（右）主偏角（）、副偏角（左）、（右）刃倾角（）。（1）前角（）前刀面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。前角影响刃口的锋利和强度、影响切削变形和切削力。增大前角能使车刀刃口锋利，减少切削变形，可使切削省力，并使切屑容易排出。（2）后角（）后刀面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。副后面与切削平面间的夹角则为副后角（），后角的作用主要是减少后刀面与工件之间的摩擦。（3）主偏角（）主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。主偏角的主要作用是可以改变主切削刃和刀头的受力情况和散热条件。（4）副偏角（）副切削平面与假定工作平面间的夹角在基面中测量。副偏角的主要作用是减少副切削刃与工件加工表面之间的摩擦。（5）刃倾角（）主切削刃与基面之间的夹角，在主切削平面中测量。刃倾角的主要作用是可以控制切屑的排出方向；当刃倾角为负值时，还可增加刀头强度和当车刀受冲击时保护刀尖。刃倾角有正值、负值和零度三种。当刀尖是主切削刃的最高点时，刃倾角为正值。切削时，切屑排向工作待加工表面，车出的工件表面粗糙度较细，但刀尖强度较差。当刀尖是主切削刃的最低点时，刀倾角为负值。切削时，切屑排向工件已加工表面，容易擦毛已加工表面，但刀尖强度好，在车削有冲击工件是，冲击点先接触在远离刀尖的切削刃处，从而保护了刀尖，每当主切削刃与基面平行时，刃倾角等于零度。切削时，切屑基本上垂直于主切削刃方向排除。车刀除了上述六个基本角度外，还可以计算出两个常用的派生角度：（6）楔角（）前面与后面间的夹角，在正交平面中测量。它影响刀头的强度，楔角可用下式计算=90°-（+）（式1.1）（7）刀尖角（）主切削平面和副切削平面间的夹角，在基面中测量。它影响刀尖强度和散热条件，刀尖角可以用下式计算=180°-（+）（式1.2）1.2切断刀的种类和装夹1.2.1切断刀的种类和几何形状切断刀以横向进给为主，前端的切削刃是主切削刃，两侧的切削刃是副切削刃。为了减少工件材料的浪费和切断时能切到工件中心，一般切断刀的主切削刃较狭，刀头较长，刀头强度比其他车刀差，所以在选择几何参数和切削用量时应特别注意。（1）前角（）切断中碳钢时，=20°～30°；切断铸铁时，=0°～10°。（2）主后角（）=6°～8°。（3）副后角（）切断刀有两个对称的副后角=1°～2°。它们的作用后是减少切断刀副后角和工件的摩擦。考虑到切断刀刀头狭而长，两个副后角不能太大。（4）主偏角（）切断刀以横向进给为主，因此=90°。（5）副偏角（）切断刀的两个副偏角也必须对称。它们的作用是减少副切削刃和工件的摩擦。为了不削弱刀头强度，取1°～1°30′。（6）主切削刃宽度（α）主切削刃太宽会因切削力增大而引起振动，并浪费工件材料，太狭又容易使刀头折断。主切削刃宽度α可用下面的经验公式计算α≈（0.5～0.6）√D式中α——主切削刃宽度（mm）；D——工件直径（mm）。（7）刀头长度（L）刀头太长也容易引起振动和使刀头折断。刀头长度L可用下式计算L=h+（2+3）mm式中L——刀头长度（mm）；H——切入深度（mm）。切断实心工件时，切入深度等于工件半径。为了使切削顺利，在切断刀的前刀面上应磨出一个较浅的卷屑槽。一般深度为0.75～1.5mm，但长度应超过切入深度。卷屑槽过深，会削弱刀头强度。为了防止切下的工件端面留有有凸头，以及使带孔工件不留边缘，可以将切断刀主切削刃略磨斜些。2.）硬质合金切断刀随着扫毒切削的普遍采用，硬质合金切断刀的应用也越来越广泛。一般切断时，由于切削和工件槽宽相等容易堵塞在槽内。为了排屑顺利，可把住切削刃两边倒角或摸成人字形。高速切断时，产生大量的切削热，为了防止刀片脱焊，必须家注充分的切削液。发现切削刃磨钝，应及时刃磨。为了增加刀头的支承强度，常将切断刀的刀头下部作成凸圆弧形。3.）弹性切断刀为了节省高速钢切断刀可以做成片状，再装夹在弹性杆上。这样既节约了刀具材料，刀杆又有弹性。当进给量过大时，由于弹性刀杆受力变形，刀杆弯曲中心在上面，刀头会自动退让出一些。因袭切割时不容易“扎刀”，切断刀不容易折断。4.）反切刀切断直径较大的工件时，因刀头长刚性差，很容易引起振动，这时可采用反向切断法，即工件反转，使用反切刀来切断。这样可以使切断时作用在工件上的切削力与工件重力方向一致，不易引起振动，而且，切断时切屑向下面排出，不容易堵塞在槽中使用方向切断法时，卡盘和主轴的连接部位必须装有保险装置，以防卡盘倒转时从主轴上脱开而发生事故。