齿轮滚刀的设计与加工工艺
齿轮滚刀的设计与加工工艺,齿轮,设计,加工,工艺
2015年 06 月 1 日诚信声明本人郑重声明:本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的,在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名:齿轮滚刀的设计与加工工艺学号: 112011102裴迪起 止 日 期查阅文献,了解研究目的意义,完成开题报告广泛阅读相关文献,制定滚刀设计方案对齿轮滚刀参数的确定和尺寸及工艺等设计齿轮滚刀的图纸绘制及工艺卡片撰写毕业论文,准备答辩指导教师(含职称):2014.12.01至2014.12.312015.01.01至2015.03.102015.03.11至2015.04.302015.05.01至2015.05.152015.05.16至2015.06.10王建中(高工)太原工业学院毕业设计毕业设计任务书设计题目:系部: 机械工程系 专业: 机械设计制造及其自动化学生: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。)(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12345hob,design,technology太原工业学院毕业设计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。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:Gearhobiscommonlyusedtoprocesstheoutermeshingstraightteethandhelicalcylindricalgearcuttingtools.Whenmachining,gearhobisequivalenttoalargespiralAngleofhelicalgear,thegearhobisNumbers,workpieceisequivalenttoanotherhelicalgear,todoapairofhelicalgearspacemeshingwitheachother,atafixedrotation,bycuttingofeachadjacentpositionofcuttertoothenvelopeintogeartoothprofile.BeforethebornofCNCmachinetools,themainequipmentfortoolfactorymanufacturinggearhobisC8955andCW8925relievinggrindingmachinerinourcountry.Thesedevicesarelessaccuracy,precisionandkeepshort,hobaccuracygradeisnothighenough.Inrecentyears,duetothespecialCNChobsharpeningmachineandpopularizationofadvancedtechnologyandequipment,thusensurethatthevarietiesofthestructureofthehobandconstantlyimprovethelevelofproductquality.Keywords:gear目 录I太原工业学院毕业设计1 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.28II太原工业学院毕业设计1 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,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。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1太原工业学院毕业设计齿槽法向直廓蜗杆,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。2cota Zk滚刀容屑槽数xxKZkx=Pktanacosn太原工业学院毕业设计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。cotax=式中Pk滚刀容屑槽导程K滚刀径向铲削量公式中的正负号是用于右旋滚刀与左旋滚刀的。对于零度前角直槽滚刀,Pk=。轴向齿形角a 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:tana式中3pnmn被切齿轮的模数px0=0sn被切齿轮在分度圆处的法向齿厚。0Ds被切齿轮的精加工留量(见下表)Ds0.40.60.8=00pn0cos=pn=pnmn8-1010-1414-20sn0cosgz=pmn00Ds1.01.21.5-sn-sn-Ds太原工业学院毕业设计(2)滚刀的齿距1)法向齿距式中2)轴向齿距(3)滚刀的齿厚1)法向齿厚对精加工滚刀:sn式中对粗加工滚刀:sn式中mn2-44-66-82)轴向齿厚sx0(4)滚刀的齿高 滚刀的齿顶高ha 应该与被切齿轮的的齿根高hf相等,即400=hac*顶隙系数。一般情况下取=(0.2-0.3)mn在an=(0.2-0.3)mn齿轮滚刀的结构参数滚刀的结构尺寸0mntan1-cos2sin=hfc*mn),即+c*mn20o时,一般取滚刀选取外径的原则是,在要求精度较高或者齿数较多时,00cosan4cos1n+c*)(1-cos2sin20) n1+cosb +c*)+sin2an2-sinn太原工业学院毕业设计ha滚刀的齿根高hf 等于被切齿轮的齿顶高ha加上一个顶隙c(c=hf0式中(5)齿顶圆弧半径r1r1(6)齿根圆弧半径r2r22.22.2.1(1)滚刀的外径da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L=cosb0=5h*被切齿轮法向齿高系数因为齿轮滚刀的直径会随着滚刀的刃磨而减小,所以用=da0Dda0滚刀外径公差。