齒輪滾刀設計說明書分析

重慶工商大學畢業(yè)設計說明書 課題名稱： 齒輪滾刀的設計院（系） 應用技術學院 專業(yè)年級 2005級機電（高專）班 學生姓名： 劉青山 學號： 2004405217 指導教師： 唐全波 (職稱：副教授 ) 劉勝軍（職稱：工程師） 日 期 2008年5月 目錄一前言······································2二. 齒輪滾刀設計······························3 1. 齒輪滾刀的特點及其發(fā)展趨勢·············3 2. 齒輪滾刀的計算及其驗證·················33. 滾刀心軸設計計算及驗證·················84. 齒輪滾刀心軸軸套設計··················95. 拉緊螺栓設計··························106. 齒輪滾刀心軸右端螺紋相配螺母設計·····117. 齒輪滾刀與心軸配合鍵的設計···········128.結論····································12三. 滾刀加工工藝 1 滾刀的加工工藝······················ 142 滾刀心軸的加工工藝···················163 滾刀軸套的加工工藝···················17四致謝······································18五.參考文獻····································19六附錄（圖紙） 前言畢業(yè)設計是在我學完整個大學課程，。三年的機電一體化專業(yè)知識的學習，使我主要學習了工程制圖、機械設計、機械制造、工程力學等基礎知識，還進行了一定的實訓課程，包括金工實訓，齒輪減速箱的零件圖，裝配圖的繪制，以及齒輪設計、工件夾具設計和AotoCAD/CAM實訓。這是對我們之前所學各課程的一次深入的綜合性的復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們大學的學習任務中占有非常重要的地位。畢業(yè)設計在于，培養(yǎng)我們調(diào)查研究，熟悉有關技術的改革，運用國家標準、規(guī)范、手冊、圖冊等工具書進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術文件及軟件運用的獨立工作能力。通過畢業(yè)設計，使我們能夠建立正確的設計思想，充分理解理論設計與現(xiàn)場加工的差距，使理論上的理解轉化為加工中的實際操作，初步解決專業(yè)工程技術問題的方式和手段。就我個人而言，通過本次的畢業(yè)設計，能對我將來從事的工作進行一次適應性的訓練，從中鍛煉自己分析解決問題的能力。齒輪滾刀的設計1.齒輪滾刀的特點及其發(fā)展趨勢。齒輪滾刀是按展成法加工齒輪的刀具。它可以用來切斜齒齒輪；可加工非變位齒輪和變位齒輪。加工的模數(shù)范圍大，從儀表中用的模數(shù)小于0.1的齒輪到大于40以上模數(shù)的齒輪都可用滾刀加工。同一把滾刀可以加工模數(shù)相同的任意齒數(shù)和滾輪。滾齒生產(chǎn)效率比插齒高，用滾刀切出齒輪的齒距高，因為齒輪的各牙齒都由滾刀同一刀齒切出，所以滾刀的齒距誤差不影響工件的齒距精度（但多頭滾刀各頭之間的分度誤差會影響齒輪的齒距誤差）。滾齒機床的滾刀結構也不是很復雜，由于這些優(yōu)點，滾刀成為使用最廣泛的一種齒輪刀具。 由于近年來滾齒技術發(fā)展很快，采用了優(yōu)質(zhì)高速鋼和鋼性高的滾齒機，以及相應地改進滾刀結構，使?jié)L齒提速到100米/分。許多工業(yè)部門日益廣泛地采用了多頭滾刀，在重型機器制造廠中采用了一些高效率的粗加工滾刀。現(xiàn)在用硬質(zhì)合金滾刀高速切齒輪也都在進行。