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)