齿轮滚刀设计说明书分析.docx
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齿轮滚刀设计说明书分析
重庆工商大学
毕业设计说明书
课题名称：
齿轮滚刀的设计
院（系）应用技术学院
专业年级2005级机电（高专）班
学生姓名：
刘青山学号：
2004405217
指导教师：
唐全波（职称：
副教授）
刘胜军（职称：
工程师）
日期2008年5月
目录
一．前言······································2
二.齿轮滚刀设计······························3
1.齿轮滚刀的特点及其发展趋势·············3
2.齿轮滚刀的计算及其验证·················3
3.滚刀心轴设计计算及验证·················8
4.齿轮滚刀心轴轴套设计··················9
5.拉紧螺栓设计··························10
6.齿轮滚刀心轴右端螺纹相配螺母设计·····11
7.齿轮滚刀与心轴配合键的设计···········12
8.结论····································12
三.滚刀加工工艺
1．滚刀的加工工艺······················14
2．滚刀心轴的加工工艺···················16
3．滚刀轴套的加工工艺···················17
四．致谢······································18
五.参考文献····································19
六附录（图纸）
前言
毕业设计是在我学完整个大学课程，。
三年的机电一体化专业知识的学习，使我主要学习了工程制图、机械设计、机械制造、工程力学等基础知识，还进行了一定的实训课程，包括金工实训，齿轮减速箱的零件图，装配图的绘制，以及齿轮设计、工件夹具设计和AotoCAD/CAM实训。
这是对我们之前所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学的学习任务中占有非常重要的地位。
毕业设计在于，培养我们调查研究，熟悉有关技术的改革，运用国家标准、规范、手册、图册等工具书进行设计计算、数据处理、编写技术文件及软件运用的独立工作能力。
通过毕业设计，使我们能够建立正确的设计思想，充分理解理论设计与现场加工的差距，使理论上的理解转化为加工中的实际操作，初步解决专业工程技术问题的方式和手段。
就我个人而言，通过本次的毕业设计，能对我将来从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己分析解决问题的能力。
齿轮滚刀的设计
1.齿轮滚刀的特点及其发展趋势。
齿轮滚刀是按展成法加工齿轮的刀具。
它可以用来切斜齿齿轮；可加工非变位齿轮和变位齿轮。
加工的模数范围大，从仪表中用的模数小于0.1的齿轮到大于40以上模数的齿轮都可用滚刀加工。
同一把滚刀可以加工模数相同的任意齿数和滚轮。
滚齿生产效率比插齿高，用滚刀切出齿轮的齿距高，因为齿轮的各牙齿都由滚刀同一刀齿切出，所以滚刀的齿距误差不影响工件的齿距精度（但多头滚刀各头之间的分度误差会影响齿轮的齿距误差）。
滚齿机床的滚刀结构也不是很复杂，由于这些优点，滚刀成为使用最广泛的一种齿轮刀具。
由于近年来滚齿技术发展很快，采用了优质高速钢和钢性高的滚齿机，以及相应地改进滚刀结构，使滚齿提速到100米/分。
许多工业部门日益广泛地采用了多头滚刀，在重型机器制造厂中采用了一些高效率的粗加工滚刀。
现在用硬质合金滚刀高速切齿轮也都在进行。
2．齿轮滚刀的计算及其验证
一法向模数为4，法向齿形角an=20°,齿高系数ha′=1,径向间隙系数c′=0.25,法向弧齿厚sn=∏mn\2=6.28,分度圆螺旋角ß=8°6′34″，右旋，精度等级7-De的直槽滚刀。
一：
材料的选择。
滚刀用W18Cr4V或者同类性能以上的高速钢制造，其金相组织应该符合：
YB（T）2-80《高速工具钢技术条件》的规定，其碳化物均匀度应不超过5级。
二：
标准齿轮滚刀的选择。
对于1—10模数的齿轮滚刀，按照国标JB2495-78所规定的标准选择，此标准适合加工基准齿形角为20°的渐开线齿轮。
为此，我们选择以下的标准齿轮滚刀da0=112,di=40,全长L=112，圆周齿数zk=14,前角r=0°.
