米兰体育app:矩形花键滚刀的设计与加工工艺pdf

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  矩形花键滚刀的设计与加工工艺 摘 要：矩形花键滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具， 矩形花键滚刀相当于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮。矩形花键滚刀是一个 螺旋角 很大而螺纹头数很少 （1～3个齿），齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很多 0 圈的螺旋齿轮，这样就象螺旋升角 很小的蜗杆了。为了形成刀刃，在蜗杆端面z 沿着轴线铣出几条容屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面及后 角。 关键字：高工钢，矩形花键滚刀，齿形设计，结构设计，加工工艺卡片。 The rectangle spline hob design and processing technology Abstract Rectanglesplinehobisinaccordancewiththehelicalgearsmeshingprinciple, ：rdertoformthe blade,intheendalongtheaxisofthewormmillingafewcrumbsslot,inordertoformthe frontandtheanteriorhorn;Byrelievingandshovelgrinding,knifeaftertheformationof surfaceandbackAngle。 Keywords:completely，therectanglesplinehob，toothprofiledesign，thestructure design processingcard ， 。 I 目 录 1 前言1 1.1 矩形花键滚刀的概述1 1.2 矩形花键滚刀的计算方式1 2 矩形花键滚刀的设计2 2.1 已知条件与要求2 2.2 设计原理3 2.2.1 切割原理3 2.2.2 基本蜗杆3 2.3 齿形设计4 2.4 结构参数6 2.4.1 滚刀的结构尺寸6 2.4.2 滚刀的切削角度8 2.5 计算过程9 2.6 结构设计14 3 工艺设计15 3.1 工艺设计的基本要求15 3.2 工艺文件目录16 3.3 械加工工艺过程卡片10 4 结论46 参考文献47 致 谢48 II 1 前言 当前普遍采用花键滚刀加工花键轴。这一方面是由于在工艺流程中滚刀作不间 断的切觊运动．工件作连续的分度使其生产效率较高，另一方面由于单头的花键滚刀 不影响花锭的圆周不等分累积误差，所以加工的精度较高。同时，由于一般机械工厂 均拥有花键铣床设备，敌花键滚刀切削花键轴在批量生产中得到普遍的应用。 1.1 矩形花键滚刀的概述 在花键滚刀的设计中，１齿形曲线的计算是最主要又是最繁琐的工作。根据展 成甄理，液刀齿形应是能和花键轴正确啮合的蜗杆齿形（即空间啮合原理）．但在实 际工作ｌ，为了计算上的方便，常以齿轮和齿条啮合的概念出发，将滚刀的法向齿形 访威能和花键轴相互啮合的齿条齿形（即平面喧合碱理）。这样简化了的滚刀齿形， 其原始设计必然产生一定的误差，但只要花键滚刀选用较大的直径，使其螺旋升角减 小，就会大大减小 刀齿形设计的原始误差，使之约束在工件齿形允许的公差范围内。 1.2 矩形花键滚刀的计算方式 在平面啮台原理中，计算潦刀齿条齿形的方法很多，有包络线原理的图解法和 计算法，也有啮合线原理的图解法和计算法．图解法较为直观但不够精确．．算法虽 较复杂，但计算结果精确，是目前常用的设计计算方式． III 太原工业学院毕业设计 2 矩形花键滚刀的设计 2.1 已知条件与要求 在本设计中，我们将由老师给出的已知参数和设计的基本要求，对非标矩形花键滚刀进 行设计。设计大致上可以分为三大部分，即参数计算、结构设计、工艺设计。