0=Z0滚刀螺纹头数。0=在加工大直径的齿轮时,需要的滚刀长度很长。若长度不够,n-2hamnZ0d05o时,做成直槽。tan0-0.2(K+Dda0)太原工业学院毕业设计式中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d0以下式子计算分度圆直径d0d0式中2)滚刀的分度圆螺旋升角gzsin式中(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gz 5o时,容屑槽做成螺旋槽;当gz0螺旋槽导程pk的求法:Pk(5)滚刀的切削锥度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。6滚刀的切削角度标准滚刀和精加工滚刀为了便于测量与制造,一般都采用零度前= tana0K滚刀径向铲削量;-=1=(1.3-1.5)K1I II236dZ12o。当K值圆整后,验算侧刃后角a 大小,其值应大于或等于3,KZk2.546.50kc0sinan3 3.5 44.574.55.585695.57107.5118.512太原工业学院毕业设计2.2.2(1)滚刀的前角角。(2)滚刀的侧刃后角和顶刃后角 滚刀的侧刃后角和顶刃后角应保持一定的关系,是重磨后的滚刀所切出的齿轮仍能保证齿高和齿厚的准确。同时,还要保证滚刀的最小侧后角,使滚刀不易磨损,滚刀侧刃的铲削量应等于顶刃的铲削量,用下式计算其值:K式中o按下式计算tanac0需要磨齿的滚刀,须进行双重铲削,第二铲削量K用下式计算K1K和K的值都要符合铲床凸轮的升距。滚刀常用铲削量分为 型和 型,见下表:滚刀常用铲削量(I 型)第一铲背量第二铲背量第一铲背量79KK数列2326316713280279010014511290102,2.5,3,3.50.60.71Ida0637180901003211210.54,4.5,5,5.50.70.8型L276356714080590126,6.5,7,8,9,10,120.80.9IID5050638013.5型amin40127115Zk2216.5da018LDaminZmin太原工业学院毕业设计第二铲背量滚刀常用铲削量(II 型)第一铲背量第二铲背量2.3 齿轮滚刀的设计步骤及计算过程标准齿轮滚刀基本尺寸表模系111.251.51.7522.252.52.7533.253.53.7544.5810012511250140160180200表面粗糙度ARaRaRaRaRaRz参数mn=5100125112140160180200滚刀的精等级B0.320.630.630.630.323.20分度圆法向压力角101181181260150C0.320.630.630.630.633.20=1251251401700.630.631.250.630.636.3020132150501.251.251.251.251.256.3040太原工业学院毕业设计55.566.578910齿轮滚刀表面粗糙度参数及其数值表检查表面参数AA表面粗糙度内孔表面轴台表面轴台外径刀齿前面刀齿侧面刀齿顶面及圆角部分齿轮滚刀的设计及计算过程见下表:被加工齿轮已知条件法向模数9h=1c*=0计算项目度滚刀精度等度等级da0D3)全长Zk=12Zkha0hf03)全齿高pn0sn0KK1tanac00.5HZk=12=0.25精度等级代号按齿轮精度等级选定滚刀精da =125按标准齿轮滚刀基本尺寸表Lha0hf0h0pn0=pmnsn=K查滚刀常用铲削量表= sinanc0H=21.8分度圆法向弧齿厚8级计算公式或选取方法A级0D=50L=125=(h+c*)mn=(h+c*)mnh00.0012= tana0K =10.5KZ=4o2sn=7.854计算精0.010.01=ha0pn =15.7080.01Zk1圆整到k计算示例ha =6.25hf0+hf00sn=7.85K=70=6.250.01h =12.50太原工业学院毕业设计容屑槽数齿高系数径向间隙系数分度圆螺旋角序号1级基本尺寸1)外径2)孔径选取24)容屑槽数法向齿形尺寸1)齿顶高2)齿根高34)法向齿距5)法向齿厚切削部分1)铲削量42)侧刃后脚a03)容屑槽深10H=h0+R=分度圆直径分度圆螺旋singz0容屑槽螺旋容屑槽导程轴向齿形尺px0sx0r1r1r2r2tanax轴台尺寸D1aK2=25d0=5,bPkpx0sx0=0.3mn=0.3mn=D =da0a+-10Zk=25od0mnnd0k=0,Pk=r =1.5r =1.5tanancosgz01=45K2H)=da01=0=pn0cosgz0sn0cosgz0121x-2a=51R=2-2ha0=2o58直槽Pk=0.0010.01=20o02H-(12)+(0.51)-0.2KPx =15.724sx =7.86D =80.40.001001d =110.50太原工业学院毕业设计度R4)槽底圆角半径一般情况下q5)槽型角56线导程角7角89寸1)轴向齿距2)轴向齿厚3)齿顶圆角半径4)齿根圆角半径10轴向齿形角111)直径2)高度依照上面的计算结果,并查阅“齿轮滚刀的通用技术条件”绘制出零件图。11135mm。0-1.60.63。0.00900.63。0.63。轴台外圆径向圆跳动不大于0.019,两端面圆跳动不大于0.003,表太原工业学院毕业设计3 齿轮滚刀的加工工艺3.1 齿轮滚刀的工艺性分析滚刀的精度等级为A级,材料为W6Mo5Cr4V2,毛坯为高速钢,采用锻坯成形处理。