2 齒輪滾刀的計算及其驗證 一法向模數(shù)為4，法向齒形角an=20°,齒高系數(shù)ha=1,徑向間隙系數(shù)c=0.25,法向弧齒厚sn=mn2=6.28,分度圓螺旋角ß=8°634，右旋，精度等級7-De的直槽滾刀。一：材料的選擇。 滾刀用W18Cr4V或者同類性能以上的高速鋼制造，其金相組織應該符合：YB（T）2-80高速工具鋼技術條件的規(guī)定，其碳化物均勻度應不超過5級。二：標準齒輪滾刀的選擇。對于110模數(shù)的齒輪滾刀，按照國標JB2495-78所規(guī)定的標準選擇，此標準適合加工基準齒形角為20°的漸開線齒輪。為此，我們選擇以下的標準齒輪滾刀da0=112, di=40,全長L=112，圓周齒數(shù)zk=14,前角r=0°.三：標準齒輪滾刀的計算步驟。1: 鏟背量：k=5.34 圓整到0.5，故K取5.5。式中ae為滾刀頂刃后角，一般取10°-12°。2: 驗算側后角：ac=4°19.3. 定第二鏟背量k1=(1.2-1.5)k=5.5*1.4=7.7 取k1=8(參照滾刀鏟背量常用值表格取用)。4. 頂高=ha*+c=(1+0.25)*4=5齒根高hf=ha+(0.2-0.5)mn=4+1=5齒全高 ho=ha0+hf0=5+5=15. 溶屑槽深度 H=+(0.5-1.5) =10+(5.5+8)2+1=17.75 取H=17.8 . 屑槽角一般取20°-30°，取25°。 槽底半徑r=1.71 圓整到0.5，故取r=1.56.作圖校驗：（1）初步選擇了刀齒和容屑槽的參數(shù)后，作出滾刀的端面投影圖，按照測量刀齒根部寬度B（如圖1-1），大于（-34）H,故刀齒根部強度夠好，還可以測出弧DF弧CF大于或等于16,這樣鏟齒的時候鏟刀能夠順利退出。（2）校驗鏟磨時砂輪是否與刀齒干涉。 A：按所規(guī)定的滾刀尺寸da0, zk,H,r等作出端面投影圖，如圖（1-1） B：在滾刀一個刀齒的前面作出鏟背量K可得B點，以da02為半徑，分別以A，B兩點為圓心，畫弧相交與O1點，再以O1為圓心，da02為半徑畫弧，得近似齒頂鏟背量曲線。在刀齒前刀面作全齒高h0可得C點和E點，以O為圓心，O1C為半徑畫弧，得近似齒底鏟背曲線。 C：選擇砂輪直徑DS=2h0+ds+5, ds為砂輪法蘭盤直徑，h0為滾刀全齒高，ds一般不小于60MM。D：以rh=(da02)sinae ( ae一般取10°-12°)為半徑，O為圓心畫圖，按照m小于或等于4時鏟背量寬度b=d12,m小于4時齒背磨光寬度b=(23)b1,過要求的鏟磨長度末點a做切與半徑為rN的圓的切線，砂輪中心O2點應在該切線上，作砂輪外圓并使砂輪外徑切與齒底鏟背曲線CD，此時可以看出，砂輪的外圓在下一個刀齒E點的上方，砂輪鏟磨第一個齒時不會和第二個刀齒干涉。 (1-1)7： 分度圓直徑：do=da0-(0.20.4)k =112-2*5-0.4*5.5=99.8 分度螺旋升角¢0 sin¢0=mz0d0=0.04008 取2°188： 法向齒距 pon=mn =*4=12.556 軸向齒距 pox= poncos¢0=12.566cos2°18 =12.576 法向齒厚 son= pon-sn =12.566-6.28=6.28 齒頂圓角半徑 rc=(0.20.3)mn=0.3*4=1.2 齒根圓角半徑 rc=(0.20.3)mn=1.2軸向齒形角 ao Ctgao=CtgaNcos¢0 Ctgao=Ctg20cos2°18 故a0=20°053軸臺直徑D1=70 B2495-78 I型中選取）軸臺長度 L=5 （國標JB2495-78 I型中選?。?9：鍵槽尺寸 鍵寬b1=10.1+0.2 鍵高t1=43.5+0.62圓弧半徑 r1=0.5空刀直徑d1=di+2=42孔磨光部分長度 l2=(0.70.8)di l2=3210: 刀的螺旋方向，一般地，ß小于10°為右旋。11：要公差及技術條件如圖。 3.