如下表为已知 名称 被切齿轮参数 符号 数值 法向模数 m 6.35 n 分圆法向压力角  20° fn 已 齿数 z 25 知 齿顶高系数 f 1 条 径向间隙系数 C 0.25 件 分圆法向弧齿厚 S 9.97 fn 变位系数 1 0 分圆螺旋角 f 16°18′35″ 螺旋方向 右旋 精度等级 8FJ GB10095-88 要求： D  （1）设计A级矩形花键滚刀， =110，前角 =0°，顶刃后角 eg    =10°～12°，侧刃后角 不小于3°，有第二铲背量K ，滚刀螺旋角 ≤5°。 e c 2 f （2）编制该刀具加工工艺。 2 太原工业学院毕业设计 2.2设计原理 2.2.1切割原理 齿轮滚刀是依照螺旋齿轮副啮合原理，用展成法切削齿轮的刀具，齿轮滚刀 相当于小齿轮，被切齿轮相当于一个大齿轮，如图9－24所示。齿轮滚刀是一个 螺旋角β0很大而螺纹头数很少 （1～3个齿），齿很长，并能绕滚刀分度圆柱很 多圈的螺旋齿轮，这样就象螺旋升角γz很小的蜗杆了。为了形成刀刃，在蜗杆 端面沿着轴线铣出几条容屑槽，以形成前面及前角；经铲齿和铲磨，形成后刀面 及后角。 2.2.2基本蜗杆 花键滚刀的两侧刀刃是前面与侧铲表面的交线，它应当分布在蜗杆螺旋表 面上，这个蜗杆称为滚刀的基本蜗杆。基本蜗杆有以下三种: 1．渐开线蜗杆 渐开线蜗杆的螺纹齿侧面是渐开螺旋面，在与基圆柱 相切的任意平面和渐开螺旋面的交线是一条直线，其端剖面是渐开线。渐开线蜗 杆轴向剖面与渐开螺旋面的交线是曲线。用这种基本螺杆制造的滚刀，没有齿形 设计误差，切削的齿轮精度高。然而制造滚刀困难。 2．阿基米德蜗杆 阿基米德蜗杆的螺旋齿侧面是阿基米德螺旋面。通 过蜗杆轴线剖面与阿基米德蜗螺旋面的交线是直线，其它剖面都是曲线，其端剖 面是阿基米德螺旋线。用这种基本蜗杆制成的滚刀，制造与检验滚刀齿形均比渐 开线蜗杆简单和方便。但有微量的齿形误差。不过这种误差是在允许的范围以内， 为此，生产中大多数精加工滚刀的基本蜗杆均用阿基米德蜗杆代替渐开线．法向直廓蜗杆 法向直廓蜗杆法剖面内的齿形是直线，端剖面为延长渐开线。 用这种基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆作滚刀，其齿形设计误差大，故一般作为大模数、多 头和粗加工滚刀用。 3 太原工业学院毕业设计 2.3齿形设计 滚刀的切削刃是前刀面与刀齿侧铲面的交线）阿基米德滚刀的轴向齿形角 阿基米德滚刀的齿形是指其在轴向截面的 齿形，是一条直线。 KZ cot cot  k x x P k 式中 Zk ———滚刀容屑槽数 Pk ———滚刀容屑槽导程 K———滚刀径向铲削量  ———滚刀基本蜗杆轴向齿形角 x P  公式中的正负号是用于右旋滚刀与左旋滚刀的。对于零度前角直槽滚刀， = 。k 轴向齿形角 是以渐开线蜗杆轴向截面在分度圆处切线的斜角作为其轴向齿形角的，  x 其值用下式求得： tan tan  n x cosz0 式中 z0———滚刀在分度圆处的螺旋升角  ———被切齿轮分度圆处法向压力角 n （2）滚刀的齿距 1）法向齿距 p m n0 n 4 太原工业学院毕业设计 式中 m ———被切齿轮的模数 n pn0 2）轴向齿距 p  x0 cosz0 （3）滚刀的齿厚 1）法向齿厚 对精加工滚刀： s p s n0 n0 n 式中 s ———被切齿轮在分度圆处的法向齿厚。 n 对粗加工滚刀： s p s s n0 n0 n 式中 s———被切齿轮的精加工留量（见下表） s s m m n n 2-4 0.4 8-10 1.0 4-6 0.6 10-14 1.2 6-8 0.8 14-20 1.5 2）轴向齿厚 s n0 s  x0 cosz （4）滚刀的齿高 滚刀的齿顶高 应该与被切齿轮的的齿根高 相等，即 h h a0 f h h a0 f * h h cc m 滚刀的齿根高 等于被切齿轮的齿顶高 加上一个顶隙c( ),即 f 0 a n 5 太原工业学院毕业设计 * h h c m f 0 a n * 式中 c ———顶隙系数。 （5）齿顶圆弧半径r1 正常的情况下取 r (0.20.3)m1 n （6）齿根圆弧半径r 在a 20o 时，一般取 2 n r (0.20.3)m2 n 2.4 结构参数 2.4.1 滚刀的结构尺寸 （1）滚刀的外径da0 滚刀选取外径的原则是，在要求精度较高或者齿数较多 时，滚刀的外径应选大一些，但正常的情况下，应在保证刚度满足条件下，尽量减小外 径。 （2）滚刀的长度 L 滚刀的最小长度应满足以下两个条件： 1）滚刀能完整的切除整个齿形 2）滚刀边缘刀齿的符合不宜太重。 事实上，在确定滚刀长度L时，还应考虑窜刀量，以便延长两次重磨间的使用 寿命。 为了使滚刀能完全切出整个齿形，首先滚刀滚切齿轮左右两侧的有效啮合线长 度均应处于滚刀的本体。这也是所要求的滚刀的最小长度。用下式计算 m tan cos  * * 2 2 * * 2 1  L n 0 n  4cos (h c )(1cos  sin  ) 1cos (h c ) sin  sin 2  2 2 0 n n 0 0 n n n 1cos  sin  n 0   cos sin0 z0 6 太原工业学院毕业设计 * 式中 h ———被切齿轮法向齿高系数 n 0 ———滚刀分度圆螺旋角 *———被切齿轮顶隙系数。 c （3）滚刀的分度圆直径与螺旋升角 1）滚刀的分度圆直径d0 因为齿轮滚刀的直径会随着滚刀的刃磨而减小， 以用以下式子计算分度圆直径d0 d d 2h 0.2(Kd ) 0 a0 a0 a0 式中 da0 ———滚刀外径公差。 2）滚刀的分度圆螺旋升角z0 m Z sin  n 0 z0 d 0 式中 Z0———滚刀螺纹头数。 （4）滚刀的容屑槽 滚刀的容屑槽分为螺旋槽和直槽两种 滚刀的容屑槽一般是直槽形式，这样既能提高制造和刃磨精度，有可以便于检 查。 当滚刀的螺旋升角 时，容屑槽做成螺旋槽；当o o 时，做成直槽。  5  5 z0 z0 p 螺旋槽导程 的求法：k d P  0 k tanz0 （5）滚刀的切削锥度 在加工大直径的齿轮时，需要的滚刀长度很长。若长 度不够，则其边缘上切人工件的第一个刀齿载荷将很重。此时，为了减轻第一个刀齿 的载荷，可将滚刀边缘刀齿作出切削锥。 在加工较大螺旋角的齿轮时，滚刀的安装角就较大，此时要求滚刀的长度较长。 7 太原工业学院毕业设计 但可能滚刀的实际长度不够，所以在滚刀上做出切削锥。切削锥的部位应依据滚刀的 螺旋方向，被切齿轮的螺旋方向及切削方式而定。 2.4.2 滚刀的切削角度 （1）滚刀的前角 标准滚刀和精加工滚刀为便于测量与制造，一般都采用 零度前角。 （2）滚刀的侧刃后角和顶刃后角 滚刀的侧刃后角和顶刃后角应保持一定的 关系，是重磨后的滚刀所切出的齿轮仍能保证齿高和齿厚的准确。同时，还要保证滚 刀的最小侧后角，使滚刀不易磨损，滚刀侧刃的铲削量应等于顶刃的铲削量，用下式 计算其值： d K  tan0 0 Z k 式中 K———滚刀径向铲削量；  ———滚刀顶刃后角 0  10 12o o  一般取 。当K值圆整后，验算侧刃后角 大小，其值应大于或等 0 c0 于3，按下式计算 KZ tan  k sin c0 n d 0 K 需要磨齿的滚刀，须进行双重铲削，第二铲削量 用下式计算1 K (1.31.5)K1 和 的值都要符合铲床凸轮的升距。 K K 1 8 太原工业学院毕业设计 2.5 计算过程 被加工齿轮参数： 法向模数： =5.08 分圆法向压力角： =  m  15 n fn 已 齿高系数： f =1 径向间隙系数： C=0.25 知 条  件  S  23498 分圆法向弧齿厚： =7.98 分圆螺旋角： = fn f 螺旋方向： 右旋 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 按齿轮精度等级选定 AA级 滚刀精度等级 基本尺寸： 外径 D 根据滚刀精度等级为 D =100 eg eg AA级，按表2.2-1选 2 孔径 d d=40 取I型基本尺寸。 全长 L L=100 容屑槽数 z z =14 g g 法向齿形尺寸： 顶高 h h (f C)m 0.01 h (10.25)5.086.35 eg eg n eg 根高 h h (f C)m 0.01 h (10.25)5.086.35 ig ig n ig 3 全高 h h h h h 6.356.3512.7 g g eg ig g 向齿距 t t m 0.001 t 3.14165.0815.959 n n n n S 3.14165.0827.98 fng 9 太原工业学院毕业设计 向齿厚 S S m /2 0.01 fng fng n 切削部分： 