南华大学齿轮滚刀专业课程设计

四 五
钻：内孔至 38 车： 车内孔至 39.4
0.1
Z35 ， Ra0.4 两端 C6140A
20
1.00
面各留 0.15，外圆留 1.0，内孔空刀 槽至尺寸 六 插：插键槽，注意内孔留磨量，去 毛刺 七 八 磨：内孔至 39.7
0.025
B5032
25
M2120
20
车：车螺旋槽，螺旋槽深度至尺寸， C6140A 分 圆 齿 厚 留 0.5 ，
Deg — 滚 刀 外 径 偏
差
7 分度圆螺旋升角
=88.64
f
sin f
mn n d fg
1
f 317
精加工滚刀 n 1
8 容屑槽螺旋角
fg
f 5 f 5
fg 0 fg f

滚 刀
1
直槽
9
容屑槽导程
T
直槽滚刀 T
1
T
13.7259 ctg z ctg15 cos 317 z 151 f 10
加工直齿轮与 f 小于
12
滚刀螺旋方向
左旋螺纹
10°的斜齿轮时，一 般制成右旋螺纹，加 工 f 大于 10 °的斜 齿齿轮时，滚刀螺纹 方向与被切齿轮方向 相同。
13 轴台尺寸 （1） （2） （3） 直径 长度 侧棱
heg hig hg tn
S fng
heg ( f C )mn hig ( f C )mn hg heg hig tn mn S fng mn / 2
0.01 0.01
heg (1 0.25)5.08 6.35 hig (1 0.25)5.08 6.35 hg 6.35 6.35 12.7
39.7 带键 2.30
锥度芯轴、 车铲成形 刀
转工序 1.00
a c i =15.985/12 b d
选取挂轮 abcd 分别为 30.37.50.54 九 铣：铣容屑槽 X62W
39.7 带键 1.00
螺纹芯轴、 25 ° 成 形 铣刀
十
铲 ： 铲 齿 、 外 圆 留 0.4 齿 厚 留 0.3 i
螺
旋
槽
T d fg ctg f
轴向齿形尺寸 （1） 轴向齿距
tz
S fzg
tz
tn cos f S fng cos f
0.001
tz
15.959 15.985 cos 317 7.98 7.99 cos 317
（2） 10 （3） （4）
轴向齿厚
S fzg
课程设计设计任务书
齿轮滚刀的设计
设 计 者： 指导老师：
设计时间：2011 年 12 月 17 日 至 2011 年 12 月 22 日
目
录
设计任务…………………………………………………………………3 设计原理…………………………………………………………………4 参数计算…………………………………………………………………6 结构设计…………………………………………………………………9 工艺设计 ………………………………………………………………10 设计总结 ………………………………………………………………11 参考文献 ………………………………………………………………11
d1 l1
按附录表Ⅴ 按附录表Ⅴ
d1 42 l1 26
结构设计
结构图如下：
具体参数见图纸
工艺设计
本设计非标齿轮滚刀采用高速钢 W6 Mo5 Cr4V2 ，硬度为 HRC67－68，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
工序 号
号
零
件
名
称
工时 定额
材
料
非标齿轮滚齿刀 工 序 名 称 及 内 容 设备型号 工装夹具、 刃具、量具
高速钢 备 注
一 二 三
锻造：锻造毛胚至 105 105 正火 车：初车外圆、清两端面（见光） 一头打出中心孔 C6140A 1.00
圆 整 到 0.25
20
R
3.14(100 18 2) 1.43 10 14
（5）
槽形角