齒輪滾刀裝夾心軸設計 試設計安裝滾刀的心軸。滾刀的主要尺寸為dao=112,di=40,機床裝夾臺間距為192，軸承內(nèi)徑為d左=50，d右=36，左邊有錐孔錐度為67°，左右的裝夾臺長都為50左邊需用螺栓拉緊，右邊采用螺母預緊。一材料選擇齒輪滾刀裝夾心軸根據(jù)工作情況選擇20CrMoTi低碳合金鋼。它能在高轉速、重載荷下工作，并且耐沖擊性好，耐磨性和疲勞強度高。適合滾刀的加工條件。二軸各部的尺寸1軸總長L=3022左端與車床夾頭裝夾部總長為50，錐臺為1：4，長為30：方臺為長20，厚36，高363左端內(nèi)螺孔：孔深為30，螺孔為m10-6h，深28，配鉆d=10 配螺栓。4中間與滾刀配合長度為l中 =112 d中 =405鍵槽尺寸 寬b2=10.1 高t2=5 長l2=906右端與軸套配合尺寸 長40 直徑367右端的外螺桿尺寸為M36*20 配螺母8上述各部尺寸都是根據(jù)滾刀尺寸和機床夾頭尺寸進行設計。9對該軸進行驗算： 該軸的強計算為 I=T/WT=9.55*106P/0.2d3n mpa I為軸的扭切 應 力 ，T為轉矩，WT為抗扭截面系數(shù)，圓截面時WT=d3/16=0.2d3 P為傳遞的功率，n為軸轉速，d為軸的直徑根據(jù)設計給定的尺寸和實際工作的參數(shù)得：D=40mm p=16kw n=240r/minI=T/WT=9.55*106P/0.2d3n =49.736 20CrMoTi的許用扭動應為I40-52I I 在許用的范圍內(nèi)，可以采用此材料和設計尺寸方案。10主要尺寸的公差和技術要求條件見圖紙。 4 齒輪滾刀心軸軸套設計 試設計與齒輪滾刀心軸配合壓緊軸套。根據(jù)心軸尺寸設計直徑O外=50，d內(nèi)=36 ，長為40的壓緊軸套。主要用于壓緊滾刀，防止?jié)L刀在工作中松動而產(chǎn)生加工誤差。一材料選擇軸套材料選擇38CrMoAlA。由于軸套承受一定的壓力且要求有一定的耐磨性，故選擇了強度和硬度較高的38CrMoAlA優(yōu)質(zhì)合金鋼。二軸套主要參數(shù)：D=50 d=36 l=40三主要尺寸差和技術要求見圖紙。 5拉緊螺栓設計試設計與心軸左端M10-6H 深28 的螺孔相配的位緊螺栓。根據(jù)要求采用國標GBIT5782-2000 M10*45的六角頭螺栓。一材料的選擇 六角螺栓的材料用Q235碳素結構鋼。此螺栓用于心軸的位緊，受軸向的位力較大，而Q235強度高。拉伸強度且有較好的韌性。二標準螺栓的選擇：1 螺栓長度 45，螺紋部份長262 螺栓螺紋部參數(shù)d=10,d1=8.376,d2=9.351 粗牙螺紋 螺距P=1.5 采用六角螺頭螺栓e=17.7 s=163 上述參數(shù)根據(jù)使用要求參照GBIT5782-2000進行設計。4 螺栓強度校驗：螺栓拉應力=fa/d12/4=45.394Fa軸向工作載荷 d1螺栓小徑工作時軸向載荷為2.5KN, d1=8.376Q235的許用拉應力為50-80螺栓拉應力滿足工作條件,可以采用.螺紋力矩的扭切應力II=T1/d13/16=Fatg(+1)*d2/2/d13/16=(2d2/d1)*tg(+1)*Fa/d12/4tg1=f1=0.15 I=0.56 (d2 ,d1 , 取平均值)按照第四強度理論 當量應力e為 e=1.36螺栓螺紋部分強度條件為 1.3Fa/d12/4 為螺紋升角2.940 fc=0.15 1=6.590 d2=9.782螺栓螺紋部分強度條件為1.3Fa/d12/41.3Fa/d12/4=59.012Q235為 5080螺栓螺紋部分強度條件也滿足 。5主要尺寸差及技術要求見圖紙 6齒輪滾刀心軸右端螺紋相配螺母設計 試設計心軸右端M36*20相配的螺母。螺母主要用于鎖緊心軸和固定作用。一材料選擇螺母材料根據(jù)工作的實際情況選擇zcusn10p1(鑄造錫青銅)具有很強的耐磨性，適合經(jīng)常拆御的零件。