角  0度前角 0e  0e 前刃面偏位置e0 0.1 e0   取   10 ~12 e  12 = e D eg 3.1416100  背量 K K  tge 圆 整 到 K  tg12=5 z 14 g 0.5 侧刃后角  c  应不小于3度 zK c  tg1 g sin c D fn eg   318 c 圆 整 到 4  采用 型铲背形式可 0.5 第一铲背量 K 按表2.2-3选取第二 1 铲 背 量 K2 ； 取 10 太原工业学院毕业设计 0.7~0.8 K =7.5 1 K = （1.3~1.5）K 1 圆 整 到 0.5 第二铲背量 K 2 K 0.8 2 圆 整 到 K K H h  1 + 0.25 屑槽深度 H g 2 （0.5~1） H12.7(7.55) 0.95 2 20 (D 2H) 底半径 eg R 10z g 3.14(100182) R R 1.43 1014 取R=1.50 槽形角 θ 取 5 作图校验 见注 略 11 太原工业学院毕业设计 d d 10025.08 0.01 d 10025.080.2(51)  fg fg fg 0.2(5D ) 6 分圆直径 eg =88.64 D —滚刀外径偏 eg 差 mn  7 分度圆螺旋升角  sin  n 1  317 f f d f fg 精加工滚刀n1   8 容屑槽螺旋角   5  0 1 直槽 fg f fg   5   f fg f 9 容屑槽导程 T 直槽滚刀T 1 T 螺 旋 槽 滚 刀 Td ctg fg f 轴向齿形尺寸： tn 15.959 向齿距 t t z 0.001 t  15.985 z cos z cos317  f Sfng 7.98 向齿厚 S S  0.01 S  7.99 fzg fzg cos fzg cos317  f 10 顶圆弧半径 r1 r 0.3m1 n 0.1 r 0.35.081.51 根圆弧半径 r2 r 0.3m2 n 0.1 r 0.35.081.52 轴向齿形角 直槽0°前角滚刀 ctg ctg15cos317 3.7259z     ctg ctg15cos317 3.7259z      151z  11 槽滚刀  1 z  10f  12 太原工业学院毕业设计  12 滚刀螺旋方向 加工直齿轮与 小 右旋螺纹 f 于10°的斜齿轮时， 一般制成右旋螺纹，  加工 大于 10°的 f 斜齿齿轮时，滚刀螺 纹方向与被切齿轮方 向相同。 13 轴台尺寸： 径 D1 查表2.2-1 D 551 度 l 查表2.2-1 l5  棱 cbtr1 按总附录表V c2 14 键槽尺寸： 宽 b 按附录表Ⅲ b6.080.16 高 t1 按附录表Ⅲ t 29.41 0.52 弧 r 按附录表Ⅲ r0.8 15 内孔空刀尺寸： 刀直径 d1 按附录表Ⅴ d 421 光部分长度 l1 按附录表Ⅴ l 261 13 太原工业学院毕业设计 2.4结构设计 结构图如下： 14 太原工业学院毕业设计 具体参数见图纸 3工艺设计 3.1 工艺设计的基本要求 WMo CrV HRC67 68 本设计非标齿轮滚刀采用高速钢 6 5 4 2 ，硬度为 － ，红硬比较好， 韧性也不错。由于此材料含W、Mo故提高了回火稳定性，但是须经过一次淬火、三 次回火才能达要求，所以在工艺设计热处理中要考虑这样的一个问题。 原材料须经过锻造使晶粒细化，同时要愋慢冷却避免形成马氏体。为便于 加工，还必须退火以降低硬度(一般都会采用等温退火)。退火之后会形成索氏体和细粒状 碳化物。当车削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其 中要注意加热时要在盐炉中，还须预热两至三次，采用油淬火。进行多次回火使其弥 散硬化。 