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1、目 录一 工程机械齿轮滚刀设计11.1 设计原理11.2 参数计算41.3 设计图9二 马格插齿刀部分112.1 设计原理112.2 参数计算162.3 设计图24三 工艺设计273.1 工程机械滚齿刀加工工艺273.2 马格插齿刀工艺设计313.3 成形车刀线切割加工34四 设计总结394.1 设计心得394.2 未来展望39参考文献41一、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和斜齿圆柱齿轮最常用的刀具。一般地说，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
2、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。基本蜗杆的螺旋表面若是渐开螺旋面，则称为渐开线基本蜗杆，而这样的滚刀称为渐开线滚刀。用渐开线滚刀理论上可以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。生产中大量的采用近似造型的滚刀，它们的基本蜗杆是阿基米德蜗杆或是法向直廓蜗杆。 (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： 除的II型滚刀长度略小于滚刀外径以外
3、，其余滚刀长度均等于其外径(3)齿轮的容屑槽： 一般当5时，容屑槽 滚刀的容屑槽一般做成与轴心线平行的直槽形式。当时，直槽滚刀并不引起被加工齿轮齿面质量有明显区别。容屑槽滚刀的容屑槽数关系到切削过程的平稳性、齿形精度和齿面光洁度，以及滚刀的每次重磨后的耐用度和使用寿命。容屑槽数越多，切削过程越平稳，滚刀耐用度越高，齿形精度以及齿面光洁度也越高。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： 滚刀的前角：精加工滚刀和标准滚刀为便于制造和测量，一般都采用前角 滚刀的后角: 齿轮滚刀的顶刃后角和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
4、必须采用相同的铲背量。其值用下式计算： 式中 滚刀径向铲背量； 滚刀外径； 滚刀容屑槽数； 滚刀顶刃后角。滚刀后脚一般取1012。当K值计算圆整后（计算精度到0.5mm）应验算其侧刃后角的大小。应不小于3。式中 滚刀分圆法向齿形角。为使滚刀铲磨时有砂轮空刀，滚刀必须进行双重铲齿且有两种方法，本次设计采用的铲背设计可按下表查询。K22.533.544.555.566.57891012K20.6-0.70.7-0.80.8-0.9 (5) 滚刀的分圆直径和螺旋升角 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
5、算。 式中 滚刀的齿顶高； 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。 式中 n 滚刀螺纹头数，精滚刀n=1; 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： 分圆法向压力角： 齿高系数： 径向间隙系数： 分圆法向弧齿厚：=7.98 分圆螺旋角： = 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选取方法计算精度计算举例1滚刀精度等级按齿
6、轮精度等级选定滚刀精度等级AA级2基本尺寸（1） 外径（2） 孔径（3） 全长（4） 容屑槽数根据滚刀精度等级为AA级，按表2.2-1选取I型基本尺寸。 =100=143法向齿形尺寸：（1） 齿顶高（2） 齿根高（3） 齿全高（4） 法向齿距（5） 法向齿厚0.010.010.0010.014切削部分（1） 前角（2） 铲背量 第一铲背量 侧刃后角 第二铲背量（3） 容屑槽深度（4） 槽底半径（5） 槽形角R0度前角 前刃面偏位置取应不小于3度采用型铲背形式可按表2.2-2选取第二铲背量；取0.70.8+（0.51）0.1圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.5圆整到0.25=5取R=1.50取5
7、作图校验见注略6分圆直径滚刀外径偏差0.017分度圆螺旋升角精加工滚刀8容屑槽螺旋角 直槽9容屑槽导程直槽滚刀螺旋槽滚刀10轴向齿形尺寸（1） 轴向齿距（2） 轴向齿厚（3） 齿顶圆弧半径（4） 齿根圆弧半径0.0010.010.10.111轴向齿形角（1） 直槽滚刀（2） 右侧面齿形角（3） 左侧面齿形角直槽0前角滚刀12滚刀螺旋方向当安装斜角小于时，一般制成右旋螺纹右旋螺纹13轴台尺寸（1） 直径（2） 长度（3） 侧棱查表2.2-1查表2.2-1按总附录表V14键槽尺寸（1） 键宽（2） 键高（3） 圆弧按附录表按附录表按附录表15内孔空刀尺寸（1） 空刀直径（2） 磨光部分长度按附录表
8、按附录表注：滚刀校验图如下： 选取砂轮直径按其中为成形刀齿廓的高度，为砂轮法兰盘直径，一般。本文选取砂轮直径=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，它和工件还有相互配合的转动，这就是展成运动。插齿刀靠切削运动和展成运动形成齿轮齿面，所以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。变位系数越大，那么加工出来的齿轮表面精度越高。但是变位系数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
9、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。 变位系数越小，则有利于插齿刀的重磨次数，即可提高使用寿命。但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。 (一)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：(2)齿轮过渡曲线干涉的限制： 式中 被切齿轮与共轭齿轮啮合时的中心距；被切齿轮与共轭齿轮啮合时的啮合角；共轭齿轮的齿顶圆半径；共轭齿轮的基圆半径；插齿刀切削齿轮时的中心距；插齿刀切削齿轮时的啮合角；插齿刀齿顶圆半径；插齿刀基
10、圆半径；齿轮分圆压力角；被切齿轮与共轭齿轮齿数；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值，然后把此值代入公式（2.1-1）。如果等式不成立，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。此时，必须相应减少值或增加插齿刀齿数后重新计算，知道满足为止。当不等式左右两边相等时，即取最大值。 (二)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：齿轮的齿数越少或它的变位系数越小，越易发生根切。当插齿刀的齿数越多、变位系数越小以及齿顶高越大时，越易发生根切
11、。(2)齿轮顶切的限制：式中 插齿刀切齿时保证被切齿轮不发生顶切的最小啮合角； 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值，然后代入限制根切的不等式进行计算。如果不等式成立，则此时的可以保证不发生顶切和不发生根切。如果不等式不成立，则将发生根切。那就要相应的增大然后重新计算。当不等式左右相等时，即为最小值。 另一重点是插齿刀前角和齿形的修正。插齿刀有前角可以改善切削条件，但这将造成齿形误差，必须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。但是由于有了前角和变位
12、，这种误差就不可避免。如下为修正公式：tan = 式中 修正后齿形角； 分圆压力角；齿顶后角；前角。附：MAAG制和径节制模数，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5.15.25.35.45.55.65.75.85.96系列6.16.26.36.46.56.66.76.86.9 (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125mm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已知条件名称被切齿轮参数共轭齿轮参数符号数值符号数值模数5.8