根据锻坯后的尺寸来确定毛坯尺寸为F1251、两端F80面粗糙度Ra2、F50+ 内孔表面粗糙度Ra0.32。3、刀齿前面表面粗糙度Ra0.63。4、刀齿侧面表面粗糙度Ra0.63。5、倒角6、容屑槽深度21.8 mm,表面粗糙度Ra7、刀齿的径向圆跳动不大于0.030,齿形表面表面粗糙度Ra3.2 选择加工方法,制定工艺路线3.2.1 滚刀表面加工的选择滚刀的主要加工表面有外圆、内孔、端面、槽、倒角、齿形等,其加工方法选择如下表所示:12粗糙度(Ra/ m)m0.630-1.60.25-0.1512.50.3212.0956.306.300.63工序名锯料锻坯退火粗车粗车及钻孔精镗孔精车镗内孔凹槽拉键槽倒角加工方法粗车一精车一磨0.630.63镗孔钻孔一精镗孔一研磨12.5车铣粗车一精车一铲磨工序内容锯料F125锻坯F125退火处理粗车一端外圆、端面及轴台粗车另一端外圆、端面、轴台及钻孔 C620-1卧式车床精镗孔47.65mm精车轴台外圆、端面及倒角镗内孔凹槽50拉键槽修键槽毛刺及倒角粗车一精车一磨粗车一精车一磨拉设备135mm125mm焖火炉C620-1卧式车床C620-1卧式车床C620-1卧式车床C620-1卧式车床12.095钳工台、台钻金属带锯床锻锤拉床太原工业学院毕业设计表3-1 主要加工表面加工方法的选择位置端面轴台F80外径F125+内孔48内孔凹槽50键槽倒角容屑槽齿形3.2.2 齿轮滚刀的工艺路线齿轮滚刀的加工工艺路线一般先进行外圆、轴台及内孔的加工,在进行齿形加工。齿形加工以内孔为基准,其加工工艺路线如表3-2所示:表3-2 加工工艺路线工序号1234567891013精车铣容屑槽调质、清洗铲外圆及齿形剔余齿、修光打标志粗磨两端面热处理、喷砂磨内孔研磨内孔磨轴台及端面磨前刀面铲磨齿形清洗、包装精车外圆及螺纹铣容屑槽深度21.8 mm调质、清洗处理铲外圆F125剔余齿、修光打标志轻微粗磨两端面热处理、喷砂处理磨内孔47.97mm研磨内孔48mm磨轴台外圆及端面磨前刀面达到图样要求铲磨齿形达到图样要求按要求清洗包装C620-1卧式车床X62W铣床盐浴炉mm及齿形钳工台钳工台M612K工具磨床喷砂机M2120内圆磨床研磨机HG1432磨床M6420B磨床CW8925铲床生产部C8955铲床太原工业学院毕业设计11121314151617181920212223243.3 确定工序尺寸及技术要求通过查阅太原工具厂齿轮刀具工艺资料,确定各个工序尺寸、公差和技术要求等。工序1:锯料图 3-1锯料技术要求:1根据滚刀成品L尺寸及规格,确定L0的尺寸。14eg 0eg 1 02的尺寸。太原工业学院毕业设计2根据滚刀成品D 尺寸及原料规格,确定de工序2:锻坯图 3-2锻坯技术要求:1按锻造工艺规程操作,碳化物的不均匀度等级小于或等于4级。2成品外径D 100 mm时,锻坯后直径d De eg= +( 6)+2成品长度L100 mm时,锻坯后的长度L1 0= +(L 4)+工序3:退火技术要求:1退火硬度:HB255。2按高速钢退火工艺规程操作。工序4:粗车图 3-3 粗车技术要求:150.50.51 00( 2)-0.3,D一成品孔径基本尺寸,太原工业学院毕业设计1粗车外圆时,L2尺寸由操作者掌握,车一端面时,车平为宜。2工序尺寸(1)d d1= + ( 1.5) 0.5,d一成品轴台外圆基本尺寸(2)d d2= + ( 4) 0.5e ,de一成品外径基本尺寸(3)a1 0= +(a 1)+ ,a一成品轴台长度基本尺寸工序5:粗车及钻孔图 3-4 粗车及钻孔技术要求:工序尺寸(1)d d1= + ( 1.5) 0.5,d一成品轴台外圆基本尺寸(2)d d2= + ( 4) 0.5e ,de一成品外径基本尺寸(3)a1 0= +(a 1)+ ,a一成品轴台长度基本尺寸(4)D D= -(5)L L1 0.5= +( 1.5)- L一成品长度基本尺寸工序6:精镗孔图 3-5 精镗孔1622时,D =21.65+0.052。0002 0太原工业学院毕业设计技术要求:1两端喇叭口不得超过内孔公差的1.2倍。2每端超出公差的喇叭口长度不大于6mm。3当成品孔径D=工序7:精车图 3-6 精车技术要求:1工序尺寸(1)C C1= +( 0.3),C一成品倒角尺寸(2)d d3 1.0= +( 0.2)- ,d一轴台外圆成品基本尺寸(3)a2 0.4= +(a 0.8)- ,a一成品轴台长度基本尺寸(4)L L3 0.5= +( 0.5)- ,L一成品长度基本尺寸2轴台外圆、端面圆跳动:(1)径向圆跳动:0.1(2)端面圆跳动:0.033本工序所列工装不能满足要求时,应另行设计171 0太原工业学院毕业设计工序8:镗内孔凹槽图 3-7 镗内孔凹槽技术要求:l尺寸按成品图要求加工。D3尺寸按成品图要求加工。工序9:拉键槽图 3-8 拉键槽技术要求:1工序尺寸t t= -( 0.18)+0.1,t一成品尺寸2圆角r和键槽宽b1按成品图要求加工。3. 所列工装不能满足要求时,应重新设计。1811 0( 0.002 ) 0.10,Px一成品法向齿距尺寸。( 0.7)+0.15,Sn一成品法向齿厚尺寸。太原工业学院毕业设计工序10:倒角图 3-9 倒角工序11:精车外圆及螺纹图 3-10 精车外圆及螺纹技术要求:1齿高h、齿顶高ha及齿形角an按成品图要求加工。2外径尺寸d d4= + ( 1.8) 0.15e ,de一成品外径尺寸。3齿距尺寸P P Px x x= - 4齿厚尺寸S Sn n= +5外圆径向跳动不大于0.10,全长上的锥度不大于0.15191 0均按成品图要求。( )D ,H一成品图容屑槽深度,D一精车后的余量。+0.52太原工业学院毕业设计工序12:铣容屑槽图 3-11铣容屑槽技术要求:1. 工序尺寸(1)H H= +(2)R尺寸和角度q(3)导程偏差比成品图偏差放大10%。工序13:调质、清洗技术要求:1. 按热处理工艺规程进行操作。2. 滚刀成品外径65时进行调质处理。