1、x x 大 學課程設計說明書 課程名稱：機械設計制造及其自動化專業課程設計 學生姓名： 專業班級： 機械081班 指導教師： 學 院： 機械工程學院 起止時間：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日 x x 大 學課程設計任務書 題 目：齒輪滾刀、插齒刀設計及其加工工藝 學生姓名： 專業班級： 機械081班 指導教師： 學 院： 機械工程學院 起止時間：2011年12月4日至2011年12月23日2011年12月22日一、課程設計內容及要求：1齒輪滾刀、插齒刀的設計，包括參數計算、結構設計、刀具加工工藝的設計2插齒刀零件圖（2#圖一張）3滾刀零件圖（2#圖一張）4插

2、齒刀、滾刀加工工藝5課程設計說明書：應闡述整個課程設計內容，要突出重點和特色，圖文并茂，文字通暢。應有目錄、摘要及關鍵詞、正文、參考文獻等內容，字數一般不少于6000字。二、主要參考資料有關復雜刀具參數計算及結構設計、機械制造工藝與設備的手冊與圖冊。三、課程設計進度安排階段階 段 內 容起止時間1布置任務，準備資料1天(12月4日)2方案設計1天(12月5日)3設計計算4天(12月610日)4結構設計及繪圖8天(12月1018日)5工藝編制2天(12月1820日)6編寫設計說明書3天(12月2023日)7準備答辯和正式答辯1天(12月23日)指導教師（簽名）： 時間： 教研室主任(簽名)： 時

3、間： 院 長（簽名）： 時間： 專業課程設計刀具方向第四組 任 務 書題目1：外嚙合碗形直齒插齒刀的設計已知條件名稱被切齒輪參數共軛齒輪參數符號數值符號數值模數6.16.1分圓壓力角2424齒數3019齒頂高6.16.1齒根高7.6257.625齒全高13.72513.725分圓弧齒厚9.5829.582變位系數00齒頂圓半徑97.664.05根圓半徑83.87550.325分圓半徑91.557.95基圓半徑83.58952.940要求：（1）設計公稱分圓125的外嚙合a級碗形直齒插齒刀，前角=5，齒頂后角=6，齒數=21，齒頂高系數=1.15，=0。（2）編制該刀具加工工藝題目2：齒輪滾刀的

4、設計已知條件名稱被切齒輪參數符號數值法向模數10分圓法向壓力角27齒數13齒頂高系數1徑向間隙系數0.25分圓法向弧齒厚15.708變位系數0分圓螺旋角15螺旋方向右旋精度等級7fj gb10095-88要求：（1）設計aa級型單頭右旋齒輪滾刀，=200，前角=0，頂刃后角=1012，側刃后角不小于3，有第二鏟背量k2，滾刀螺旋角5。（2）編制該刀具加工工藝。目 錄1、 齒輪滾刀部分5 1.1設計原理5 1.2結構設計6 1.3參數計算6 1.4工藝設計 92、 插齒刀部分12 2.1 設計原理12 2.2 結構設計14 2.3 參數計算15 2.4 工藝設計 183、 設計總結 20 3.1

5、 設計心得20 3.2 設計資料補充21主要參考文獻 33 一、齒輪滾刀部分1.1設計原理 齒輪滾刀是加工直齒和斜齒圓柱齒輪最常用的刀具之一。一般地說，滾齒的生產率比插齒高。齒輪滾刀加工齒輪的原理，猶如一對螺旋齒輪的嚙合過程。滾刀就是具有一定切削角度的漸開線斜齒圓柱齒輪，滾刀的頭數即相當于螺旋齒輪的齒數。這種齒數極少、螺旋角很大、牙齒能繞軸線很多圈的變態斜齒圓柱齒輪，其實質就是一個蝸桿。工業上采用易于制造和檢驗，而端截面又近似于漸開線的蝸桿，作為滾刀的基本蝸桿。 滾刀的結構參數： (1)滾刀的外徑：齒輪滾刀的外徑是一個很重要的結構尺寸，其大小直接影響到其他結構參數的合理性。滾刀外徑愈大，則滾刀

6、分圓螺紋升角愈小，因而可使滾刀的近似造型誤差愈小，提搞齒形的設計精度；(2)滾刀的長度： 除的ii型滾刀長度略小于滾刀外徑以外，其余滾刀長度均等于其外徑(3)齒輪的容屑槽： 滾刀的容屑槽一般做成與軸心線平行的直槽形式。滾刀的容屑槽數關系到切削過程的平穩性、齒形精度和齒面光潔度，以及滾刀的每次重磨后的耐用度和使用壽命。(4)滾刀的切削角度： 滾刀的前角：精加工滾刀和標準滾刀為便于制造和測量，一般都采用前角 滾刀的后角: 齒輪滾刀的頂刃后角和側刃后角應保持一定的關系，使滾刀重磨后齒形不發生變化。因此，滾刀的頂刃與側刃必須采用相同的鏟背量。其值用下式計算： 式中 滾刀徑向鏟背量； 滾刀外徑； 滾刀容