三：
标准齿轮滚刀的计算步骤。
1:
铲背量：
k=
=
=5.34圆整到0.5，故K取5.5。
式中ae为滚刀顶刃后角，一般取10°-12°。
2:
验算侧后角：
ac=
=4°19′.
3.定第二铲背量k1=（1.2-1.5）k=5.5*1.4=7.7取k1=8
（参照滚刀铲背量常用值表格取用）。
4.顶高=ha*+c′=（1+0.25）*4=5
齿根高hf=ha+（0.2-0.5）mn
=4+1=5
齿全高ho=ha0+hf0
=5+5=1
5.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Θ一般取20°-30°，取25°。
槽底半径r=
=1.71
圆整到0.5，故取r=1.5
6.作图校验：
（1）初步选择了刀齿和容屑槽的参数后，作出滚刀的端面投影图，按照测量刀齿根部宽度B（如图1-1），大于（
-3\4）H,故刀齿根部强度够好，还可以测出弧DF\弧CF大于或等于1\6,这样铲齿的时候铲刀能够顺利退出。
（2）校验铲磨时砂轮是否与刀齿干涉。
A：
按所规定的滚刀尺寸da0,zk,H,Θ,r等作出端面投影图，如图（1-1）
B：
在滚刀一个刀齿的前面作出铲背量K可得B点，以da0\2为半径，分别以A，B两点为圆心，画弧相交与O1点，再以O1为圆心，da0\2为半径画弧，得近似齿顶铲背量曲线。
在刀齿前刀面作全齿高h0可得C点和E点，以O为圆心，O1C为半径画弧，得近似齿底铲背曲线。
C：
选择砂轮直径DS=2h0+ds+5,ds为砂轮法兰盘直径，h0为滚刀全齿高，ds一般不小于60MM。
D：
以rh=（da0\2）sinae（ae一般取10°-12°）为半径，O为圆心画图，按照m小于或等于4时铲背量宽度b=d1\2,m小于4时齿背磨光宽度b=（2\3）b1,过要求的铲磨长度末点a做切与半径为rN的圆的切线，砂轮中心O2点应在该切线上，作砂轮外圆并使砂轮外径切与齿底铲背曲线CD，此时可以看出，砂轮的外圆在下一个刀齿E点的上方，砂轮铲磨第一个齿时不会和第二个刀齿干涉。
（1-1）
7：
分度圆直径：
do=da0-（0.2—0.4）k
=112-2*5-0.4*5.5=99.8
分度螺旋升角¢0sin¢0=mz0\d0=0.04008
取2°18′
8：
法向齿距pon=∏mn
=∏*4=12.556
轴向齿距pox=pon\cos¢0=12.566\cos2°18′
=12.576
法向齿厚son=pon-sn
=12.566-6.28=6.28
齿顶圆角半径rc=（0.2—0.3）mn
=0.3*4=1.2
齿根圆角半径rc′=（0.2—0.3）mn
=1.2
轴向齿形角aoCtgao=CtgaNcos¢0
Ctgao=Ctg20cos2°18′
故a0=20°0′53″
轴台直径D1=70B2495-78I型中选取）
轴台长度L=5（国标JB2495-78I型中选取）
9：
键槽尺寸
键宽b1=10.1+0.2
键高t1=43.5+0.62
圆弧半径r1=0.5
空刀直径d1=di+2=42
孔磨光部分长度l2=（0.7—0.8）dil2=32
10:
刀的螺旋方向，一般地，ß小于10°为右旋。
11：
要公差及技术条件如图。
3.齿轮滚刀装夹心轴设计
试设计安装滚刀的心轴。
滚刀的主要尺寸为dao=112,di=40,机床装夹台间距为192，轴承内径为d左=50，d右=36，左边有锥孔锥度为67，左右的装夹台长都为50左边需用螺栓拉紧，右边采用螺母预紧。
一．材料选择
齿轮滚刀装夹心轴根据工作情况选择20CrMoTi低碳合金钢。
它能在高转速、重载荷下工作，并且耐冲击性好，耐磨性和疲劳强度高。
适合滚刀的加工条件。
二．轴各部的尺寸
1．轴总长L=302
2．左端与车床夹头装夹部总长为50，锥台为1：
4，长为30：
方台为长20，厚36，高36
3．左端内螺孔：
孔深为30，螺孔为m10-6h，深28，配钻d=10配螺栓。