3.2 工艺文件目录 文件 太原工业学院 工艺文件目录 页号 1 编号 页 产品 矩形花 序号 文件编号 文件名称 共1页 第1页 数 名称 键滚刀 15 太原工业学院毕业设计 1 专用工艺装备明细表 1 2 标准工艺装备明细表 1 3 机械加工工艺过程卡片 1 4 机械加工工序卡片 26 3.3 机械加工工艺过程卡片 产品 零件 页号 1 机械加工工艺过程 型号 图号 太原工业学院 产品 矩形花键 零件 卡片 名称 滚刀 共1页 第1页 名称 序号 工序名称 工序内容 车间 设备 工艺装备 1 锯料 锯料Ф70×130mm 锻冶 金属带锯床 2 锻胚 锻坯Ф76×104mm 锻冶 锻锤 3 退火 按要求做退火 锻冶 焖火炉 4 粗车 粗车一端外圆、端面及轴台 滚刀 车床 三爪卡盘 5 粗车及钻孔 粗车另一端外圆、端面及轴台及钻孔 滚刀 车床 三爪卡盘 6 精镗孔 精镗孔Ф21.65mm 滚刀 车床 三爪卡盘 7 精车 精车轴台外圆、端面及倒角 滚刀 车床 三爪卡盘 8 镗内孔凹槽 镗内孔凹槽Ф24mm 滚刀 车床 三爪卡盘 9 拉键槽 拉键槽6.08mm 滚刀 车床 芯轴 10 倒角 修键槽毛刺及倒角 滚刀 钳工台、台钻 芯轴 11 精车及倒角 精车外圆Ф71.8mm及螺纹 滚刀 车床 芯轴 16 太原工业学院毕业设计 12 洗容屑槽 铣容屑槽深度18.4mm 滚刀 铣床 芯轴 13 调质、清洗 按要求做调质和清洗 热处理 盐浴炉 14 铲外圆及齿形 铲外圆Ф70.8mm及齿形 滚刀 铲床 芯轴 15 剔余齿、修光 按要求做剔余齿和修光 滚刀 钳工台 16 打标志 按要求打标志 滚刀 钳工台 17 粗磨两端面 轻微粗磨两端面 滚刀 工具磨床 芯轴 18 热处理、喷砂 按要求做热处理和喷砂 热处理 喷砂机 19 磨内孔 磨内孔Ф21.97mm 滚刀 内圆磨床 塞规 20 研磨内孔 研磨内孔Φ22mm 滚刀 研磨机 塞规 21 磨轴台 磨轴台外圆及端面 滚刀 外圆磨床 芯轴 22 磨前刀面 磨前刀面达到图样要求 滚刀 开刃磨床 芯轴 23 铲磨齿形 铲磨齿形达到图样要求 滚刀 铲磨床 芯轴 24 清洗、包装 按要求清洗包装 生产部 包装台 17 太原工业学院毕业设计 文件 标准工艺装备明 页号 1 编号 太原工业学院 产品 矩形花 细表 共1页 第1页 名称 键滚刀 序号 使用工序号 工装编号 工装名称 应用限制范围 1 6 塞规 Ø21.65 2 4、5 台阶车刀YT15 3 4、5、11 外圆弯头车刀YT15 4 8 内孔车刀YT15 5 9 键槽塞规 Ø21.65 6 9 键槽拉刀夹头 7 9 拉刀转接套 8 12 7:24锥柄铣刀杆 Ø22 9 12 B型鸡心夹头 Ø22—32 10 15 錾子 11 16 单字头 12 19 塞规 Ø22 13 20 塞规 Ø22 14 7 莫氏4 顶尖 15 12 拨叉 16 20 塞规 Ø22 序号 使用工序号 工装名称 规格与精度 应用限制范围 17 4、5、7、14、21 游标卡尺 0.05×150 18 4、5、6 三爪卡盘 19 5 锥柄麻花钻 Ø20 20 4、5、15 钢直尺 150 21 8 深度卡尺 0.05×150 22 11、14、22 百分表 0～3 23 11、14 滚刀检查仪 24 15、16 榔头 1Kg 25 15 平锉 300 26 15、16 虎钳 125 27 17 砂轮 P200×20×32 28 19 砂轮 P25×30×6 29 20、22 金刚砂 塞规150～180° 30 22 气动量仪 31 19、21、22、23 金刚石 32 21 千分表 33 21 砂轮 P500×50×203 18 34 22 砂轮 D250×20×32 35 23 砂轮 P90×63×20 太原工业学院毕业设计 文件 专业工艺装备明 页号 1 编号 太原工业学院 细表 产品 矩形花 共1页 第1页 名称 键滚刀 序号 使用工序号 工装编号 工装名称 应用限制范围 1 7 17 Ø21.65 、 精车端面芯轴 2 9 键槽拉刀导胎 Ø21.65 3 10 键槽倒角心轴 Ø21.65 4 11 车外圆、车螺纹芯轴 Ø21.65 5 12 铣床用芯轴 Ø21.65 6 14 滚刀铲齿芯轴 Ø21.65 7 19 齿轮滚刀磨内孔夹具 Ø21.65 8 19 齿轮滚刀磨内孔夹簧 Ø21.65 9 20 内孔研磨棒 Ø21.65 10 21 23 Ø21.65 、 滚刀铲磨用芯轴 11 22 齿轮滚刀开刃芯轴 Ø21.65 12 7 14 Ø21.65 、 滚刀检查芯杆 13 22 滚刀磨后检查仪 Ø21.65 14

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