7、屑槽數； 滾刀頂刃后角。為使滾刀鏟磨時有砂輪空刀，滾刀必須進行雙重鏟齒。k22.533.544.555.566.57891012k20.6-0.70.7-0.80.8-0.91.2結構設計簡單結構圖如下：結構設計參考一般齒輪滾刀的結構參數。具體參數，請看所附零件圖。1.3參數計算齒輪滾刀的設計步驟及計算舉例已知條件被加工齒輪參數： 齒頂高系數f=1 變位系數 分度圓螺旋角 螺旋方向：右旋精度等級：7fj gb10095-88序號計算項目符號計算公式或選取方法計算精度計算舉例1滾刀精度等級按齒輪精度等級選定滾刀精度等級aa級2基本尺寸（1） 外徑（2） 孔徑（3） 全長（4） 容屑槽數dl根據滾

8、刀精度等級為aa級，按表2-2-1選取基本尺寸3法向齒形尺寸（1） 齒頂高（2） 齒根高（3） 齒全高（4） 法向齒距（5） 法向齒厚0.010.010.0010.014切削部分（1） 前角（2） 鏟背量 第一鏟背量 側刃后角 第二鏟背量（3） 容屑槽深度（4） 槽底半徑（5） 槽形角khr采用前角滾刀前刃面偏位值：0.1圓整到0.5圓整到0.5圓整到0.5圓整到0.25 e=0取為取5作圖校驗見圖略6分圓直徑0.017分圓螺紋升角8容屑槽螺旋角 直槽9容屑槽導程t直槽滾刀t=110軸向齒形尺寸（1） 軸向齒距（2） 軸向齒厚（3） 齒頂圓弧半徑（4） 齒根圓弧半徑 0.0010.010.10

9、.111軸向齒形角直槽滾刀（左右側齒形角相等）12滾刀螺紋方向右旋13軸向尺寸（1） 直徑（2） 長度（3） 倒棱按表2.2-1按表2.2-1按總附錄表v14鍵槽尺寸（1） 鍵寬（2） 鍵高（3） 圓弧按總附錄表按總附錄表按總附錄表15內孔空刀尺寸（1） 空刀直徑（2） 磨光部分長度1.4工藝設計 本設計非標齒輪滾刀采用高速鋼w6mo5cr4v2，硬度為6366hrc，紅硬比較好，韌性也不錯。由于此材料含w、mo故提高了回火穩定性，但是須經過一次淬火、三次回火才能達要求，所以在工藝設計熱處理中要考慮這個問題。原材料須經過鍛造使晶粒細化，同時要愋慢冷卻避免形成馬氏體。為了便于加工，還必須退火以降

10、低硬度(一般采用等溫退火)。退火之后會形成索氏體和細粒狀碳化物。當車削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加熱時要在鹽爐中，還須預熱兩至三次，采用油淬火。進行多次回火使其彌散硬化。南 華 大 學 機 械 工 程 學 院 零 件 加 工 工 藝 卡圖 號零 件 名 稱材 料1齒輪滾刀w6mo5cr4v2工序號工 序 名 稱 及 內 容設備型號工裝夾具、刃具、量具工時定額備 注一鍛造：205205二正火三車：粗車外圓，清兩端面，見光，一頭打出中心孔c6140a1.00四鉆：內孔至58z3520五車：內孔至，0.4兩端面各留0.15，外圓留1，內孔空刀槽做出至尺寸c6

11、140a1.00六插：鍵槽，注意內孔留磨量，去毛刺b503025七磨：內孔至m212020八車：螺旋槽，注意槽深至尺寸，分圓齒厚留0.5，或c6140a59.7帶鍵螺旋心軸，車鏟成形刀2.30轉工序1.00九銑：容屑槽x62w59.7帶鍵螺紋心軸，成形刀1.00十鏟：鏟齒，外圓留0.4，齒厚留0.3=2.47787=0.40357=或c895559.7帶鍵螺紋心軸，成形刀2.00轉工序2.00十一鉗：去不全齒，去毛刺15十二熱處理：6366hrc十三磨：內孔留0.010.015m212025十四研：內孔至尺寸內孔研磨機1.30十五磨：兩凸臺外圓，兩端面至尺寸m13160錐度心軸20十六磨：前刀