车一般外沟槽的切槽刀的角度和形状与切断刀基本相同。车狭的外沟槽时，切槽刀的主切削刃宽度应与槽宽相等，但刀头程度只需稍大于槽深。1.2.2切断刀的刃磨要求和装夹1.切断刀的刃磨要求刃磨切断刀时，必须保证两副后刀面平直、对称，使两个副偏角和两个副后角角度相等，且位置对称。在两个刀尖处各磨一个小圆弧过渡刃，以增加刀尖强度。2.切断刀的装夹（1）切断刀伸出不宜过长，刀头中心线必须装得与工件轴线垂直，以保证两副偏角相等。（2）切断实心工件时，切断刀必须装得与工件轴线等高，否则不能切到中心，而且容易使切断刀折断。（3）切断刀底面应平整，否则会使两副后角不对称。下面介绍一把典型的通孔车刀，这种车孔刀的集合形状如下：κr=75°；κr′=15°；主切削刃上磨出λa=6°的刃倾角，并磨出切屑槽或圆弧形卷屑槽，使切屑向前排出。这把车孔刀刀尖位于刀柄中心线上，这样刀柄在孔中截面积就可增大，刀柄刚性好。另外刀柄上下是两个平面，刀柄做得长，可根据不同孔深调节刀柄伸出长度，以利发挥刀柄的最大刚性。1.3切断刀各个角度对切削的影响1.3.1前角的功用及选择(1)前角的功用前角影响切削过程中变形和摩擦，又影响刀具的强度。它的作用主要有以下几方面。a.影响切削区的变形程度。增大前角能减小切削变形，从而减小切削力及切削功率的消耗。b.影响刀具寿命。增大前角，可以减小切削力和切削热，使寿命提高。但是，如前角过大，会使刀头部分体积减少，强度降低，易使刀具崩刃，反而是寿命降低。c.影响切削形态和切屑效果。减小前角，切削变形程度增大，也就是说切屑变得又短又厚，容易断屑。d.影响已加工表面质量。增大前角，使切屑刃钝圆半径减小，切屑刃锋利，可以减少已加工表面的硬化程度，也可以一直切屑瘤和减小振动，使已加工表面质量提高。(2)前角的合理选择a.在刀具材料韧性好时，可选用大的前角，如高速钢刀具比硬质合金刀具的前角大5°～10°。b.对于成形刀具来说，为减小刀具的截形误差，常用较小前角，甚至取前角为零度。c.加工塑性材料时，尤其是加工硬化严重的材料，应选用较大的前角，加工脆性材料时用较小前角。加工特硬材料时，可取负前角。d.粗加工，尤其是断续切削，为保证切削刃有足够强度，应选用较小前角，精加工应增大前角以提高已加工表面质量。e.工艺系统刚性差和机动功率不足时，应选用较大前角。硬质合金刀具刃磨前角时的角度参考值可参考表1.1[4]。表1.1硬质合金刀具刃磨前角时的角度参考值工件材料粗车精车低碳钢20°～25°25°～30°中碳钢10°～15°15°～20°合金钢10°～15°15°～20°淬火钢-15°～-5°不锈钢15°～20°20°～25°灰铸铁10°～15°5°～10°铜及铜合金10°～15°5°～10°铝及铝合金30°～35°35°～40°钛合金5°～10°注：高速钢车刀的前角，一般比表中的数据大些，详细的刃磨参数参见表1.3。1.3.2后角功用及选择(1)后角的功用后角是刀具上重要的几何角度之一，它的主要作用有：a.影响表面质量。增大后角在切削过程中可以减小主后面与过渡表面的弹性恢复层之间摩擦，减小刀具磨损，提高已加工表面质量和刀具寿命。还可以减小刃口钝圆半径，使刃口锋利，从而进一步减小摩擦，改善加工质量。b.提高刀具寿命。从新用到磨钝，后角大的刀具磨去的金属体积较多，即刀具投入切削时间长。这也是大后角增大刀具寿命的原因之一。c.影响刀头强度。增大后角会使楔角减小，降低刃口强度。同时，散热体积变小，切削温度升高。过大的后角反而会使刀具的寿命降低。（2）后角的合理选择

适当增大后角可以提高表面质量及刀具寿命，但后角过大反而会使刀具寿命降低，因此在一定切削条件下，同样存在一个是刀具寿命最大的合理后角。a、根据加工精度选择。精加工减小摩擦，后角较大，=8°～12°;粗加工为提高强度，后角较小，=6°～8°。b、根据加工材料选择。加工塑性材料，尤其是硬化现象严重的材料，应取大后角以减小摩擦，提高表面质量。加工脆性材料时，为加强切削刃，应取小后角。加工硬度、强度高的材料，应取小后角。c、根据刀具类型选择。定尺寸刀具（如圆孔拉刀、铰刀），应取小后角以增加重磨次数，延长刀具使用寿命。硬质合金车刀后角的参考值如下表所示:表1.2硬质合金车刀后角的参考值工件材料粗车精车低碳钢8°～10°10°～12°中碳钢5°～7°6°～8°合金钢5°～7°6°～8°淬火钢8°～10°不锈钢6°～8°8°～10°灰铸铁4°～6°6°～8°铜及铜合金6°～8°铝及铝合金8°～10°10°～12°钛合金10°～15°注：详细的刃磨参数参见表1.3。