4．中间与滚刀配合长度为l中=112d中=40
5．键槽尺寸宽b2=10.1高t2=5长l2=90
6．右端与轴套配合尺寸长40直径36
7．右端的外螺杆尺寸为M36*20配螺母
8．上述各部尺寸都是根据滚刀尺寸和机床夹头尺寸进行设计。
9．对该轴进行验算：
该轴的强计算为I=T/WT=9.55*106P/0.2d3nmpa
I为轴的扭切应力，T为转矩，WT为抗扭截面系数，圆截面时WT=πd3/16=0.2d3
P为传递的功率，n为轴转速，d为轴的直径
根据设计给定的尺寸和实际工作的参数得：
D=40mmp=16kwn=240r/min
I=T/WT=9.55*106P/0.2d3n=49.736
20CrMoTi的许用扭动应为[I]40-52
I≤[I]在许用的范围内，可以采用此材料和设计尺寸方案。
10．主要尺寸的公差和技术要求条件见图纸。
4．齿轮滚刀心轴轴套设计
试设计与齿轮滚刀心轴配合压紧轴套。
根据心轴尺寸设计直径O外=50，d内=36，长为40的压紧轴套。
主要用于压紧滚刀，防止滚刀在工作中松动而产生加工误差。
一．材料选择
轴套材料选择38CrMoAlA。
由于轴套承受一定的压力且要求有一定的耐磨性，故选择了强度和硬度较高的38CrMoAlA优质合金钢。
二．轴套主要参数：
D=50d=36l=40
三．主要尺寸差和技术要求见图纸。
5．拉紧螺栓设计
试设计与心轴左端M10-6H深28的螺孔相配的位紧螺栓。
根据要求采用国标GBIT5782-2000M10*45的六角头螺栓。
一．材料的选择
六角螺栓的材料用Q235碳素结构钢。
此螺栓用于心轴的位紧，受轴向的位力较大，而Q235强度高。
拉伸强度且有较好的韧性。
二．标准螺栓的选择：
1．螺栓长度45，螺纹部份长26
2．螺栓螺纹部参数d=10,d1=8.376,d2=9.351粗牙螺纹螺距P=1.5采用六角螺头螺栓e=17.7s=16
3．上述参数根据使用要求参照GBIT5782-2000进行设计。
4．螺栓强度校验：
螺栓拉应力σ=fa/πd12/4=45.394
Fa轴向工作载荷d1螺栓小径
工作时轴向载荷为2.5KN,d1=8.376
Q235的许用拉应力为[σ]50-80
螺栓拉应力σ满足工作条件,可以采用.
螺纹力矩的扭切应力I
I=T1/πd13/16=[Fatg（φ+ρ1）*d2/2]/πd13/16=（2d2/d1）*tg（φ+ρ1）*Fa/πd12/4
tgρ1=f1=0.15I=0.56（d2,d1,φ取平均值）
按照第四强度理论当量应力σe为
σe==1.36
螺栓螺纹部分强度条件为
1.3Fa/πd12/4≤[σ]
φ为螺纹升角2.940fc=0.15ρ1=6.590d2=9.782
螺栓螺纹部分强度条件为
1.3Fa/πd12/4≤[σ]
1.3Fa/πd12/4=59.012≤[σ]
Q235[σ]为50~80
螺栓螺纹部分强度条件也满足。
5．主要尺寸差及技术要求见图纸
6．齿轮滚刀心轴右端螺纹相配螺母设计
试设计心轴右端M36*20相配的螺母。
螺母主要用于锁紧心轴和固定作用。
一．材料选择
螺母材料根据工作的实际情况选择zcusn10p1（铸造锡青铜）具有很强的耐磨性，适合经常拆御的零件。
二．螺母的形式和主要参数
根据心轴右端M36*30和机床装夹台的尺寸。
按GB/T6170-2000选择六角螺母D=36，D1=31.670，D2=35.3405，P=4l=30，S=55.e=60.79，dw=51，c=1
三．主要尺寸公差及技术要求见图纸。
7．齿轮滚刀与心轴配合键的设计
试设计与齿轮滚刀与轴配合时的键。
根据配合要求和键槽的尺寸设计键的主要尺寸。
形式材料。
一．材料选择
选择常用的45钢
二．键的形式和主要参数
采用圆头普通平键GB/T109610.1*90
键长l=90键宽b=10.1键高h=8.5
三．主要尺寸公差及技术要求见图纸.
