工程机械齿轮滚刀、马格插齿刀设计

南华大学课程设计说明书题目：工程机械齿轮滚刀、马格插齿刀设计及其加工工艺学生姓名：专业班级：机卓1001班指导教师：李必文教授学院：机械工程学院起止时间：2013年12月4日至2013年12月25日一、课程设计内容及要求：1．齿轮滚刀、插齿刀的设计，包括参数计算、结构设计、刀具加工工艺的设计以及成形车铲刀的设计。

2．插齿刀零件图（2#图一张）3．滚刀零件图（2#图一张）4、成形车铲刀零件图（2#图一张）5．插齿刀、滚刀加工工艺6．课程设计说明书：应阐述整个课程设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。

应有目录、摘要及关键词、正文、参考文献等内容，字数一般不少于6000字。

二、主要参考资料有关刀具参数计算及结构设计、机械制造工艺与设备的手册与图册。

三、课程设计进度安排指导教师（签名）：时间：教研室主任(签名)：时间：院长（签名）：时间：专业课程设计刀具方向第四组任 务 书（1）设计公称分圆φ125的外啮合A 级碗形直齿插齿刀，前角γ=5°，齿顶后角e α=6°，齿数g z =21，齿顶高系数eg f =1.15，g ξ=0。

（2）编制该刀具加工工艺要求：（1）设计AA 级Ⅰ型单头右旋齿轮滚刀，eg D =200，前角γ=0°，顶刃后角e α=10°～12°，侧刃后角c α不小于3°，有第二铲背量K 2，滚刀螺旋角f λ≤5°。

( 2 ) 编制该刀具加工工艺。

目录前言 (1)一、工程机械齿轮滚刀设计 (2)2.1设计原理 (2)2.2设计计算 (3)2.3设计图 (7)三、马格插齿刀设计 (9)3.1设计原理 (9)3.2 设计计算 (13)3.2设计图 (17)四、齿轮刀具加工工艺设计及成形刀具设计 (19)4.1工程机械齿轮滚刀加工工艺设计 (19)4.2马格插齿刀加工工艺设计 (21)4.3 成形车铲刀设计 (24)五、设计总结 (28)5.1 设计心得 (28)5.2 现状及展望 (29)主要参考文献 (31)前 言本次课程设计主要包括有工程机械齿轮滚刀和马格插齿刀两部分的设计及其加工工艺。

其中在校验工程机械齿轮滚刀干涉时，从第一齿的顶点A 沿径向取齿廓高度h 得G 点，从第二齿的顶点J 沿径向取铲削量K 得B 点，取齿廓高度h 得E 点，从A 点作直线A 1O ，A 1O 与前刀面A O 夹角为f α，又作AB 两点连线的中垂线与直线A01交于01点，以01为圆心，01A 为半径作圆弧连点和点即为近似的齿顶铲背曲线，以为半径画弧，即为近似的齿底铲背线。

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，一般12060≤≤s D 。

在某个齿的切入点与其下个齿的切入点之间取其中点，该中点与圆心的连线与齿根的交点记为F 点，连接F 1O 并延长之，自F 点在此延长线上截取F 2O =s D /2，得2O 点，以2O 点为圆心，以s D /2为半径作圆，即得砂轮外圆周，并相切GD 于F 点。

此时砂轮外圆如在下一个刀齿E 点的上方，则砂轮在铲磨时不会碰到下一个刀齿，假如在其下方，则铲磨时会碰到下一个刀齿，即发生干涉。

如干涉，需改变参数，直到不发生干涉为止。

提高在校大学生综合设计能力，特别是创新设计能力，是21世纪的继续课程课群建设的改革主线。

如何在课程设计的过程中突出培养学生的设计能力和创新设计能力是机械课群建设中的难点。

专业课程设计的内容和体系，使之成为机械课群的实践教学中的重要组成部分，在培养学生的设计能力、特别是培养创新设计能力的全局中发挥了重要作用。

通过这一环节的训练，学生不但能更加深入了解其基本理论、基本知识，而且能学会使用这些基本理论、基本知识去创造性地解决工程中的具体问题。

经过三年的专业理论课的学习和半年的在厂实习，使我们系统化的掌握了专业基础知识，为了综合运用所学理论知识，培养大家的分析问题、解决问题的能力，让我们在实践中获得知识，我们认真的进行并完成了此次专业课程设计任务，对我们以后无论是走上工作岗位还是继续求学都具有深远的意义。