1.3.3主偏角的功用及选择（1）主偏角对切削过程的影响有以下几个方面:a、影响已加工表面残留面积的高度。减小主偏角可以降低残留面积的高度，改善已加工表面的粗糙度。b、影响主切削刃单位长度上的负荷，刀尖强度及散热条件。当背吃刀量和进给量f一定时，减小主偏角会使切削宽度（即切削刃参与切削的长度）增加，使作用在主切削刃单位长度上的负荷减轻，且刀尖角增大，刀尖强度提高，改善散热条件。c、影响切削分力的比例关系。减小主偏角会使进给力减小，背向力增大。d、影响断屑效果。当进给量不变时，增大主偏角，会使切削厚度增大，切削变得又短又厚，有利于断屑。（2）主偏角选择的主要原则是：a、工艺系统刚度较好时，可以取得较小些，特别是加工冷硬铸铁、高锰钢等高硬度、高强度材料时，为减轻刀刃负荷，增加刀尖强度，常取更小数值（10°～30°）的主偏角。b、工艺系统刚度不足(如车薄壁筒、细长轴)，或刀具材料对振动敏感时，易取较大主偏角，常取=75°，甚至≥75°，以减小背向力，避免振动和变形。c、单件小批生产或加工带台阶和倒角的工件时，常选取通用性较好的45°车刀或直角台阶相适应的90°车刀。1.3.4副偏角的功用及选择副偏角的作用是副切削刃及副后刀面与加工表面之间的摩擦。副偏角影响已加工表面的粗糙度和刀尖的强度。减小副偏角，可减小残留面积高度，减小理论粗糙度值，并能增大刀尖角，改善刀尖强度和散热条件。但副偏角过小时，会应增大摩擦和背向力而引起振动。一般在不引起振动的情况下宜选取小值，精加工时应取更小。如精加工可取=5°，甚至可取副偏角为0°的修光刃。1.3.5刃倾角的功用及选择（1）刃倾角的功用a、控制切屑的流出方向。应当注意的是如果是精车，最好取正值，这样可以使切屑流向待加工表面，防止切屑缠绕，划伤已加工表面。b、影响切削刃锋利程度。当≠0°,斜角切削时，由于切屑在前刀面上流向的改变，使实际工作前角增大。同时，使切削刃的实际刃口钝圆半径减小，起到是切削刃锋利的作用。c.影响刀尖强度和散热条件。以图刨削加工为例，正刃倾角因刀尖位于最高点，冲击载荷首先作用在它上面，用以产生打刀、崩刃。负刃倾角则是远离刀尖的切削刃先接触工件，使刀尖避免受冲击，起到保护作用，同时还是刀尖出强度提高，散热条件好。刃倾角为零度时，切削刃各部分及刀尖同时切入切出，冲击力大，切削过程不平稳。（2）刃倾角的选择a、根据加工要求选择。一般精加工时，为防止切屑划伤已加工表面，选=0°～+5°，粗车时，为提高刀具强度=0°～-5°。b、根据加工条件选择。加工断续表面、加工余量不均匀表面或在其他产生冲击振动的切削条件下，通常取负的刃倾角。1.4常用的车刀材料1.4.1对车刀材料的性能要求车刀切削部分在很高的切削温度下工作，连续经受强烈的摩擦，并承受很大的切削力和冲击力，所以车刀切削部分的材料必须具备下列基本性能：(1)硬度高作为车刀材料的常温硬度一般要求在60HRC以上。(2)耐磨性好车刀耐性是表示车刀材料抗磨损的能力。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性亦越好。(3)耐热性好耐热性是指车刀在高温下仍能正常切削的性能。它是评定刀具材料切削性能好坏的重要标志。(4)足够的强度和韧性为了承受较大的切削力或冲击力，车刀材料必须有足够的强度和韧性，才能防止脆裂和崩刃[12]。1.4.2常用的车刀材料目前常用的车刀材料有高速钢和硬质合金两大类。（1）高速钢高速钢是一种含钨（W）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的工具钢。高速钢刀具制造简单，刃磨方便，磨出的刀具刃口锋利，而且韧性比硬质合金高，能承受较大的冲击力，因此常用于承受冲击力较大的场合。高速钢也常作为小型车刀（自动车床、仪表车床用刀具）、梯形螺纹精车刀以及成形刀具的材料。但高速钢的耐热性较差，因此不能用于高速切削。常用的高速钢牌号是W18Cr4V（每个化学元素后的数字，是指材料中含该元素的百数）。（2）硬质合金硬质合金是钨和钛（Ti）的碳化物粉末加钴（Co）作为粘结剂，高压压制成型后再高温烧结而成的粉末冶炼金制品。硬质合金在1000℃左右的高温下仍能保持良好的切削性能，它的硬度较高，耐磨性也很好，因此可选用比高速钢刀具高几倍甚至几十倍的切削速度，并能切削高速钢刀具无法切削的难加工材料。硬质合金的缺点是韧性较差、性较脆、怕冲击，但这一缺陷，可以通过刃磨合理的刀具角度来弥补。