工序14:铲外圆及齿形图 3-12-1 铲外圆及齿形200.202 nn n n22n太原工业学院毕业设计图 3-12-2 铲外圆及齿形技术要求:1工序尺寸(1)d d5 0= +( 0.80)+e ,de一成品外径基本尺寸(2)S Sn n= +0.30, S 一成品法向齿厚尺寸(3) P P P= -0.002 ,Pn一成品法向齿距尺寸(4)P P Px x x= -0.002 ,Px一成品轴向齿距尺寸2轴向齿距偏差0.04,三个齿距长度内累计偏差0.06。3R、Zk、ha、h、k、a 按成品图尺寸要求。4刀齿径向圆跳动不大于0.12,外圆锥度不大于0.12。工序15:剔余齿、修光图 3-13 剔余齿、修光21太原工业学院毕业设计技术要求:1齿根厚小于正常齿根厚1/3的齿应全部锉掉。2齿根厚为正常齿根厚1/31/2的齿切去齿顶为全齿高的2/3为止。3齿根厚为正常齿根厚1/22/3的齿切去齿顶为全齿高的1/3为止。4不完整的齿顶逐渐圆滑过渡。工序16:打标志图 3-14打标志技术要求:1人面向前刀面为准,在滚刀左端面打标志,字迹必须清楚。2标志内容:按成品图纸内容要求打字。3普通高速钢不打材料号。4生产顺序打在边齿上。工序17:粗磨两端面图 3-15 粗磨两端面223 0太原工业学院毕业设计技术要求:1. 两端面轻轻磨起即可。2. 工装不能满足要求时,重新设计。工序18:热处理、喷砂技术要求:1. 热处理硬度:HRC6466。2. 具体操作按热处理工艺和喷砂工艺。工序19:磨内孔图 3-16 磨内孔技术要求:1磨内孔后滚刀外径径向圆跳动不大于0.12。2磨孔后中间不得过大,要保证具有最小研磨量。锥度和圆度为本工序公差的1/2。3工序尺寸D =21.97+0.0214工装不能满足要求时,重新设计。工序20:研磨内孔图 3-17 研磨内孔234太原工业学院毕业设计技术要求:1研磨杆和滚刀之间的接触要保持压力均匀一致,要调头研磨,以免产生锥度。2研磨后内孔表面不得有严重的痕迹,研孔后用煤油进行清洗。3内孔尺寸D 按成品图要求。4粗糙度按成品图纸要求。5工装不能满足要求时,重新设计。工序21:磨轴台图 3-18 磨轴台技术要求:1轴台外圆、端面粗糙度,径向圆跳动和端面圆跳动,尺寸L、a、d均按成品图要求。2铲磨用芯轴可作检查芯轴用。3现有工装不能满足要求时,重新设计。工序22:磨前刀面图 3-19 磨前刀面24太原工业学院毕业设计技术要求:1前刀面粗糙度、径向性偏差、导程偏差,容屑槽相邻周节差、最大累积误差均按成品图要求。2工装不能满足要求时,重新设计。3前刀面不得有磨退火迹象,不允许有崩刃和毛刺。工序23:铲磨齿形图 3-20 铲磨齿形技术要求:1粗糙度、Pn、Px、Sn、R、R1、R2、h、ha、an、de及k按成品图尺寸要求。2按轴向齿距Px计算挂轮。3工装不能满足要求时,重新设计。工序24:清洗、包装技术要求:1按包装工艺进行清洗、包装。2包装盒上应标志:产品名称、工具厂、模数 、精度等级、材料、制造年月、生产许可证编号等。3.4 编制加工工艺卡片根据确定的工序尺寸和技术要求,编制滚刀的加工工艺卡片。25太原工业学院毕业设计总 结本次毕业设计到此已接近尾声,通过本次设计,提高了我对所学知识的综合运用能力,掌握了齿轮滚刀的工作原理及其设计步骤,了解了齿轮滚刀加工工艺以及对工艺卡片的编制。本次毕业设计也是我在大学生涯里做的最后一次设计,回想起这几个月来紧张而有序的设计工作, 使我受益匪浅。第一,它考验了我运用知识的能力,是否真的牢固掌握了全部所学的专业知识,以及是否能用广泛的视角来处理机械方面的问题。对我而言,本次毕业设计,使我深深感觉到如果基础知识掌握的不牢固,就还不可以很灵活的解决所遇到的各种问题,就会在本次毕业设计中表现出这样或那样的不足和漏洞,这些就说明了基本功的不扎实。但所幸我得到了老师和同学们的热情帮助和耐心指导,使这些问题得到了一一的解决,这将对我以后的学习和工作有极大的帮助。第二,本次毕业设计全方面的锻炼了我运用知识的能力,使我对这四年来所学的知识进行了条理化、系统化、全面化的复习和回顾,让我懂得了如何运用自己所学的知识,同时又学到了获取其他知识的方法。这些都是对课本知识的有益补充,为我们以后所要从事的工作打下坚实的基础。最后,这次设计不仅使我收获了知识而且也锻炼了认真耐心的品质,通过这次认真又细致的毕业设计,我对待事情的态度更加严谨,更加有耐心,并且我希望能把所做的事情做的更好更完美,我想这将是一生受益的财富。更重要的是,我要将所获取的全部知识都运用于实践,并用实践来弥补自身的不足和缺点,使我成为一名真正的理论扎实而又具有很强的实践能力的机械工作者。26太原工业学院毕业设计参考文献1袁哲俊,刘华明,唐宜胜.齿轮刀具设计M.北京:新时代出版社,1983.2四川省机械工业局.复杂刀具设计手册M.北京:机械工业出版社,1979.3陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具M.5版.北京:机械工业出版社,2011.4孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理M.7版.北京:高等教育出版社,2006.5陆凤仪,钟守炎.机械设计M.2版. 北京:机械工业出版社,2010.6王先逵.机械制造工艺学M.2版. 北京:机械工业出版社,2006.7孟少农.机械加工工艺手册M.北京:机械工业出版社,1991.8李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京:机械工业出版社,1994.9 袁哲俊.齿轮刀具的技术发展J.工具技术,2013年09期.10黄勇.齿轮刀具设计的现状与发展趋势J.南方农机,2005(03).11陈昆.齿轮滚刀的制造技术与对策J.机械工艺师.1991年08期12太原工具厂齿轮刀具工艺资料27太原工业学院毕业设计致 谢在时光过得总是那么得匆忙,转眼间大学生涯就要结束了,回想在大学里的生活,真是有苦有甜,家人和老师的深厚期望,激励着我自己努力学习,不辜负他们对我的期望。