取 R=1.50
取

5
作图校验
见注
略
分圆直径 6
d fg
d fg 100 2 5.08 0.2(5 Deg )
0.01
d fg 100 2 5.08 0.2(5 1)
设计总结
高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处 理后具有高热硬性。当切削温度高达 600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切 削速度可达每分钟 60 米以上，而得其名。高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高 速钢，按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢。 高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性 能而发展起来的新品种。它具有更高的硬度、热硬性，切削温度达摄氏 650 度时，硬度仍可 保持在 60HRC 以上。耐用性为普通高速钢的 1.5-3 倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、 钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具。 主要品种有 4 种，分别为高碳系高速钢、高钒系 高速钢、含钴系高速钢和铝高速钢。 国内在复合刀片生产方面主要采用热轧焊的方法。 以生产工业机械刀片的重点企业柳州 市机械刀片厂为例，该厂生产的“永丰利”牌工业刀片，在国内久负盛名，销量始终保持国内 前三位，产品在国内具有典型性，目前使用的制造技术是：刀体材料为碳素结构钢 Q235， 刀刃材料为普通合金工具钢。 制造过程是先将合金工具钢同刀体焊接定住， 然后将已定位的 刀片加热到高温，再进行热轧，将刀片压合在刀体内。从制造过程来说，刀体和刀刃部分在 加热时发生氧化，这些氧化物在压合面上可能形成夹杂，降低产品的成品率；其次是复合后 的加工余量很大，耗费大量工时。 从刀片的使用观点出发，刀片的连续工作时间太短，一般在工作 6—8 小时后，必须下 机磨刀口；对要求高的切削加工，其连续工作时间不得超过 4 小时。工作过程中，如遭遇硬 度较高的材质，刀口的锋利性也比高速钢复合刀片差，对用户来说，生产效率显然偏低。
zg K
e = 12
圆 整 到 0.5
K
3.1416 100 tg 12 =5 14
4 侧刃后角
c
c tg 1
wk.baidu.com Deg
sin fn
c 应不小于 3 度
K2
采 用 型 铲 背 形 式 可 按表 2.2-3 选 取第 二铲背量 K 2 ； K 2 取 0.7~0.8
设计任务
齿轮滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具，齿轮滚刀相当 于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮，如图 9 － 24 所示。齿轮滚刀是一个螺旋角 β0 很大而螺纹头数很少（ 1 ～ 3 个齿） ，齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很多圈的螺旋齿轮， 这样就象螺旋升角 γz 很小的蜗杆了。为了形成刀刃，在蜗杆端面沿着轴线铣出几条容 屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面及后角 在本设计中，我们将由老师给出的已知参数和设计要求，对非标齿轮滚刀进行设计。设 计主要分为三大部分，即参数计算、结构设计、工艺设计。如下表为已知 齿轮滚刀的设计 名称 符号 法向模数 分圆法向压力角 齿数 已 知 条 件 齿顶高系数 径向间隙系数 分圆法向弧齿厚 变位系数 分圆螺旋角 螺旋方向 精度等级 要求： （1）设计 A 级Ⅱ型单头右旋齿轮滚刀， Deg =110，前角 =0°，顶刃后角 8FJ 被切齿轮参数 数值 6.35 20° 25 1 0.25 9.97 0 16°18′35″ 右旋 GB10095-88
15
25
1.30
机 十五 磨：两凸台外圆、两端面至尺寸 M131W
40 锥 度 20′
芯轴
十六 十七 十八 十九 二十 二十 一
磨：前刀刃 铲磨：齿形至尺寸 送检 液体喷砂 激光刻标记 浸蜡、真空包装
M6420D C8955
40′ 4.00 转工序 2.00
工艺说明
1 2 3 4
工序八、九用 39.7 带键锥度芯轴是因为车螺纹槽和铣容屑槽时切削力过大，用锥 度芯轴容易打滑。 工序十车铲滚刀螺旋槽时车铲单边而不是双边同时进行是因为车铲螺纹槽时切削 力太大，切削系统中刀具强度和机床刚度难以承受。 工序八和工序十在配挂轮时，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 滚刀计算轴向齿距是为了便于检测
D1 l cbt1r
查表 2.2-1 查表 2.2-1 按总附录表 V
D1 55 l 5 c2
14
键槽尺寸 （1） （2） （3） 键宽 键高 圆弧
b t1 r
按附录表Ⅲ 按附录表Ⅲ 按附录表Ⅲ
b 6.080.16 t1 29.4 0.52 r 0.8
15
内孔空刀尺寸 （1） （2） 空刀直径 磨光部分 长度
计算参数
被加工齿轮参数： 法向模数： 已知条件 序号 齿高系数：
mn =5.08 f
=1
分圆法向压力角： 径向间隙系数： 分圆螺旋角： 精度等级：
fn = 15
C =0.25
分圆法向弧齿厚： S fn =7.98 螺旋方向： 计算项目 左旋 符 号
f = 23 498
7FJ GB/0095-88 计 算 精 度 计算举例
c 318
第二铲背量
圆 整 到 0.5
K 2 0.8
K1 =（1.3~1.5）K
（3）
容屑槽深 度
H
H hg
（0.5~1）
K K1 2
+
圆 整 到 0.5
K1 =7.5 H 12.7 5 7.5 9.05 2
（4）
槽底半径
R
( Deg 2 H ) R 10 z g
0.001 0.01
tn 3.1416 5.08 15.959
S fng 3.1416 5.08 2 7.98
切削部分 （1） 前角