所以硬质合金是目前应用最广泛的一种车刀材料。硬质合金按其成分不同，长用的有钨钴合金和钨钛合金两类。钨钴类硬质合金由碳化物钨（WC）和钴组成。它的代号是YG。这类合金的韧性较好，因此适用于加工铸铁，脆性铜合金等脆性材料或冲击性较大的场合。钨钴类合金按不同的含钴量，分为YG3、YG6、YG8等多种牌号。牌号后的数字表示表示含钴量的百分数，其于是碳化钨。一般情况下，YG8用于粗加工，YG6用于半精加工，YG3用于精加工。钨钛钴类硬质合金有碳化钨、钴和碳化钛(TiC)组成。它的代号是YT。这类合金的耐磨性和抗粘贴性较好，能承受较高的切削温度，所以适用于加工纲或其他韧性较大的塑性材料。但由于它较脆。不耐冲击，因此不适宜加工脆性材料。钨钛钴类硬质合金按不同的按碳化钛量，分为YT5、YT15、YT30等几种牌号，牌号后的数字表示碳化钛含量的百分数。一般情况下，YT5用于粗加工，YT15用于半精加工和精加工，YT30用于精加工[4]。1.5车刀的刃磨参数总结及优化1.5.1常用切断刀的几何参数常用切断刀的几何参数如表1.4所示[3]。表1.4常用切断刀的几何参数加工材料刀片牌号前角后角切削刃形状副偏角副后角刃倾角冷却条件铸铁YG88°5°平直刃2°2°___一般干切碳钢YT158～15°4～6°平直刃和倒角刃1°30′1°30′-2°乳化液冷却合金钢YT155～12°4～6°宝剑形刃2°2°___乳化液冷却1.6建立刀面方程以车刀的刀尖o为坐标原点，负进给方向为轴方向，吃刀运动方向为轴方向，按右手法则确定车刀坐标系,同时，建立机床坐标系，其中车刀坐标系原点o为该坐标原点，的方向为x方向，方向为y轴方向，如图1.4所示。图1.4车刀坐标系和机床坐标系设车刀的三个刀面为平面，并设主偏角为、副偏角为、主后角为、法向主后角为、进给剖面主后角为、切深剖面主后角为、前角为、法向前角为、进给剖面前角为、切深剖面前角、副后角为、进给剖面副后角、刃倾角为。1.6.1主后刀面方程过刀尖0作主后刀面的法线，得到主后刀面的法向量。从图1.2可见，在、、轴上的坐标分量、、分别为：（1.3）因为相互垂直的关系，故主后刀面的方程可以表示为：（1.4）1.6.2副后刀面方程式过刀尖o作副后刀面的法线，得到副后刀面的法向量。从图1.3可见在、、轴上的坐标分量、、分别为：（1.5）故副后刀面的方程可以表示为：（1.6）1.6.3前刀面方程过刀尖o作前刀面的法线，得到前刀面的法向量N。从图1.3可见，N在、、轴上的坐标分量、、分别为：（1.7）故前刀面的方程可以表示为：（1.8）

2.电机选择2.1电动机选择（倒数第三页里有东东）2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒滚动轴承效率闭式齿轮传动效率联轴器效率代入数值得：所需电动机功率为：略大于即可。选用同步转速1460r/min；4级；型号Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比（1）总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4图2.1.4电机端盖2.2运动和动力参数计算2.2.1电动机轴2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1>按传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。2>绞车为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。3>材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4>选小齿轮齿数，大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由《机械设计》设计计算公式（10-21）进行试算，即3.2.1确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数1。（2）由《机械设计》第八版图10-30选取区域系数。（3）由《机械设计》第八版图10-26查得，，则。（4）计算小齿轮传递的转矩。（5）由《机械设计》第八版表10-7选取齿宽系数（6）由《机械设计》第八版表10-6查得材料的弹性影响系数（7）由《机械设计》第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。