二螺母的形式和主要參數(shù)根據(jù)心軸右端M36*30和機床裝夾臺的尺寸。按GB/T6170-2000選擇六角螺母D=36，D1=31.670，D2=35.3405，P=4 l =30，S=55 . e=60.79， dw=51，c=1三主要尺寸公差及技術要求見圖紙。 7齒輪滾刀與心軸配合鍵的設計 試設計與齒輪滾刀與軸配合時的鍵。根據(jù)配合要求和鍵槽的尺寸設計鍵的主要尺寸。形式材料。一材料選擇 選擇常用的45鋼二鍵的形式和主要參數(shù) 采用圓頭普通平鍵GB/T1096 10.1*90 鍵長l=90 鍵寬b=10.1 鍵高h=8.5三主要尺寸公差及技術要求見圖紙.8結論 本次設計的是加工齒輪的滾刀，它是齒輪加工中最常見的刀具。它采取展成法加工，不間斷切削。它能加工模數(shù)為4的任意齒數(shù)的齒輪，且齒輪各齒都是由同一滾刀切出。從而滾刀加工齒輪的效率和精度都很高。為了適應科技的不斷向前發(fā)展和一些齒輪的特殊要求，本次設計改善了許多滾刀的結構和加工工藝性。 滾刀采用W18Cr4V高速鋼，經(jīng) 處理后再加工保證加工中的精度再淬火再進行磨削加工。這樣不但提高了刀具的強度和韌性，精度也大大的提高了。最后再進行表面的鈦涂層處理提高刀具的耐磨性和壽命。 由于滾刀的形狀較為復雜精度要求較高，加工工序較多且耗時，從而滾刀的價格也較高。因此，還要繼續(xù)努力改善滾刀的加工技術和加工工藝，使?jié)L刀的生產(chǎn)效率和精度更高。 齒輪滾刀滾刀加工工藝卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱齒輪滾刀零件名稱齒輪滾刀共（2頁第（1頁材料牌號W18Cr4V毛陪種類鍛件毛陪外形116*115每個毛陪可制件數(shù)1每臺件數(shù)1備注工序號工序名稱 工序內(nèi)容車間設備1備料W18Cr4V2精段116*115鍛造立式精段機3熱處理鍛件退火熱處理4銑端面鉆中心孔銑兩端面至L=1120-0.50機加車間銑床5鉆孔鉆孔30 配鉆機加車間車床6精車內(nèi)孔精車內(nèi)孔至39.600.05機加車間車床7粗精車外圓粗車外圓至113 精車外圓到112.7-0.2機加車間車床8軸臺加工粗精車軸臺71.100.3,兩端車進5， 倒角2*450 。機加車間車床9鍵槽加工 拉鍵槽 寬10.1 00.2 ，高43.5+00.62，圓弧半徑r=1.5.機加車間拉床10車螺紋車右旋螺紋 軸向螺距12.576，軸向螺厚6.29，深10，螺旋升角20 18。機加車間車床11銑直槽 直槽螺旋角為2018，深17.8，槽角250，槽底半徑r=1.5 .機加車間銑床12鏟外圓及齒形第一鏟背量5.5，第二鏟背量8 。機加車間鏟床13修余齒修兩端余齒機加車間鏟床14熱處理整體淬火 HRC63-66 ， 吹砂 。機加車間15磨孔 內(nèi)孔磨至39.97+00.015機加車間磨床16研孔 內(nèi)孔研至40+00.025， 內(nèi)孔表面粗糙度0.32um機加車間磨床17磨軸臺外圓及端面兩端面磨到112+00.2 軸臺磨至70+00.2機加車間磨床18開口對外圓上各齒進行開刃口機加車間開口磨床19鏟磨外圓齒形及齒頂圓角將外圓上各齒鏟磨到圖樣要求，齒頂圓半徑r=1.2機加車間鏟齒磨床20涂層滾刀表面進行鈦的涂層處理涂層車間齒輪滾刀心軸加工工藝卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱齒輪滾刀零件名稱心軸共（1頁第（1頁材料牌號W18Cr4V毛陪種類鍛件毛陪外形55*306每個毛陪可制件數(shù)1每臺件數(shù)1備注工序號工序名稱 工序內(nèi)容車間設備1備料備20GrMoTi2精段55*306鍛造立式精段機3熱處理鍛件退火熱處理4銑端面鉆中心孔銑兩端面至L=306機加車間銑床5粗車車各外圓面機加車間車床6熱處理調(diào)質(zhì)處理230280HBS熱處理7粗精車大端各部外圓車520+0.13車進90，端面車進30 大徑36的1：4圓臺機加車間車床8粗精車小端各部外圓車4200.15 車進212，端面車進100，3800.15機加車間車床9鉆孔 大端圓臺中心鉆8孔，深35機加車間車床10熱處理高頻淬火42 4550HRC機加車間車床11精車各外圓并開槽.