马上就要毕业了,为了能让我们顺利的毕业老师也付出了很多的努力,同学们也都在准备着自己的毕业论文,由于自己的贪玩,所以在专业知识上有所不足,经常为自己的毕业论文发愁和不知所错,但是还好整个毕业设计过程中,得到了王建中老师悉心的指导,耐心的教诲。王老师平日里工作繁多,每周还定时为我们举行的答疑与指导,不定时的对我们每阶段的进展状况的检查督促,使设计过程中的遇到的问题得到了及时解决。王老师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,晦人不倦的高尚师德,朴实无华、平易近人的人格魅力对我的影响非常深远。正因为老师的悉心教导,毕业设计才得以顺利的完成。其次要感谢在一起愉快的度过毕业设计阶段的同学们,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本设计的顺利完成。最后,我要感谢母校太原工业学院和机械工程系所有教师四年来对我的培养,是你们的辛勤汗水培养出了我独立处理和解决问题的能力,并且教会我如何从不同的角度分析问题,令我受益匪浅,为我以后的工作打下良好的专业知识基础。一想到马上就毕业了,大家也会各奔东西,都会有各自的生活,心里又会有很多的不舍和伤感,在学校的时候,大家看似嘻嘻哈哈的,但就是这种感觉让我们早就形成了深厚的友谊。希望同学朋友们在以后的日子里,坚守自己的信念,早日实现自己的远大抱负。祝各位同胞们一切顺利!在此设计中,由于我水平有限,难免会出现错误,敬请各位老师批评改正。28诚信声明本人郑重声明 本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出 本人签名 2015年 06 月 1 日 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 学号 112011102学生 裴迪 指导教师 含职称 王建中 高工 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 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 04 304 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 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 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 equipment for tool factory manufacturing 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 sharpeningmachineandpopularizationofadvancedtechnologyandequipment 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 II 1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齿轮滚刀的设计步骤及计算过程 8 3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 1 1 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 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 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 4 n 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 s 2 4 0 4 8 10 1 0 4 6 0 6 10 14 1 2 6 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 5 fa 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 sincos 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 太原工业学院毕业设计 7 2 2 2 滚刀的切削角度 1 滚刀的前角 标准滚刀和精加工滚刀为了便于测量与制造 一般都采用零度前角 2 滚刀的侧刃后角和顶刃后角 滚刀的侧刃后角和顶刃后角应保持一定的关系 是重磨后的滚刀所切出的齿轮仍能保证齿高和齿厚的准确 同时 还要保证滚刀的最小侧后角 使滚刀不易磨损 滚刀侧刃的铲削量应等于顶刃的铲削量 用下式计算其值 00 tan kZdK 式中 K 滚刀径向铲削量 0 滚刀顶刃后角0 一般取 oo 1210 当K值圆整后 验算侧刃后角 0c 大小 其值应大于或等于3 按下式计算 nkc dKZ sintan 00 需要磨齿的滚刀 须进行双重铲削 第二铲削量 1K 用下式计算KK 5 13 1 1 K 和 1K 的值都要符合铲床凸轮的升距 滚刀常用铲削量分为I 型和II 型 见下表 滚刀常用铲削量 I 型 第一铲背量 2 2 5 3 3 5 4 4 5 5 5 5第二铲背量 3 4 4 5 5 5 6 7 7 5 8 5第一铲背量 6 6 5 7 8 9 10 11 12 太原工业学院毕业设计 8 第二铲背量 9 10 10 5 12 13 5 15 16 5 18滚刀常用铲削量 II 型 第一铲背量K 2 2 5 3 3 5 4 4 5 5 5 5 6 6 5 7 8 9 10 12第二铲背量 1K 0 6 0 7 0 7 0 8 0 8 0 92 3 