0 度前角 e
0
0.1
e 0
e0
前刃面偏位置 e 0
（2）
铲背量 第一铲背量
e 取 10 ~ 12
K
K
Deg tg e zg
计算公式或选取方法
1
滚刀精度等级
按齿轮精度等级选定滚 刀精度等级
AA 级
基本尺寸 （1） 2 （2） （3） （4） 外径 孔径 全长 容屑槽数
Deg d L zg
根据滚刀精度等级为 AA 级，按表 2.2-1 选取 I 型 基本尺寸。
Deg =100 d =40 L =100 z g =14
法向齿形尺寸： （1） （2） 3 （3） （4） （5） 齿顶高 齿根高 齿全高 法向齿距 法向齿厚
C8955
39.7 带键 2.00
螺纹芯轴、 25 ° 成 形 铣刀
转工序 2.00
a c =15.985/12.7 b d
选取挂轮 abcd 分别为 33.36.52.60
十一 十二 十三 十四
钳：去不全齿、去毛刺 热处理：63~66HRC 磨：内孔留 0.01~0.015 研：内孔至尺寸 M2120 内孔研磨
mn
fn
z f C' S fn
1 f
e =10°～12°，侧刃后角 c 不小于 3°，有第二铲背量 K2，滚刀螺旋角 f ≤5°。
（2）编制该刀具加工工艺。
设计原理
切割原理 齿轮滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具，齿轮滚刀相当 于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮，如图 9－24 所示。齿轮滚刀是一个螺旋角 β0 很大而螺纹头数很少（1～3 个齿），齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很多圈的螺旋 齿轮，这样就象螺旋升角γz 很小的蜗杆了。为了形成刀刃，在蜗杆端面沿着轴线铣 出几条容屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面及后角 基本蜗杆 齿轮滚刀的两侧刀刃是前面与侧铲表面的交线，它应当分布在蜗杆螺旋表面上， 这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。基本蜗杆有以下三种: 1．渐开线蜗杆 渐开线蜗杆的螺纹齿侧面是渐开螺旋面，在与基圆柱相切的任 意平面和渐开螺旋面的交线是一条直线，其端剖面是渐开线。渐开线蜗杆轴向剖面与 渐开螺旋面的交线是曲线。用这种基本螺杆制造的滚刀，没有齿形设计误差，切削的 齿轮精度高。然而制造滚刀困难。 2．阿基米德蜗杆 阿基米德蜗杆的螺旋齿侧面是阿基米德螺旋面。通过蜗杆轴 线剖面与阿基米德蜗螺旋面的交线是直线，其它剖面都是曲线，其端剖面是阿基米德 螺旋线。用这种基本蜗杆制成的滚刀，制造与检验滚刀齿形均比渐开线蜗杆简单和方 便。但有微量的齿形误差。不过这种误差是在允许的范围之内，为此，生产中大多数 精加工滚刀的基本蜗杆均用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆。 3．法向直廓蜗杆 法向直廓蜗杆法剖面内的齿形是直线，端剖面为延长渐开线。 用这种基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆作滚刀， 其齿形设计误差大， 故一般作为大模数、 多头和粗加工滚刀用 。
0.01
S fzg
齿顶圆弧 半径 齿根圆弧 半径
r1 r2
r1 0.3mn r2 0.3mn
0.1 0.1
r1 0.3 5.08 1.5 r2 0.3 5.08 1.5
轴向齿形角 11 （1） 直槽滚刀
z
直槽 0°前角滚刀
ctg z ctg 15 cos 317 3.7259