13计算应力循环次数。（9）由《机械设计》第八版图（10-19）取接触疲劳寿命系数;。（10）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由《机械设计》第八版式（10-12）得（11）许用接触应力3.2.2计算（1）试算小齿轮分度圆直径===49.56mm（2）计算圆周速度（3）计算齿宽及模数==2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01（4）计算纵向重合度0.318124tan=20.73（5）计算载荷系数K。已知使用系数根据v=7.6m/s,7级精度，由《机械设计》第八版图10-8查得动载系数由《机械设计》第八版表10-4查得的值与齿轮的相同，故由《机械设计》第八版图10-13查得由《机械设计》第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2（6）按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径，由式（10-10a）得（7）计算模数3.3按齿根弯曲强度设计由式（10-17）3.3.1确定计算参数（1）计算载荷系数。=2.09（2）根据纵向重合度，从《机械设计》第八版图10-28查得螺旋角影响系数（3）计算当量齿数。（4）查齿形系数。由表10-5查得（5）查取应力校正系数。由《机械设计》第八版表10-5查得（6）由《机械设计》第八版图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限；（7）由《机械设计》第八版图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；（8）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S＝1.4,由《机械设计》第八版式（10-12）得（9）计算大、小齿轮的并加以比较。=由此可知大齿轮的数值大。3.3.2设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数大于由齿面齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取2，已可满足弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度得的分度圆直径100.677mm来计算应有的齿数。于是由取，则取3.4几何尺寸计算3.4.1计算中心距a=将中以距圆整为141mm.3.4.2按圆整后的中心距修正螺旋角因值改变不多，故参数、、等不必修正。3.4.3计算大、小齿轮的分度圆直径3.4.4计算齿轮宽度圆整后取.低速级取m=3;由取圆整后取表1高速级齿轮：名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m22压力角2020分度圆直径d=227=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径表2低速级齿轮：名称代号计算公式小齿轮大齿轮模数m33压力角2020分度圆直径d=327=54=2109=218齿顶高齿根高齿全高h齿顶圆直径4.轴的设计4.1低速轴4.1.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.1.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为圆周力,径向力及轴向力的4.1.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据《机械设计》第八版表15-3,取,于是得输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩,查表考虑到转矩变化很小,故取,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014-2003或手册,选用LX4型弹性柱销联轴器,其公称转矩为2500000.