齿轮滚刀的设计步骤及计算过程 标准齿轮滚刀基本尺寸表模 数系 列 I 型 II 型1 2 0ad L D mina kZ 0da L D mina minZ1 63 63 27 5 16 50 32 22 5 12 1 25 401 5 71 71 32 63 50 271 752 80 80 142 25 71 562 5 90 90 40 632 753 100 100 80 71 323 253 53 75 90 804 112 1124 5 90 太原工业学院毕业设计 9 105 125 125 50 12 100 1005 5 112 112 406 140 1406 5 118 1187 1258 160 160 60 125 1329 180 180 140 15010 200 200 150 170 50 齿轮滚刀表面粗糙度参数及其数值表检查表面 表面粗糙度参数 滚刀的精等级AA A B C表面粗糙度内孔表面 aR 0 32 0 32 0 63 1 25轴台表面 aR 0 63 0 63 0 63 1 25轴台外径 aR 0 63 0 63 1 25 1 25刀齿前面 aR 0 63 0 63 0 63 1 25 刀齿侧面 aR 0 32 0 63 0 63 1 25刀齿顶面及圆角部分 zR 3 20 3 20 6 30 6 30齿轮滚刀的设计及计算过程见下表 已知条 件 被加工齿轮参数法向模数 5 nm 分度圆法向压力角 20n 太原工业学院毕业设计 10 齿高系数 h 1 容屑槽数 12 kZ径向间隙系数 25 0c 分度圆法向弧齿厚 854 7 ns分度圆螺旋角 0 精度等级 8级序号 计算项目 代号 计算公式或选取方法 计算精度 计算示例1 滚刀精度等级 按齿轮精度等级选定滚刀精度等级 A级 2 基本尺寸1 外径2 孔径3 全长4 容屑槽数 0adDLkZ 按标准齿轮滚刀基本尺寸表选取 1250 ad 50 D 125 L 12 kZ3 法向齿形尺寸1 齿顶高2 齿根高3 全齿高 4 法向齿距5 法向齿厚 0ah 0fh0h0np 0ns na mchh 0 nf mchh 0 0f0a0 hhh n0n mp 2nn ms 0 010 010 010 0010 01 25 60 ah 25 60 fh 5 120 h 708 150 np 85 7 ns4 切削部分1 铲削量2 侧刃后脚3 容屑槽深 K1K0c H 0k0a tand ZK 查滚刀常用铲削量表n0akc0 sindtan KZ 0c 应不小于 3 圆整到0 5 7 K 5 101 K 0 24oc 8 21 H 太原工业学院毕业设计 11 度4 槽底圆角半径5 槽型角 R 1 5 02h 10 KKH k0a10 2d Z HR 一般情况下 25 2 R o25 5 分度圆直径 0d K2 0h2dd 0a0a0 0 001 5 1100 d6 分度圆螺旋线导程角 0z 0n0z dnmsin 1 0 582oz 7 容屑槽螺旋角 k 50z 0k 直槽8 容屑槽导程 kP 0k kP kP9 轴向齿形尺寸1 轴向齿距2 轴向齿厚3 齿顶圆角半径 4 齿根圆角半径 0 xp 0 xs1r2r z00n0 x cospp 0z0n0 x cosss n1 m3 0r n2 m3 0r 0 0010 01 724 150 xP 86 70 xs 5 11 r 5 12 r10 轴向齿形角 x 0znx costantan 1 0220ox 11 轴台尺寸1 直径2 高度 1Da 2 12d 0a1 HD 5 4a 4 801 D 5 a依照上面的计算结果 并查阅 齿轮滚刀的通用技术条件 绘制出零件图 太原工业学院毕业设计 12 3 齿轮滚刀的加工工艺3 1 齿轮滚刀的工艺性分析滚刀的精度等级为A级 材料为W6Mo5Cr4V2 毛坯为高速钢 采用锻坯成形处理 根据锻坯后的尺寸来确定毛坯尺寸为 mm135125 1 两端 0 6 1 80 轴台外圆径向圆跳动不大于0 019 两端面圆跳动不大于0 003 表面粗糙度 0 63Ra 2 009 0050 内孔表面粗糙度 0 32Ra 3 刀齿前面表面粗糙度 63 0aR 4 刀齿侧面表面粗糙度 63 0aR 5 倒角6 容屑槽深度21 8 mm 表面粗糙度 0 63Ra 7 刀齿的径向圆跳动不大于0 030 齿形表面表面粗糙度 0 63Ra 3 2 选择加工方法 制定工艺路线3 2 1 滚刀表面加工的选择滚刀的主要加工表面有外圆 内孔 端面 槽 倒角 齿形等 其加工方法选择如下表所示 太原工业学院毕业设计 13 表3 1 主要加工表面加工方法的选择位置 粗糙度 Ra m 加工方法端面 0 63 粗车一精车一磨轴台 0 6 1 80 0 63 粗车一精车一磨外径 25 015 0 125 0 63 粗车一精车一磨内孔 48 12 5 镗孔内孔凹槽 50 0 32 钻孔一精镗孔一研磨键槽12 095 12 5 拉倒角 6 30 车容屑槽 6 30 铣 齿形 0 63 粗车一精车一铲磨3 2 2 齿轮滚刀的工艺路线齿轮滚刀的加工工艺路线一般先进行外圆 轴台及内孔的加工 在进行齿形加工 齿形加工以内孔为基准 其加工工艺路线如表3 2所示 表3 2 加工工艺路线工序号 工序名 工序内容 设备1 锯料 锯料 mm135125 金属带锯床 2 锻坯 锻坯 mm125125 锻锤3 退火 退火处理 焖火炉4 粗车 粗车一端外圆 端面及轴台 C620 1卧式车床5 粗车及钻孔 粗车另一端外圆 端面 轴台及钻孔 C620 1卧式车床6 精镗孔 精镗孔 47 65mm C620 1卧式车床7 精车 精车轴台外圆 端面及倒角 C620 1卧式车床8 镗内孔凹槽 镗内孔凹槽 50 C620 1卧式车床9 拉键槽 拉键槽12 095 拉床10 倒角 修键槽毛刺及倒角 钳工台 台钻 太原工业学院毕业设计 14 11 精车 精车外圆及螺纹 C620 1卧式车床12 铣容屑槽 