径节制滚刀马格插刀设计及其加工工艺

径节制滚刀马格插刀设计及其加工工艺一工程机械齿轮滚刀设计 01.1 设计原理 01.2 参数计算 (3)1.3 设计图 (8)二马格插齿刀部分 (10)2.1 设计原理 (10)2.2 参数计算 (15)2.3 设计图 (24)三工艺设计 (26)3.1 工程机械滚齿刀加工工艺 (26)3.2 马格插齿刀工艺设计 (30)3.3 成形车刀线切割加工 (33)四设计总结 (38)4.1 设计心得 (38)4.2 未来展望 (39)参考文献 (40)一、工程机械齿轮滚刀设计1.1设计原理齿轮滚刀是加工外啮合直齿与斜齿圆柱齿轮最常用的刀具。

通常地说，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，事实上质就是一个蜗杆。

基本蜗杆的螺旋表面若是渐开螺旋面，则称之渐开线基本蜗杆，而这样的滚刀称之渐开线滚刀。

用渐开线滚刀理论上能够切出正确的渐开线齿轮，但是，由于这种滚刀制造困难，生产上很少用到。

生产中大量的使用近似造型的滚刀，它们的基本蜗杆是阿基米德蜗杆或者是法向直廓蜗杆。

(一)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2m≤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：λ<5º时，容屑槽滚刀的容屑槽通常做成与轴心线平行的直槽形式。

通常当fλ≤︒时，直槽滚刀并不引起被加工齿轮齿面质量有明显区别。

容屑槽滚刀的当5f容屑槽数关系到切削过程的平稳性、齿形精度与齿面光洁度，与滚刀的每次重磨后的耐用度与使用寿命。

容屑槽数越多，切削过程越平稳，滚刀耐用度越高，齿形精度与齿面光洁度也越高。

但是容屑槽越多，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：①滚刀的前角：精加工滚刀与标准滚刀为便于制造与测量，通常都使用︒0前角②滚刀的后角:齿轮滚刀的顶刃后角与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，滚刀的顶刃与侧刃务必使用相同的铲背量。

其值用下式计算：egtan e gD K z πα=式中 K ——滚刀径向铲背量； eg D —— 滚刀外径； z g —— 滚刀容屑槽数； e α—— 滚刀顶刃后角。

滚刀后脚通常取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c α的大小。

c α应不小于3º。

1egsin g e fn z Ktg D ααπ-=式中 fn α—滚刀分圆法向齿形角。

为使滚刀铲磨时有砂轮空刀，滚刀务必进行双重铲齿且有两种方法，本次设计使用的铲背设计2K 可按下表查询。

(5) 滚刀的分圆直径与螺旋升角考虑到重磨因数对安装斜角的影响，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。

20.2()fg eg eg eg d D h K D δ=--+式中 eg h ——滚刀的齿顶高； eg D δ——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。

同时它又影响滚刀的齿形角近似造形误差。

精滚刀5f λ≤︒。

sin nf fgnm d λ=式中 n ——滚刀螺纹头数，精滚刀n=1; n m ——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110m m整体滚刀基本尺寸，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：=5.08nm分圆法向压力角：=15fnα︒齿高系数：1f=径向间隙系数：=0.25C'分圆法向弧齿厚：fnS=7.98 分圆螺旋角：fβ=23498︒'''螺旋方向：左旋精度等级：7FJ GB/0095-88序号计算项目符号计算公式或者选取方法计算精度计算举例1'151'通常制成右旋螺注：滚刀校验图如下：选取砂轮直径s D 按mm D h D l s 52++≥其中h 为成形刀齿廓的高度，l D 为砂轮法兰盘直径，通常12060≤≤s D 。

本文选取砂轮直径s D =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就是一个变位齿轮。

插齿刀在插齿时，除了切削运动外，它与工件还有相互配合的转动，这就是展成运动。

插齿刀靠切削运动与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g ξ越大，那么加工出来的齿轮表面精度越高。