半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L=112mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.1.4轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案图4-1（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)根据联轴器为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=65mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故1-2段的长度应比略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30313。其尺寸为dDT=65mm140mm36mm，故；而。3）取安装齿轮处的轴段4-5段的直径；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取低速轴的相关参数：表4-1功率转速转矩1-2段轴长84mm1-2段直径50mm2-3段轴长40.57mm2-3段直径62mm3-4段轴长49.5mm3-4段直径65mm4-5段轴长85mm4-5段直径70mm5-6段轴长60.5mm5-6段直径82mm6-7段轴长54.5mm6-7段直径65mm（3）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。4.2中间轴4.2.1求输出轴上的功率转速和转矩4.2.2求作用在齿轮上的力（1）因已知低速级小齿轮的分度圆直径为：（2）因已知高速级大齿轮的分度圆直径为：4.2.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取,于是得：轴的最小直径显然是安装轴承处轴的直径。图4-24.2.4初步选择滚动轴承.（1）因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为dD*T=35mm72mm18.25mm，故，；（2）取安装低速级小齿轮处的轴段2-3段的直径；齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为95mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度，故取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度，取。（3）取安装高速级大齿轮的轴段4-5段的直径齿轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为56mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。4.2.5轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=22mm14mm。键槽用键槽铣刀加工，长为63mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。中间轴的参数：表4-2功率10.10kw转速362.2r/min转矩263.61-2段轴长29.3mm1-2段直径25mm2-3段轴长90mm2-3段直径45mm3-4段轴长12mm3-4段直径57mm4-5段轴长51mm4-5段直径45mm4.3高速轴4.3.1求输出轴上的功率转速和转矩若取每级齿轮的传动的效率,则4.3.2求作用在齿轮上的力因已知低速级大齿轮的分度圆直径为4.3.3初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理.根据表15-3,取,于是得：输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径.为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应,故需同时选取联轴器型号.联轴器的计算转矩,查表,考虑到转矩变化很小,故取,则:按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件,查标准GB/T5014-2003或手册,选用LX2型弹性柱销联轴器,其公称转矩为560000.