铣容屑槽深度21 8 mm X62W铣床13 调质 清洗 调质 清洗处理 盐浴炉14 铲外圆及齿形 铲外圆 mm125 及齿形 C8955铲床15 剔余齿 修光 剔余齿 修光 钳工台16 打标志 打标志 钳工台17 粗磨两端面 轻微粗磨两端面 M612K工具磨床18 热处理 喷砂 热处理 喷砂处理 喷砂机19 磨内孔 磨内孔 47 97mm M2120内圆磨床20 研磨内孔 研磨内孔 48mm 研磨机21 磨轴台及端面 磨轴台外圆及端面 HG1432磨床22 磨前刀面 磨前刀面达到图样要求 M6420B磨床23 铲磨齿形 铲磨齿形达到图样要求 CW8925铲床24 清洗 包装 按要求清洗包装 生产部3 3 确定工序尺寸及技术要求通过查阅太原工具厂齿轮刀具工艺资料 确定各个工序尺寸 公差和技术要求等 工序1 锯料 图 3 1锯料技术要求 1 根据滚刀成品L尺寸及规格 确定 0L 的尺寸 太原工业学院毕业设计 15 2 根据滚刀成品 egD 尺寸及原料规格 确定 0ed 的尺寸 工序2 锻坯 图 3 2锻坯技术要求 1 按锻造工艺规程操作 碳化物的不均匀度等级小于或等于4级 2 成品外径 egD 100 mm时 锻坯后直径 21 0 6 e egd D 成品长度L 100 mm时 锻坯后的长度 21 0 L 4 L 工序3 退火技术要求 1 退火硬度 HB 255 2 按高速钢退火工艺规程操作 工序4 粗车 图 3 3 粗车技术要求 太原工业学院毕业设计 16 1 粗车外圆时 2L 尺寸由操作者掌握 车一端面时 车平为宜 2 工序尺寸 1 1 1 5 0 5d d d一成品轴台外圆基本尺寸 2 2 4 0 5ed d ed 一成品外径基本尺寸 3 0 51 0 a 1 a a一成品轴台长度基本尺寸工序5 粗车及钻孔 图 3 4 粗车及钻孔技术要求 工序尺寸 1 1 1 5 0 5d d d一成品轴台外圆基本尺寸 2 2 4 0 5ed d ed 一成品外径基本尺寸 3 0 51 0 a 1 a a一成品轴台长度基本尺寸 4 0 31 0 2 D D D一成品孔径基本尺寸 5 01 0 5 1 5 L L L一成品长度基本尺寸工序6 精镗孔 图 3 5 精镗孔 太原工业学院毕业设计 17 技术要求 1 两端喇叭口不得超过内孔公差的1 2倍 2 每端超出公差的喇叭口长度不大于6mm 3 当成品孔径 22D 时 0 0522 021 65D 工序7 精车 图 3 6 精车技术要求 1 工序尺寸 1 1 0 3 C C C一成品倒角尺寸 2 03 1 0 0 2 d d d一轴台外圆成品基本尺寸 3 02 0 4 a 0 8 a a一成品轴台长度基本尺寸 4 03 0 5 0 5 L L L一成品长度基本尺寸2 轴台外圆 端面圆跳动 1 径向圆跳动 0 1 2 端面圆跳动 0 03 3 本工序所列工装不能满足要求时 应另行设计 太原工业学院毕业设计 18 工序8 镗内孔凹槽 图 3 7 镗内孔凹槽技术要求 l 尺寸按成品图要求加工 3D 尺寸按成品图要求加工 工序9 拉键槽 图 3 8 拉键槽技术要求 1 工序尺寸 0 11 0 0 18 t t t一成品尺寸2 圆角r和键槽宽 1b按成品图要求加工 3 所列工装不能满足要求时 应重新设计 太原工业学院毕业设计 19 工序10 倒角 图 3 9 倒角工序11 精车外圆及螺纹 图 3 10 精车外圆及螺纹技术要求 1 齿高h 齿顶高 ah 及齿形角 n 按成品图要求加工 2 外径尺寸 4 1 8 0 15ed d ed 一成品外径尺寸 3 齿距尺寸 1 0 002 0 10 x x xP P P xP一成品法向齿距尺寸 4 齿厚尺寸 0 151 0 0 7 n nS S nS 一成品法向齿厚尺寸 5 外圆径向跳动不大于0 10 全长上的锥度不大于0 15 太原工业学院毕业设计 20 工序12 铣容屑槽 图 3 11铣容屑槽技术要求 1 工序尺寸 1 0 51 0 2H H H一成品图容屑槽深度 一精车后的余量 2 R尺寸和角度 均按成品图要求 3 导程偏差比成品图偏差放大10 工序13 调质 清洗技术要求 1 按热处理工艺规程进行操作 2 滚刀成品外径 65时进行调质处理 工序14 铲外圆及齿形 图 3 12 1 铲外圆及齿形 太原工业学院毕业设计 21 图 3 12 2 铲外圆及齿形技术要求 1 工序尺寸 1 0 205 0 0 80 ed d ed 一成品外径基本尺寸 2 2 0 30n nS S nS 一成品法向齿厚尺寸 3 2 0 002n n nP P P nP一成品法向齿距尺寸 4 2 0 002x x xP P P xP一成品轴向齿距尺寸2 轴向齿距偏差 0 04 三个齿距长度内累计偏差 0 06 3 R Zk ah h k n 按成品图尺寸要求 4 刀齿径向圆跳动不大于0 12 外圆锥度不大于0 12 工序15 剔余齿 修光 图 3 13 剔余齿 修光 太原工业学院毕业设计 22 技术要求 1 齿根厚小于正常齿根厚1 3的齿应全部锉掉 2 齿根厚为正常齿根厚1 3 1 2的齿切去齿顶为全齿高的2 3为止 3 齿根厚为正常齿根厚1 2 2 3的齿切去齿顶为全齿高的1 3为止 4 不完整的齿顶逐渐圆滑过渡 工序16 打标志 图 3 14打标志技术要求 1 人面向前刀面为准 在滚刀左端面打标志 字迹必须清楚 2 标志内容 按成品图纸内容要求打字 3 普通高速钢不打材料号 4 生产顺序打在边齿上 工序17 粗磨两端面 图 3 15 粗磨两端面 太原工业学院毕业设计 23 技术要求 1 两端面轻轻磨起即可 2 工装不能满足要求时 重新设计 工序18 热处理 喷砂技术要求 1 热处理硬度 HRC64 66 2 具体操作按热处理工艺和喷砂工艺 工序19 磨内孔 图 3 16 磨内孔技术要求 1 磨内孔后滚刀外径径向圆跳动不大于0 12 2 磨孔后中间不得过大 要保证具有最小研磨量 锥度和圆度为本工序公差的1 2 3 工序尺寸 0 0213 