8．结论
本次设计的是加工齿轮的滚刀，它是齿轮加工中最常见的刀具。
它采取展成法加工，不间断切削。
它能加工模数为4的任意齿数的齿轮，且齿轮各齿都是由同一滚刀切出。
从而滚刀加工齿轮的效率和精度都很高。
为了适应科技的不断向前发展和一些齿轮的特殊要求，本次设计改善了许多滚刀的结构和加工工艺性。
滚刀采用W18Cr4V高速钢，经处理后再加工保证加工中的精度再淬火再进行磨削加工。
这样不但提高了刀具的强度和韧性，精度也大大的提高了。
最后再进行表面的钛涂层处理提高刀具的耐磨性和寿命。
由于滚刀的形状较为复杂精度要求较高，加工工序较多且耗时，从而滚刀的价格也较高。
因此，还要继续努力改善滚刀的加工技术和加工工艺，使滚刀的生产效率和精度更高。
齿轮滚刀滚刀加工工艺卡片
产品型号
零件图号
产品名称
齿轮滚刀
零件名称
齿轮滚刀
共（2页
第（1页
材料牌号
W18Cr4V
毛陪种类
锻件
毛陪外形
φ116*115
每个毛陪可制件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
1
备料
W18Cr4V
2
精段
φ116*115
锻造
立式精段机
3
热处理
锻件退火
热处理
4
铣端面钻中心孔
铣两端面至L=1120-0.50
机加车间
铣床
5
钻孔
钻孔φ30配钻
机加车间
车床
6
精车内孔
精车内孔至φ39.600.05
机加车间
车床
7
粗精车外圆
粗车外圆至φ113精车外圆到φ112.7-0.2
机加车间
车床
8
轴台加工
粗精车轴台φ71.100.3,两端车进5，倒角2*450。
机加车间
车床
9
键槽加工
拉键槽宽10.100.2，高43.5+00.62，圆弧半径r=1.5.
机加车间
拉床
10
车螺纹
车右旋螺纹轴向螺距12.576，轴向螺厚6.29，深10，螺旋
升角2018‘。
机加车间
车床
11
铣直槽
直槽螺旋角为2018‘，深17.8，槽角250，槽底半径r=1.5.
机加车间
铣床
12
铲外圆及齿形
第一铲背量5.5，第二铲背量8。
机加车间
铲床
13
修余齿
修两端余齿
机加车间
铲床
14
热处理
整体淬火HRC63-66，吹砂。
机加车间
15
磨孔
内孔磨至φ39.97+00.015
机加车间
磨床
16
研孔
内孔研至φ40+00.025，内孔表面粗糙度0.32um
机加车间
磨床
17
磨轴台外圆及端面
两端面磨到φ112+00.2轴台磨至φ70+00.2
机加车间
磨床
18
开口
对外圆上各齿进行开刃口
机加车间
开口磨床
19
铲磨外圆齿形及齿顶圆角
将外圆上各齿铲磨到图样要求，齿顶圆半径r=1.2
机加车间
铲齿磨床
20
涂层
滚刀表面进行钛的涂层处理
涂层车间
齿轮滚刀心轴加工工艺卡片
产品型号
零件图号
产品名称
齿轮滚刀
零件名称
心轴
共（1页
第（1页
材料牌号
W18Cr4V
毛陪种类
锻件
毛陪外形
φ55*306
每个毛陪可制件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
1
备料
备20GrMoTi
2
精段
φ55*306
锻造
立式精段机
3
热处理
锻件退火
热处理
4
铣端面钻中心孔
铣两端面至L=306
机加车间
铣床
5
粗车
车各外圆面
机加车间
车床
6
热处理
调质处理230—280HBS
热处理
7
粗精车大端各部外圆
车φ520+0.13车进90，端面车进30大径φ36的1：
4圆台
机加车间
车床
8
粗精车小端各部外圆
车φ4200.15车进212，端面车进100，φ3800.15
机加车间
车床
9
钻孔
大端圆台中心钻φ8孔，深35