半联轴器的孔径,故取,半联轴器长度L=82mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度.4.4轴的结构设计4.4.1拟定轴上零件的装配方案图4-34.4.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要示求,1-2轴段右端需制出一轴肩,故取2-3段的直径;左端用轴端挡圈,按轴端直径取挡圈直径D=45mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度应比略短一些,现取.2)初步选择滚动轴承.因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用单列圆锥滚子轴承.参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游子隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承。其尺寸为d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而，mm。3）取安装齿轮处的轴段4-5段,做成齿轮轴；已知齿轮轴轮毂的宽度为61mm，齿轮轴的直径为62.29mm。4）轴承端盖的总宽度为20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离l=30mm，故取。5）轴上零件的周向定位齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按查表查得平键截面b*h=14mm*9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为L=45mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为14mm9mm70mm，半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径公差为m6。高速轴的参数：表4-3功率10.41kw转速1460r/min转矩1-2段轴长80mm1-2段直径30mm2-3段轴长45.81mm2-3段直径42mm3-4段轴长45mm3-4段直径31.75mm4-5段轴长99.5mm4-5段直径48.86mm5-6段轴长61mm5-6段直径62.29mm6-7段轴长26.75mm6-7段直径45mm5.齿轮的参数化建模5.1齿轮的建模（1）在上工具箱中单击按钮，打开“新建”对话框，在“类型”列表框中选择“零件”选项，在“子类型”列表框中选择“实体”选项，在“名称”文本框中输入“dachilun_gear”，如图5-1所示。图5-1“新建”对话框2>取消选中“使用默认模板”复选项。单击“确定”按钮，打开“新文件选项”对话框，选中其中“mmns_part_solid”选项，如图5-2所示，最后单击”确定“按钮，进入三维实体建模环境。图5-2“新文件选项”对话框（2）设置齿轮参数1>在主菜单中依次选择“工具” “关系”选项，系统将自动弹出“关系”对话框。2>在对话框中单击按钮，然后将齿轮的各参数依次添加到参数列表框中，具体内容如图5-4所示，完成齿轮参数添加后，单击“确定”按钮，关闭对话框。图5-3输入齿轮参数（3）绘制齿轮基本圆在右工具箱单击，弹出“草绘”对话框。选择FRONT基准平面作为草绘平面，绘制如图5-4所示的任意尺寸的四个圆。（4）设置齿轮关系式，确定其尺寸参数1>按照如图5-5所示，在“关系”对话框中分别添加确定齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径的关系式。2>双击草绘基本圆的直径尺寸，将它的尺寸分别修改为、、、修改的结果如图5-6所示。图5-4草绘同心圆图5-5“关系”对话框图5-6修改同心圆尺寸图5-7“曲线：从方程”对话框（5）创建齿轮齿廓线1>在右工具箱中单击按钮打开“菜单管理器”菜单，在该菜单中依次选择“曲线选项”“从方程”“完成”选项，打开“曲线：从方程”对话框，如图5-7所示。2>在模型树窗口中选择坐标系，然后再从“设置坐标类型”菜单中选择“笛卡尔”选项，如图5-8所示，打开记事本窗口。3>在记事本文件中添加渐开线方程式，如图5-9所示。然后在记事本窗中选取“文件”“保存”选项保存设置。