齿轮滚刀的设计与加工工艺【机械设计毕业论文】.pdf

1、- 1 -本 科 毕 业 论 文（ 20 届 ）齿轮滚刀的设计与加工工艺所在学院专业班级机 械 设 计 制 造 及 自 动 化学生姓名学号指导教师完成日期年月太原工业学院毕业设计毕业设计任务书设计题目： 齿轮滚刀的设计与加工工艺系部：机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解齿轮滚刀的设计及工艺设计掌握设计思路及思想，为以后的工作需要打好基础。2主要任务（1）根据参考文献资料，了解齿轮滚刀的研究目的意义，完成开题报告。（2）广泛阅读相关文献，制定滚刀设计方案（包括滚刀的参数确定、尺寸计算、强度校核、加工工艺设计等。）

2、（3）对齿轮滚刀进行设计计算及加工工艺设计。（4）绘制图纸及工艺卡片以及设计说明书。（5）撰写毕业论文。3主要参考资料【1】四川省机械工业局编，复杂刀具设计手册，机械工业出版社，1979【2】杨黎民等编，刀具设计手册，兵器工业出版社，1999【3】孟少农主编，机械加工工艺手册，机械工业出版社，19924进度安排 设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告 2014.12.01至2014.12.312 广泛阅读相关文献，制定滚刀设计方案 2015.01.01至2015.03.103 对齿轮滚刀参数的确定和尺寸及工艺等设计 2015.03.11至2015.04.30

3、4 齿轮滚刀的图纸绘制及工艺卡片 2015.05.01至2015.05.155 撰写毕业论文，准备答辩 2015.05.16至2015.06.10太原工业学院毕业设计I齿轮滚刀的设计与加工工艺摘 要:齿轮滚刀是常用的加工外啮合直齿和斜齿圆柱齿轮的刀具。加工时，齿轮滚刀相当于一个有很大螺旋角的螺旋齿轮，其齿数就是滚刀的头数，工件相当于另一个螺旋齿轮，互相按照一对螺旋齿轮做空间啮合，以固定的速比旋转，由依次切削的各相邻位置的刀齿齿形包络成齿轮的齿形。在数控机床诞生之前，我国工具厂制造齿轮滚刀的主要设备是C8955和CW8925型铲磨床。这些设备精度较差，精度保持性较短，生产出的滚刀精度等级不够高。

4、近几年由于专用数控滚刀刃磨机床的普及和先进的工艺设备，从而保证了滚刀品种结构的多样化和产品质量水平的不断提高。关键词：齿轮滚刀，设计，工艺ThedesignandprocessingtechnologyofthegearhobAbstract:Gear hob is commonly used to process the outer meshing straight teeth andhelical cylindrical gear cutting tools. When machining, gear hob is equivalent to a largespiral Angle of

5、helical gear, the gear hob is Numbers, workpiece is equivalent to anotherhelical gear,to do a pair of helical gear space meshing with each other, at a fixed rotation ,by cutting of each adjacent position of cutter tooth envelope into gear tooth profile.Before the born of CNC machine tools，the main e

6、quipment for tool factorymanufacturing gear hob is C8955 and CW8925 relieving grinding machiner in ourcountry.These devices are less accuracy，precision and keep short，hob accuracygrade is not high enough.In recent years，due to the special CNC hob sharpeningmachineandpopularizationofadvancedtechnolog

7、yandequipment,thusensurethatthe varieties of the structure of the hob and constantly improve the level of productquality.Keywords：gearhob，design，technology目 录太原工业学院毕业设计II1绪论.11.1齿轮滚刀的概述.11.2齿轮滚刀研究的目的及意义.21.3齿轮滚刀的发展概况和趋势.22齿轮滚刀的设计计算.32.1齿轮滚刀的齿形设计.32.2 齿轮滚刀的结构参数.52.2.1 滚刀的结构尺寸.52.2.2 滚刀的切削角度.72.3齿轮滚刀的

8、设计步骤及计算过程.83齿轮滚刀的加工工艺.123.1齿轮滚刀的工艺性分析.123.2选择加工方法，制定工艺路线.123.2.1滚刀表面加工的选择.123.2.2齿轮滚刀的工艺路线.133.3确定工序尺寸及技术要求.143.4编制加工工艺卡片.25总结.26参考文献.27致谢.28太原工业学院毕业设计11 绪论齿轮滚刀是齿轮加工中应用最广泛的刀具。我国齿轮滚刀的生产除一些专业工具厂外,汽车、重型、军工、拖拉机等行业的许多企业都生产自用的这类刀具。它对汽车、机床、动力、重型、轻工等行业的齿轮加工效率、精度、经济性有着直接影响。齿轮滚刀计算机辅助设计作为我国“七五”国家重点攻关课程之一，国内现已开