机加车间
车床
10
热处理
高频淬火φ4245—50HRC
机加车间
车床
11
精车各外圆并开槽
.大端φ52车至φ50.4h8.小端φ42车至40.4h8,φ38车至36.3h8.各轴台处车槽2*1。
机加车间
车床
12
铣键槽及方台
大端从圆台大径处在φ52上铣进20，高宽为36的方台。
φ40上铣长90宽10.10+0.2深5，圆角r5的键槽。
机加车间
铣床
13
车内外螺纹
大端φ8孔内车内螺纹M10-6H深25。
小端φ36上车M36*4的外螺纹，车进20。
机加车间
车床
14
粗精磨外圆及圆台各面
大端圆台小径φ22-0.025-0.009—，大径φ36-0.025-0.009，方台宽高36长40+0.1+0.3，φ40.4h8磨至φ40k6长112+0.05
+0.2，φ36.3h8磨至φ36g6。
其他按图纸加工。
机加车间
磨床
齿轮滚刀轴套加工工艺卡片
产品型号
零件图号
产品名称
齿轮滚刀
零件名称
轴套
共（1
第（1页
材料牌号
38CrMoAlA
毛陪种类
棒料
毛陪外形
55*42
每个毛陪可制件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
1
备料
55的棒料，38CrMoAlA
原料车间
2
下料
锯55L=42的料
机加车间
锯床
3
热处理
正火
热处理
4
铣端面钻中心孔
两端铣至L=40+00.2两端钻中心孔，表面粗造度为3.2m
机加车间
铣床
5
粗精车外圆
粗精车外圆至50+0.1+0.3，倒角，表面粗造度为3.2m
机加车间
车床
6
钻孔
配钻钻孔30
机加车间
车床
7
精车内孔
半精车内孔至34，精车内孔35.5，内孔倒角
机加车间
车床
8
热处理
表面及内孔表面淬火45—50HRC
9
粗精磨内孔
半精磨孔到35.85，精磨孔至35.9700015，内孔表面粗造度为0.64m
机加车间
磨床
10
研磨内孔
内孔研磨至3600.25，内孔表面粗造度0.32m
机加车间
磨床
致谢
首先，我感谢唐老师一直以来对我的帮助和指导。
其次，我感谢教过我的所有老师，是他们培育了我。
老师们传授了我们知识，开拓了我的视野，让我们懂得了很多东西，不光是学习上的，还有生活上的。
同时还教会我们做人的道理。
他们不辞劳苦为我们传道受业解惑，是我们心灵的工程师。
借此机会，我对老师们三年来的培养和教育表示崇高的敬意和衷心的感谢！
毕业设计的最终完成还要感谢一起学习、经常交流、共同生活了三年的室友和好朋友们，感谢他们在大学期间对我的支持和鼓励！
在编写过程中力求简明扼要，对一些重要的地方辅以图表说明，在编写过程中还参考了多种手册、文献和资料，在此谨向编者表示衷心的感谢。
同时也对在我设计过程中帮助和指导过我的领导、老师和同学表示诚挚的谢意！
最后，我要感谢我的父母和其他的亲人门，是他们的关心和无私的支持使我能够顺利完成学业！
感谢应用技术学院和我的母校重庆工商大学三年来对我的大力栽培。
刘青山
2008年5月
参考文献
寇世瑶主编机械制图高等教育出版社2002
徐绍军主编工程制图高等教育出版社2003
程光蕴主编机械设计基础高等教育出版社1999
周宏莆主编机械制造技术基础高等教育出版社1998
郑修本主编机械制造工艺学高等教育出版社2000
刘华明主编齿轮刀具设计新时代出版社1983
周兆元主编互换性与测量技术机械工业出版社2000
曾令宜主编AutoCAD2004工程制图高等教育出版社2004
附录：
齿轮滚刀图纸（共7张）
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