12、面m6420d40十七鏟磨：齒形至尺寸c89554.00轉工序2.00十八送檢十九液體噴砂二十激光刻標記二十一浸蠟，真空包裝二、插齒刀部分2.1設計原理 插齒刀的設計重點在變位系數的確定。變位系數越大，那么加工出來的齒輪表面精度越高。但是變位系數的增大會相應的帶來兩個問題。第一是插齒刀的齒頂變尖使刀具的耐用度降低；第二是插出齒輪的齒根過渡曲線與嚙合齒輪的齒頂發生干涉。所以在設計時我們要充分的考慮這兩個因素，以確定變位系數的最大值。 變位系數越小，則有利于插齒刀的重磨次數，即可提高使用壽命。但的減小又會引起兩個問題。第一是加工少齒數的齒輪時，容易產生根切；第二是加工多齒數齒輪時易產生頂切。因此設

13、計插齒刀時也必須考慮這兩個因素，以確定變位系數的最小值。 最大變位系數的確定，可參考以下的幾道公式： (1)齒頂變尖的限制：(2)齒輪過渡曲線干涉的限制：式中 被切齒輪與共軛齒輪嚙合時的中心距；被切齒輪與共軛齒輪嚙合時的嚙合角；共軛齒輪的齒頂圓半徑；共軛齒輪的基圓半徑；插齒刀切削齒輪時的中心距；插齒刀切削齒輪時的嚙合角；插齒刀齒頂圓半徑；插齒刀基圓半徑；齒輪分圓壓力角；被切齒輪與共軛齒輪齒數；被切齒輪與共軛齒輪變位系數。最小變位系數的確定，也可參考以下的幾道公式：(1)齒輪根切的限制：齒輪的齒數越少或它的變位系數越小，越易發生根切。當插齒刀的齒數越多、變位系數越小以及齒頂高越大時，越易發生根切

14、。(2)齒輪頂切的限制：式中 插齒刀切齒時保證被切齒輪不發生頂切的最小嚙合角； 被切齒輪齒頂圓和基圓半徑。確定最小變位系數的方法，先求出保證被切齒輪不發生頂切的值，然后代入限制根切的不等式進行計算。如果不等式成立，則此時的可以保證不發生頂切和不發生根切。如果不等式不成立，則將發生根切。那就要相應的增大然后重新計算。當不等式左右相等時，即為最小值。 另一重點是插齒刀前角和齒形的修正。插齒刀有前角可以改善切削條件，但這將造成齒形誤差，必須修正齒形以減少齒形誤差。插齒刀切削齒輪時，切削刃上下運動的軌跡包絡形成齒輪的漸開線齒形。故切削刃在基面上的投影應是漸開線才沒有理論上的誤差。但是由于有了前角和變位

15、，這種誤差就不可避免。如下為修正公式：tan = 式中 修正后齒形角； 分圓壓力角；齒頂后角；前角。附：maag制和徑節制模數，以彌補公制數離散點間隔過大的缺陷。maag制模數部分系列如下表：5系列5.15.25.35.45.55.65.75.85.96系列6.16.26.36.46.56.66.76.86.92.2結構設計 結構圖如下： 結構設計參考工稱直徑125mm碗形插齒刀的結構參數。具體參數，請看所附零件圖。2.3參數計算根據以上所給的已知條件，求解相應碗形插齒刀的參數，如下為計算過程：1. 前角： 根據已知條件(通常情況下取)2. 齒頂后角： 根據已知條件(通常情況下取)，則3. 齒

16、數： 根據已知條件4. 齒頂高系數： 根據已知條件5. 最大變位系數： 根據已知條件6. 共軛齒輪的嚙合角： 故 7. 共軛齒輪中心距： 8. 被切齒輪和插齒刀的嚙合角： 故 9. 被切齒輪和插齒刀的中心距： 10. 插齒刀齒頂圓半徑： 11. 插齒刀基圓半徑： 12. 計算參數： 由于22.934小于24.735故符合要求，得.1613. 保證被切齒輪不發生頂切時插齒刀與被切齒輪的最小嚙合角： = 故 = 19.52291 14. 保證被切齒輪不發生頂切時的最小變位系數： =-0.7215. 驗算插齒刀在切削齒輪時是否發生根切： = =150.763 = = 66.673判斷左邊 = = 1

17、8.416 0故符合要求，所以取 = -0.7216. 原始截面到前端面距離： 由于= 0故 = 017. 厚度b： b= b的尺寸受到工藝因素的限制，特別是小模數插齒刀，b值不宜太大。查手冊取b =40=2818. 修正后齒形角： tan = = =0.4493608=24.19728=251150 cos=0.9121396 sin=0.409879719. 側刃后角：tan=sintan= 0.40987970.1051042 =0.0430801 =22820. 分圓直徑： =m=6.121 =128.10021. 齒形角修正后的基圓直徑： = =128.1000.9121396 =1