二、工程机械齿轮滚刀设计2、1设计原理齿轮滚刀是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的。

在加工过程中，滚刀相当于一个斜齿圆柱齿轮，它与被加工的齿轮形成螺旋齿轮啮合。

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，其实质就是一个蜗杆。

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: 渐开线蜗杆、阿基米德蜗杆、法向直廓蜗杆。

滚刀的切削刃位在该蜗杆的螺纹表面上，这种切削刃所在的蜗杆，称为滚刀的基本蜗杆。

为了切出正确的渐开线齿形，基本蜗杆就应该是渐开线蜗杆，其端截面的齿形为渐开线。

工业上易于制造和检验，而端截面又近似于渐开线的蜗杆，作为滚刀的基本蜗杆。

端面的齿形为阿基米德螺旋线。

用这种近似蜗杆作为基本蜗杆的滚刀，称为阿基米德蜗杆。

但其存在造型误差。

齿轮滚刀案其结构的不同，可分为整体滚刀和镶片滚刀两种。

按其模数大小，可分为小模数滚刀、中模数滚刀和大模数滚刀。

按加工用途，可分为粗加工滚刀和精加工滚刀。

按精度等级分又可分为四种：一般推荐AA级滚刀用于加工7级精度齿轮；A级滚刀用于加工8级精度齿轮；B级滚刀用于加工9级精度齿轮；C 级滚刀则用于加工10级精度齿轮。

滚刀很少做出双头刀，因为双头滚刀加工出来的齿轮容易出现相邻齿齿距误差超差的情况，难以满足运动精度、传动精度。

加工齿轮时，滚刀有连续的切削运动，没有空行程，而且由于刀齿较多，所以它的加工生产率比较高。

对于常用的单头滚刀来说，由于齿轮的每个齿是由滚刀同一条螺纹上的若干刀齿切出的，所以滚刀的齿距误差不影响齿轮的齿距。

同一把滚刀可以加工直齿或斜齿齿轮。

但是滚刀不能加工内齿轮和空刀槽小的双联齿轮中直径较小的齿轮，且滚刀加工时，因滚刀沿齿轮轴线方向进给，影响表面粗糙度。

2.2设计计算齿轮滚刀的设计步骤14键槽尺寸 （1） 键宽（2） 键高（3） 圆弧b1t 'r查参考文献【1】附录表Ⅲ以及结合实践得 查参考文献【1】附录表Ⅲ以及结合实践得 查参考文献【1】附录表Ⅲ05.0012.14+=b 20.0012.64'+=tr =1.215 内孔空刀尺寸 （1） 空刀直径 （2） 磨光部分长度1d 1l查参考文献【1】附录表Ⅴ查参考文献【1】附录表Ⅴ621=d 541=l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，一般12060≤≤s D 。

本文选取砂轮直径s D =80mm 。

2.3设计图1. 二维结构图如下：2.三维结构图如下：三、马格插齿刀设计3.1设计原理插齿刀实质上就是一个变型齿轮，其有分圆、基圆及定值的分度圆压力角，与齿轮相似，但不同之处是插齿刀上有前角和后角，以便切削齿轮，为了得到它的后角并保证在刃磨后不影响齿形，所以把插齿刀设计成连续变位直齿齿轮的形式。

因此在垂直于插齿刀轴线的各个截面上，变位系数、顶圆直径和齿厚都不相等。

在某一截面上变位系数为零，这个截面叫原始截面。

在原始截面中，插齿刀的分圆齿厚、齿高、顶圆直径及根圆直径均为标准数值。

标准插齿刀的精度按国际标准分为AA 级、A 级和B 级3种，在通常条件下分别用于加工6、7和8级精度的齿轮。

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。

所以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必须考虑这两个因素，以确定变位系数的最小值min g ξ。

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：插齿刀顶圆压力角。

插齿刀分圆压力角；插齿刀齿顶高系数；插齿刀齿数；模数；式中：----------++-=++=-++++=eg fg eg g eg g eg g fgg eg eg fg gfgg g eg g eg f z m m m S f z z inv inv z f z m S ααξαααααξπξ 3381.02643.00107.0][)(2cos cos )](2tan 4)[2(2(2)齿轮过渡曲线干涉的限制：fffogeg g g o e inv z z inv z z m A r R A r R A ααξξααααα+++=+=--≤--212112122112221122221212tan )(2cos 2cos )(sin sin1211cos 2cos )(g fg Z Z m A αα+=gfg Z Z inv ++=1211tan )(2αξξα)2(R e g eg gg f Z m ξ++= f eg mzr αcos 2=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；21z 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。

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：0sin 2211≥--og eg g g r R A α齿轮的齿数1z 越少或它的变位系数越小，越易发生根切。

当插齿刀的齿数g z 越多、变位系数g ξ越小以及齿顶高越大时，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min gd ξ值，然后代入限制根切的不等式进行计算。