但是变位系数g ξ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max g ξ。

变位系数g ξ越小，则有利于插齿刀的重磨次数，即可提高使用寿命。

但g ξ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务必考虑这两个因素，以确定变位系数的最小值min g ξ。

(一)最大变位系数的确定，可参考下列的几道公式： (1)齿顶变尖的限制：24tan ()[2()]2cos cos 2()[]0.01070.26430.3381gg fgeg eg g fg eg gg fg eg g eg g eg g eg fg eg z S m f inv inv z z z f S m m m z f πξαξααααξαα+=+++-=++=-++-----式中模数；插齿刀齿数；插齿刀齿顶高系数；插齿刀分圆压力角；插齿刀顶圆压力角。

(2)齿轮过渡曲线干涉的限制：121211121212121212sin sin ()cos 2cos 2()tan 2.1-1g g fffA A m z z A inv inv z z ααααξξααα-≤-+=+=++上列各参数由下列各式决定（）1211()cos 2cos fg g m z z A αα+=1112()tan R 2cos 2g fg fgg eg eg g og finv inv z z z m f mz r ξξαααξα+=++⎛⎫=++ ⎪⎝⎭=式中 12A ―被切齿轮与共轭齿轮啮合时的中心距； 12α―被切齿轮与共轭齿轮啮合时的啮合角；2e R ―共轭齿轮的齿顶圆半径；2o r ―共轭齿轮的基圆半径； 1g A ―插齿刀切削齿轮时的中心距；1g α―插齿刀切削齿轮时的啮合角；eg R ―插齿刀齿顶圆半径； og r ―插齿刀基圆半径；f α―齿轮分圆压力角；12z z 、―被切齿轮与共轭齿轮齿数；21ξξ、―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gmaxξ值，然后把此值代入公式（2.1-1）。

假如等式不成立，则说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。

如今，务必相应减少gmax ξ值或者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gmax ξ取最大值。

(二)最小变位系数的确定，也可参考下列的几道公式：(1)齿轮根切的限制：0sin 2211≥--og eg g g r R A α齿轮的齿数1z 越少或者它的变位系数越小，越易发生根切。

当插齿刀的齿数g z 越多、变位系数g ξ越小与齿顶高越大时，越易发生根切。

(2)齿轮顶切的限制：fo e d g ff dg gd z z m r R z z inv inv ααξαααξcos )(2tan tan 2)(212121min 1121min 1min +-=-+-=式中 min 1d g α――插齿刀切齿时保证被切齿轮不发生顶切的最小啮合角；11o e r R 、――被切齿轮齿顶圆与基圆半径。

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min gd ξ值，然后代入限制根切的不等式进行计算。

假如不等式成立，则如今的g ξ能够保证不发生顶切与不发生根切。

假如不等式不成立，则将发生根切。

那就要相应的增大g ξ然后重新计算。

当不等式左右相等时，g ξ即为最小值。

另一重点是插齿刀前角与齿形的修正。

插齿刀有前角能够改善切削条件，但这将造成齿形误差，务必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。

但是由于有了前角与变位，这种误差就不可避免。

如下为修正公式：tan fg α' =tan 1tan tan f e ααγ-式中 fg α'――修正后齿形角； f α――分圆压力角；e α――齿顶后角； γ――前角。

附：MAAG 制与径克制模数，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 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.96系列 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9(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51510.000000160.1051042据设计要求取z=125的碗形250.90630780.422661830.90630780.422618321)cos252cos25cos252cos25⨯cos25244.681 =121.8sin2555.1940.000155.194250.01218470.32127300.94698662125-5)的尺寸还受到工艺因素的参照表整数0.10515)2.4-6取B =0.0000133'25650.4706354tg tg tg -25.20334251212α'''=0.90480230.42583190.70145680.7014568=3839'=11.695761141''-= 38391141'2658'0.000011.5)1.5)，磨齿形时有困难，可适当减少g h211.5)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使用高速钢W6Mo5Cr4V2，其具有很高的硬度、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。