021 97D 4 工装不能满足要求时 重新设计 工序20 研磨内孔 图 3 17 研磨内孔 太原工业学院毕业设计 24 技术要求 1 研磨杆和滚刀之间的接触要保持压力均匀一致 要调头研磨 以免产生锥度 2 研磨后内孔表面不得有严重的痕迹 研孔后用煤油进行清洗 3 内孔尺寸 4D 按成品图要求 4 粗糙度按成品图纸要求 5 工装不能满足要求时 重新设计 工序21 磨轴台 图 3 18 磨轴台技术要求 1 轴台外圆 端面粗糙度 径向圆跳动和端面圆跳动 尺寸L a d均按成品图要求 2 铲磨用芯轴可作检查芯轴用 3 现有工装不能满足要求时 重新设计 工序22 磨前刀面 图 3 19 磨前刀面 太原工业学院毕业设计 25 技术要求 1 前刀面粗糙度 径向性偏差 导程偏差 容屑槽相邻周节差 最大累积误差均按成品图要求 2 工装不能满足要求时 重新设计 3 前刀面不得有磨退火迹象 不允许有崩刃和毛刺 工序23 铲磨齿形 图 3 20 铲磨齿形技术要求 1 粗糙度 nP xP nS R 1R 2R h ah n ed 及k按成品图尺寸要求 2 按轴向齿距 xP计算挂轮 3 工装不能满足要求时 重新设计 工序24 清洗 包装技术要求 1 按包装工艺进行清洗 包装 2 包装盒上应标志 产品名称 工具厂 模数 精度等级 材料 制造年月 生产许可证编号等 3 4 编制加工工艺卡片 根据确定的工序尺寸和技术要求 编制滚刀的加工工艺卡片 太原工业学院毕业设计 26 总 结本次毕业设计到此已接近尾声 通过本次设计 提高了我对所学知识的综合运用能力 掌握了齿轮滚刀的工作原理及其设计步骤 了解了齿轮滚刀加工工艺以及对工艺卡片的编制 本次毕业设计也是我在大学生涯里做的最后一次设计 回想起这几个月来紧张而有序的设计工作 使我受益匪浅 第一 它考验了我运用知识的能力 是否真的牢固掌握了全部所学的专业知识 以及是否能用广泛的视角来处理机械方面的问题 对我而言 本次毕业设计 使我深深感觉到如果基础知识掌握的不牢固 就还不可以很灵活的解决所遇到的各种问题 就会在本次毕业设计中表现出这样或那样的不足和漏洞 这些就说明了基本功的不扎 实 但所幸我得到了老师和同学们的热情帮助和耐心指导 使这些问题得到了一一的解决 这将对我以后的学习和工作有极大的帮助 第二 本次毕业设计全方面的锻炼了我运用知识的能力 使我对这四年来所学的知识进行了条理化 系统化 全面化的复习和回顾 让我懂得了如何运用自己所学的知识 同时又学到了获取其他知识的方法 这些都是对课本知识的有益补充 为我们以后所要从事的工作打下坚实的基础 最后 这次设计不仅使我收获了知识而且也锻炼了认真耐心的品质 通过这次认真又细致的毕业设计 我对待事情的态度更加严谨 更加有耐心 并且我希望能把所做的事情做的更好更完美 我想这将是一生受益的财富 更重要的是 我要将所获取的全部知识都运用于实践 并用实践来弥补自身的不足和缺点 使我成为一名真正的 理论扎实而又具有很强的实践能力的机械工作者 太原工业学院毕业设计 27 参考文献 1 袁哲俊 刘华明 唐宜胜 齿轮刀具设计 M 北京 新时代出版社 1983 2 四川省机械工业局 复杂刀具设计手册 M 北京 机械工业出版社 1979 3 陆剑中 孙家宁 金属切削原理与刀具 M 5版 北京 机械工业出版社 2011 4 孙桓 陈作模 葛文杰 机械原理 M 7版 北京 高等教育出版社 2006 5 陆凤仪 钟守炎 机械设计 M 2版 北京 机械工业出版社 2010 6 王先逵 机械制造工艺学 M 2版 北京 机械工业出版社 2006 7 孟少农 机械加工工艺手册 M 北京 机械工业出版社 1991 8 李益民 机械制造工艺设计简明手册 M 北京 机械工业出版社 1994 9 袁哲俊 齿轮刀具的技术发展 J 工具技术 2013年09期 10 黄勇 齿轮刀具设计的现状与发展趋势 J 南方农机 2005 03 11 陈昆 齿轮滚刀的制造技术与对策 J 机械工艺师 1991年08期 12 太原工具厂齿轮刀具工艺资料 太原工业学院毕业设计 28 致 谢在时光过得总是那么得匆忙 转眼间大学生涯就要结束了 回想在大学里的生活 真是有苦有甜 家人和老师的深厚期望 激励着我自己努力学习 不辜负他们对我的期望 马上就要毕业了 为了能让我们顺利的毕业老师也付出了很多的努力 同学们也都在准备着自己的毕业论文 由于自己的贪玩 所以在专业知识上有所不足 经常为自己的毕业论文发愁和不知所错 但是还好整个毕业设计过程中 得到了王建中老师悉心的指导 耐心的教诲 王老师平日里工作繁多 每周还定时为我们举行的答疑与指导 不定时的对我们每阶段的进展状况的检查督促 使设计过程中的遇到的问题得到了及时解决 王老师渊博的专业知识 严谨的治学态度 精益求精的工作作风 晦 人不倦的高尚师德 朴实无华 平易近人的人格魅力对我的影响非常深远 正因为老师的悉心教导 毕业设计才得以顺利的完成 其次要感谢在一起愉快的度过毕业设计阶段的同学们 正是由于你们的帮助和支持 我才能克服一个一个的困难和疑惑 直至本设计的顺利完成 最后 我要感谢母校太原工业学院和机械工程系所有教师四年来对我的培养 是你们的辛勤汗水培养出了我独立处理和解决问题的能力 并且教会我如何从不同的角度分析问题 令我受益匪浅 为我以后的工作打下良好的专业知识基础 一想到马上就毕业了 大家也会各奔东西 都会有各自的生活 心里又会有很多的不舍和伤感 在学校的时候 大家看似嘻嘻哈哈的 但就是这种感觉让我们早就形成了深厚的友谊 希望同学朋友们在以后的日子里 坚守自己的信念 早日实现自己 的远大抱负 祝各位同胞们一切顺利 在此设计中 由于我水平有限 难免会出现错误 敬请各位老师批评改正
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齿轮滚刀的设计与加工工艺,齿轮,设计,加工,工艺
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