9、发出齿轮滚刀CAD应用软件，具有较强的人机对话功能，可完成多种结构和型式的滚刀结构没计。但是由于起步晚，基础差，加上资金，专业人员的限制，在工具厂的应用尚未普及。目前各工具厂仍以传统的经验设计为主要方法，效率低，适应性差。齿轮滚刀就总体水平而言，与国外比存在一定的差距。1.1齿轮滚刀的概述齿轮滚刀相当于一个齿数很少，螺旋角很大的斜齿轮其外貌呈蜗杆状。一般情况下，滚齿的生产率要比插齿高。齿轮滚刀按模数大小，可分为小模数滚刀、中模数滚刀和大模数滚刀。按其结构不同，可分为整体滚刀，焊接式滚刀，装配式滚刀，和端面键槽试滚刀等。按照加工性质分为:精切滚刀，粗切滚刀，剃前滚刀，刮前滚刀，挤前滚刀，磨前滚刀

10、，留磨滚刀，倒角修圆滚刀，渐开线滚刀，凹凸圆弧滚刀，同步带轮滚刀，花键滚刀，摆线滚刀，和双圆弧滚刀等齿轮滚刀加工齿轮时的原理，就好比一对螺旋齿轮的啮合过程。滚刀是具有一定切削角度的渐开线斜齿圆柱齿轮，滚刀的头数就相当于螺旋齿轮的齿数。像这种齿数极少的、螺旋角很大的、牙齿能绕轴线很多圈的变位斜齿圆柱齿轮，实质就是一个蜗杆。滚刀切削刃在此蜗杆的螺纹表面上，这种切削刃所在的蜗杆，称为滚刀的基本蜗杆。工业上一般采用易于制造和检验，而端截面的齿形又非常近似于渐开线的蜗杆，作为滚刀的基本蜗杆。现在普遍采用的有两种，即阿基米德螺杆和法向直廓蜗杆。阿基米德蜗杆的轴向截面为直线齿形，端截面的齿形为阿基米德螺旋线

11、。用这种近似蜗杆作为基本蜗杆的滚刀称为阿基米德滚刀。法向直廓蜗杆又分为齿纹法向直廓蜗杆和太原工业学院毕业设计2齿槽法向直廓蜗杆，二者的法向截面都是直线齿形，而端面的齿形为延长渐开线。用这种近似蜗杆作为基本蜗杆的滚刀，称为法向直廓滚刀。1.2齿轮滚刀研究的目的及意义机械制造的主要加工方法是切削加工，而刀具是机床实现切削加工的直接执行者，没有刀具，机床就无法工作。切削加工硬件系统中刀具最小，投入比机床要少的多。但刀具也是最活跃，最灵活多样的，对加工质量、成本、效率影响十分显著。古人云：“工欲善其事，必先利其器”。在研究和设计刀具时，就是要选择与加工材料匹配的优质刀具材料和先进的刀具结构，使其有助于

12、提高加工齿轮的生产率、刀具的耐用度、齿轮的加工精度和实现齿轮制造工艺的现代化。1.3齿轮滚刀的发展概况和趋势自从十九世纪下半叶发明齿轮滚刀以来，滚切法获得了极大的发展。至今，其加工范围不仅限于齿轮与蜗轮，而且已扩展到各种花键轴、棘轮等特形工件。特别是齿轮滚刀，其桔构有了极大的改进。在齿轮加工中，滚切法一直占有重要的地位。随着机械工业的发展，对蜗杆的传动性能要求愈来愈高,蜗轮加工技术有了飞跃性进展。近几十年来一些新的蜗轮精加工方法(如磨齿法、珩齿法等)的出现和采用，使蜗轮的制造精度有了很大的提高。另一方面，由于采用了新的滚刀材料，滚刀桔构的改进和制造精度的提高，以及新的蜗轮淬硬工艺低温氮化技术的

13、掌握等，因而用滚刀来加工蜗轮的方法，又有了新的重要的发展。随着蜗轮加工要求的提高，用普通高速纲制造的滚刀已不能满足要求。因此，近十多年来，很多国家都致力于寻求新品种的滚刀材料，其目的在于：（1)提高滚刀的耐用度。（2)提高滚刀的生产率。（3)用来精加工难加工材料及淬硬齿轮。迄今为止，先后进行过试验和已研究成功的新品种滚刀材料有两大类，即优质高速钢与硬质合金。提高了滚刀的切削性能，对提高滚齿生产率、被加工齿轮的精度以及使滚刀作为精密齿轮的精加工刀具等都有重大的意义。所以，研究改进滚刀材料的性能是一项极为重要的工作。太原工业学院毕业设计3改进滚刀桔构的目的，一方面在于提高滚刀的切削性能、滚齿生产率