大端52車至50.4h8.小端42車至40.4h8,38車至36.3h8. 各軸臺處車槽2*1。機加車間車床12銑鍵槽及方臺大端從圓臺大徑處在52上銑進20，高寬為36的方臺。40上銑長90寬10.10+0.2深5，圓角r5的鍵槽。機加車間銑床13車內(nèi)外螺紋大端8孔內(nèi)車內(nèi)螺紋M10-6H深25。小端36上車M36*4的外螺紋 ，車進20。機加車間車床14粗精磨外圓及圓臺各面 大端圓臺小徑22-0.025-0.009，大徑 36-0.025-0.009，方臺寬高36長40+0.1+0.3，40.4h8磨至40k6 長112+0.05+0.2，36.3h8磨至36g6。其他按圖紙加工。機加車間磨床齒輪滾刀軸套加工工藝卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱齒輪滾刀零件名稱軸套共（1第（1頁材料牌號38CrMoAlA毛陪種類棒料毛陪外形f55*42每個毛陪可制件數(shù)1每臺件數(shù)1備注工序號工序名稱 工序內(nèi)容車間設備1備料f55的棒料，38CrMoAlA原料車間2下料鋸f55 L=42 的料 機加車間鋸床3熱處理正火熱處理4銑端面鉆中心孔兩端銑至L=40+00.2 兩端鉆中心孔，表面粗造度為3.2mm機加車間銑床5粗精車外圓粗精車外圓至f50+0.1+0.3，倒角，表面粗造度為3.2mm機加車間車床6鉆孔配鉆 鉆孔f30機加車間車床7精車內(nèi)孔半精車內(nèi)孔至f34 ，精車內(nèi)孔f35.5，內(nèi)孔倒角機加車間車床8熱處理表面及內(nèi)孔表面淬火 4550HRC9粗精磨內(nèi)孔半精磨孔到f35.85，精磨孔至f35.9700015，內(nèi)孔表面粗造度為0.64mm機加車間磨床10研磨內(nèi)孔內(nèi)孔研磨至f3600.25，內(nèi)孔表面粗造度0.32mm機加車間磨床致謝首先，我感謝唐老師一直以來對我的幫助和指導。其次，我感謝教過我的所有老師，是他們培育了我。老師們傳授了我們知識，開拓了我的視野，讓我們懂得了很多東西，不光是學習上的，還有生活上的。同時還教會我們做人的道理。他們不辭勞苦為我們傳道受業(yè)解惑，是我們心靈的工程師。借此機會，我對老師們?nèi)陙淼呐囵B(yǎng)和教育表示崇高的敬意和衷心的感謝！畢業(yè)設計的最終完成還要感謝一起學習、經(jīng)常交流、共同生活了三年的室友和好朋友們，感謝他們在大學期間對我的支持和鼓勵！在編寫過程中力求簡明扼要，對一些重要的地方輔以圖表說明，在編寫過程中還參考了多種手冊、文獻和資料，在此謹向編者表示衷心的感謝。同時也對在我設計過程中幫助和指導過我的領導、老師和同學表示誠摯的謝意！最后，我要感謝我的父母和其他的親人門，是他們的關心和無私的支持使我能夠順利完成學業(yè)！感謝應用技術學院和我的母校重慶工商大學三年來對我的大力栽培。 劉青山2008年5月參考文獻寇世瑤 主編 機械制圖 高等教育出版社 2002徐紹軍 主編 工程制圖 高等教育出版社 2003程光蘊 主編 機械設計基礎 高等教育出版社 1999周宏莆 主編 機械制造技術基礎 高等教育出版社 1998鄭修本 主編 機械制造工藝學 高等教育出版社 2000劉華明 主編 齒輪刀具設計 新時代出版社 1983周兆元 主編 互換性與測量技術 機械工業(yè)出版社 2000曾令宜 主編 AutoCAD2004工程制圖 高等教育出版社 2004附錄： 齒輪滾刀圖紙（共7張）21