图5-8“菜单管理器”对话框图5-9添加渐开线方程4>选择图5-11中的曲线1、曲线2作为放置参照，创建过两曲线交点的基准点PNTO。参照设置如图5-10所示。曲曲线1曲线2图5-11基准点参照曲线的选择图5-10“基准点”对话框5>如图5-12所示，单击“确定”按钮，选取基准平面TOP和RIGHT作为放置参照，创建过两平面交线的基准轴A_1，如图6-13所示。图5-12“基准轴”对话框图5-13基准轴A_16>如图5-13所示，单击“确定”按钮，创建经过基准点PNTO和基准轴A_1的基准平面DTM1,如图5-14所示。55-15基准平面对话框5-15基准平面DTM17>如图5-16所示，单击“确定”按钮，创建经过基准轴A_1，并由基准平面DTM1转过“-90/z”的基准平面DTM2，如图5-17所示。图5-16“基准平面”对话框图5-17基准平面DTM28>镜像渐开线。使用基准平面DTM2作为镜像平面基准曲线，结果如图5-18所示。 图5-18镜像齿廓曲线（6）创建齿根圆实体特征1>在右工具箱中单击按钮打开设计图标版。选择基准平面FRONT作为草绘平面，接收系统默认选项放置草绘平面。2>在右工具箱中单击按钮打开“类型”对话框，选择其中的“环”单选按钮，然后在工作区中选择图5-19中的曲线1作为草绘剖面。再图标中输入拉伸深度为“b”，完成齿根圆实体的创建，创建后的结果如图5-20所示。图5-19草绘的图形5-20拉伸的结果（7）创建一条齿廓曲线1>在右工具箱中单击按钮，系统弹出“草绘”对话框，选取基准平面FRONT作为草绘平面后进入二维草绘平面。2>在右工具箱单击按钮打开“类型”对话框，选择“单个”单选按钮，使用和并结合绘图工具绘制如图5-21所示的二维图形。图5-21草绘曲线图5-22显示倒角半径3>打开“关系”对话框，如图5-22所示，圆角半径尺寸显示为“sd0”图5-23“关系“对话框（8）复制齿廓曲线1>在主菜单中依次选择“编辑”“特征操作”选项，打开“菜单管理器”菜单，选择其中的“复制”选项，选取“移动”复制方法，选取上一步刚创建的齿廓曲线作为复制对象。图5-24依次选取的菜单2>选取“平移”方式，并选取基准平面FRONT作为平移参照，设置平移距离为“B”，将曲线平移到齿坯的另一侧。图5-25输入旋转角度3>继续在“移动特征”菜单中选取“旋转”方式，并选取轴A_1作为旋转复制参照，设置旋转角度为“asin(2*b*tan(beta/d))”，再将前一步平移复制的齿廓曲线旋转相应角度。最后生成如图5-26所示的另一端齿廓曲线。图5-26创建另一端齿廓曲线（9）创建投影曲线1>在工具栏内单击按钮，系统弹出“草绘”对话框。选取“RIGUT”面作为草绘平面，选取“TOP”面作为参照平面，参照方向为“右”，单击“草绘”按钮进入草绘环境。2>绘制如图5-27所示的二维草图，在工具栏内单击按钮完成草绘的绘制。图5-27绘制二维草图3>主菜单中依次选择“编辑”“投影”选项，选取拉伸的齿根圆曲面为投影表面，投影结果如下图5-28所示。图5-28投影结果（10）创建第一个轮齿特征1>在主菜单上依次单击“插入”“扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”操控面板，如图5-29所示。2>在“扫描混合”操控面板内单击“参照”按钮，系统弹出“参照”上滑面板，如图6-30所示。图5-29“扫描混合”操作面板图5-30“参照”上滑面板3>在“参照”上滑面板的“剖面控制”下拉列表框内选择“垂直于轨迹”选项，在“水平/垂直控制”下拉列表框内选择“垂直于曲面”选项，如图5-30示。4>在绘图区单击选取分度圆上的投影线作为扫描混合的扫引线，如图5-31示。扫描引线扫描引线图5-31选取扫描引线5>在“扫描混合”操作面板中单击“剖面”按钮，系统弹出“剖面”上滑面板，在上方下拉列表框中选择“所选截面”选项，如图5-32所示。图5-32“剖面”上滑面板图5-33选取截面6>在绘图区单击选取“扫描混合”截面，如图5-33所示。7>在“扫描混合”操控面板内单击按钮完成第一个齿的创建，完成后的特征如图5-34所示。图5-34完成后的轮齿特征图5-35“选择性粘贴“对话框(11)阵列轮齿1>单击上一步创建的轮齿特征，在主工具栏中单击按钮，然后单击按钮，随即弹出“选择性粘贴”对话框，如图5-35所示。在该对话框中勾选“对副本应用移动/旋转变换”，然后单击“确定”按钮。图5-36旋转角度设置图5-37复制生成的第二个轮齿2>单击复制特征工具栏中的“变换”，在“设置”下拉菜单中选取“旋转”选项，