14、和齿轮的加工精度，另一方面在于改善滚刀的制造工艺。刀具桔构的改进与齿轮生产工艺的现代化、新桔构滚齿机的设计有着密切的联系。齿轮滚刀设计的发展趋势：（1）齿轮滚刀CAD系统的集成化、智能化、网络化。（2）齿轮滚刀设计中的虚拟现实技术的应用。（3）绿色制造是齿轮滚刀设计中的一个发展方向。2齿轮滚刀的设计计算2.1齿轮滚刀的齿形设计滚刀的切削刃是前刀面与刀齿侧铲面的交线。（1）阿基米德滚刀的轴向齿形角 阿基米德滚刀的齿形是指其在轴向截面的齿形，是一条直线。 k kx PKZ cotcot x式中 kZ 滚刀容屑槽数kP 滚刀容屑槽导程K滚刀径向铲削量x 滚刀基本蜗杆轴向齿形角公式中的正负号是用于右旋

15、滚刀与左旋滚刀的。对于零度前角直槽滚刀， kP =。轴向齿形角 x 是以渐开线蜗杆轴向截面在分度圆处切线的斜角作为其轴向齿形角的，其值用下式求得： 0costantan znx 式中 0z 滚刀在分度圆处的螺旋升角太原工业学院毕业设计4n 被切齿轮分度圆处法向压力角（2）滚刀的齿距1）法向齿距 nn mp 0式中 nm 被切齿轮的模数2）轴向齿距 000 cos znx pp （3）滚刀的齿厚1）法向齿厚对精加工滚刀：nnn sps 00式中 ns 被切齿轮在分度圆处的法向齿厚。对粗加工滚刀： ssps nnn 00式中 s 被切齿轮的精加工留量（见下表）nm s nm s2-4 0.4 8-

16、10 1.04-6 0.6 10-14 1.26-8 0.8 14-20 1.52）轴向齿厚 znx ss cos00 （4）滚刀的齿高 滚刀的齿顶高 0ah 应该与被切齿轮的的齿根高 fh 相等，即太原工业学院毕业设计5fa hh 0滚刀的齿根高 0fh 等于被切齿轮的齿顶高 ah 加上一个顶隙c( nmcc * ),即naf mchh *0 式中 *c 顶隙系数。（5）齿顶圆弧半径 1r 一般情况下取 nmr )3.02.0(1 （6）齿根圆弧半径 2r 在 ona 20 时，一般取nmr )3.02.0(2 2.2 齿轮滚刀的结构参数2.2.1 滚刀的结构尺寸（1）滚刀的外径 0ad 滚

17、刀选取外径的原则是，在要求精度较高或者齿数较多时，滚刀的外径应选大一些，但一般情况下，应在保证刚度满足条件下，尽量减小外径。（2）滚刀的长度L 滚刀的最小长度应满足以下两个条件：1）滚刀能完整的切除整个齿形2）滚刀边缘刀齿的符合不宜太重。事实上，在确定滚刀长度L时，还应考虑窜刀量，以便延长两次重磨间的使用寿命。为了使滚刀能完全切出整个齿形，首先滚刀滚切齿轮左右两侧的有效啮合线长度均应处于滚刀的本体。这也是所要求的滚刀的最小长度。用下式计算 nnnnnn nn chchmL sinsin)(cos1)sincos1)(cos4sincos1 costan 212*0022*0022 0 00 s

18、incos z 太原工业学院毕业设计6式中 *nh 被切齿轮法向齿高系数0 滚刀分度圆螺旋角*c 被切齿轮顶隙系数。（3）滚刀的分度圆直径与螺旋升角1）滚刀的分度圆直径 0d 因为齿轮滚刀的直径会随着滚刀的刃磨而减小，所以用以下式子计算分度圆直径 0d )(2.02 0000 aaa dKhdd 式中0ad 滚刀外径公差。2）滚刀的分度圆螺旋升角 0z 0 00sin dZmnz 式中 0Z 滚刀螺纹头数。（4）滚刀的容屑槽 滚刀的容屑槽分为螺旋槽和直槽两种滚刀的容屑槽一般是直槽形式，这样既能提高制造和刃磨精度，有可以便于检查。当滚刀的螺旋升角 0z o5 时，容屑槽做成螺旋槽；当 oz 50 时，做成直槽。螺旋槽导程kp 的求法： 00tan zk dP （5）滚刀的切削锥度 在加工大直径的齿轮时，需要的滚刀长度很长。若长度不够，则其边缘上切人工件的第一个刀齿载荷将很重。此时，为了减轻第一个刀齿的载荷，可将滚刀边缘刀齿作出切削锥。在加工较大螺旋角的齿轮时，滚刀的安装角就较大，此时要求滚刀的长度较长。但可能滚刀的实际长度不够，所以在滚刀上做出切削锥。切削锥的部位应依据滚刀的螺旋方向，被切齿轮的螺旋方向及切削方式而定。