18、16.84522. 原始截面齒頂高： =1.156.1 =7.0223. 原始截面分圓弧齒厚： =9.58224. 原始截面齒全高： =2=27.02 =9.58225. 前端面齒頂高： =7.0226. 前端面分圓弧齒厚： =9.11127. 前端面頂圓直徑： =+2=128.10027.02 =142.1428. 前端面根圓直徑： =142.14214.04=114.0629. 前刀面齒頂高：= =7.05其它結構尺寸查手冊選取30. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗頂圓上的展開角： cos=0.8252087=34.39034 tan =6844667=39.21707 tan=3913

19、31. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗齒形有效部分起始點展開角： tan=tan-=0.4493608=0.2657107=57.29578tan=57.295780.2657107 =151332. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗有效部分展開角： =39131513=2433. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗齒根圓壓力角： =0 由于 故 cos=1 inv=034. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗根圓齒厚：35. 距前端面2.5mm處進行齒形檢驗根圓齒間寬： =4.84(11.5) 2.4工藝設計 本設計盤形插齒刀采用高速鋼w6mo5cr4v2，硬度為hrc6768，紅硬比較好，韌

20、性也不錯。由于此材料含w、mo故提高了回火穩定性，但是須經過一次淬火、三次回火才能達要求，所以在工藝設計熱處理中要考慮這個問題。 原材料須經過鍛造使晶粒細化，同時要愋慢冷卻避免形成馬氏體。為了便于加工，還必須退火以降低硬度(一般采用等溫退火)。退火之后會形成索氏體和細粒狀碳化物。當車削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加熱時要在鹽爐中，還須預熱兩至三次，采用油淬火。進行多次回火使其彌散硬化。南 華 大 學 機 械 工 程 學 院 零 件 加 工 工 藝 卡圖 號零 件 名 稱材 料插齒刀w6mo5cr4v2工序號工 序 名 稱 及 內 容設備型號工裝夾具、刃具

21、、量具工時定額備 注一鍛造：14735，孔可不沖出二正火三車：內孔，齒頂圓大部分及外支承面一次裝夾做出，內孔留0.3外圓留0.3內外支承面各留0.15c6140a1.30四滾齒：以外支承面定位，找正齒頂圓，走出齒根斜度，k向分度圓齒厚留0.4y38留磨滾刀，走刀樣板1.30轉工序1.00五鉗：去毛刺，刀刃不倒角10六熱處理:6366hrc七磨：內孔留0.010.015，內支承面至尺寸，前刀面磨出1.5mm寬的環帶平面，三個面一次裝夾做出m212025八研：內孔至尺寸1.00九磨：穿心軸磨齒頂圓至尺寸m131錐度心軸20十磨：前刀面至尺寸m6025c螺紋心軸，碟形聚酯砂輪25十一磨：齒形至尺寸，

22、基圓直徑116.845，基圓柱螺旋角y7132專用心軸4.00轉工序4.00十二送檢：齒形精度（在距前刀面2.5mm處檢查齒形），k向齒厚十三液體噴砂十四激光刻標記十五浸蠟，真空包裝3、 設計總結3.1設計心得 通過本次課程設計，我了解了非標準齒輪滾刀，插齒刀的設計原理、設計過程以及加工工藝過程。培養了我綜合運用所學理論解決生產實際中刀具設計的能力，初步掌握了齒輪滾刀的設計計算方法，學會了繪制齒輪滾刀工具圖，同時也學會了使用各種設計資料、手冊。中國第一把插齒刀是20世紀60年代出現的，這說明了在技術發展中，我們還遠比不上發達國家。目前國內刀具技術的整體發展水平與歐洲國家仍有較大差距。但近年來國內工具廠通過不斷進行技術改造，刀具設計制造水平已有長足進步，某些技術領域和產品品種已接近或達到國外先進水平，如汽車變速箱齒輪滾刀、發動機連桿拉刀、壓縮機專用拉刀、復合齒形漸開線花鍵拉刀、剃齒刀等刀具品種已達到較高質量水平，具有了一定的市場競爭能力。中國加入wto后，國內工具行業機遇與挑戰并存，為了抓住機遇，迎接挑戰，國內工具制造廠必須進一步加大技術改造力度，盡快提高自身發展水平，縮小與發達國家的差距，通過市場競爭求生存、圖發展。作為當代機械設計制造及其自動化專業的大學生，更應該學好專業知識，為以后走向工作崗位更好的為我國的制造技術的發展貢獻力量。 設計此齒輪滾刀重點在于