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設(shè)計(jì)
蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)與加工工藝
機(jī)械工程系
學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：
系 部：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
專 業(yè)：
指導(dǎo)教師：
誠信聲明
本人鄭重聲明：本設(shè)計(jì)及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，在完成論文時(shí)所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。
本人簽名： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
設(shè)計(jì)題目： 蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)與加工工藝
系部： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào)：
學(xué)生： 指導(dǎo)教師（含職稱）： （高工） 專業(yè)負(fù)責(zé)人：
1．設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及目標(biāo)
（1）了解蝸輪滾刀的工作原理。 （2）掌握蝸輪滾刀的齒形設(shè)計(jì)。
（3）了解蝸輪滾刀滾齒切削過程及其特點(diǎn)。 （4）了解蝸輪滾刀結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定。
（5）了解蝸輪滾刀的公差與技術(shù)要求。 （6）掌握蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟。
（7）掌握蝸輪滾刀加工工藝并編制加工工藝過程卡。
2．設(shè)計(jì)的基本要求和內(nèi)容
（1）要求了解蝸輪滾刀的工作原理。
（2）要求基本掌握蝸輪滾刀的齒形設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并能出產(chǎn)品圖紙。
（3）要求了解蝸輪滾刀加工工藝。
（4）根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖，編制加工工藝過程卡。
3．主要參考文獻(xiàn)
[1]袁哲俊，劉華明，唐宜勝.齒輪刀具設(shè)計(jì)（上下冊）[M].北京：新時(shí)代出版社，1983.
[2]四川省機(jī)械工業(yè)局.復(fù)雜刀具設(shè)計(jì)手冊（上下冊）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1979.
[3]太原工具廠齒輪刀具工藝資料
4．進(jìn)度安排
設(shè)計(jì)各階段名稱
起 止 日 期
1
確定設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行開題檢查
2013.12~2014.03.14
2
蝸輪滾刀的齒形設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，出產(chǎn)品圖。
2014.03.14~2014.04.14
3
編制工藝過程卡，進(jìn)行中期檢查
2014.04.14~2014.04.25
4
根據(jù)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖，編制加工工藝過程卡
2014.04.25~2014.06.01
5
設(shè)計(jì)及圖紙整理，準(zhǔn)備答辯
2014.06.01~2014.06.10
蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)與加工工藝
摘要：蝸輪滾刀是指加工線性蝸桿傳動(dòng)的蝸輪所用的滾刀。蝸輪滾刀加工蝸輪的過程是模擬蝸桿與蝸輪嚙合的過程，蝸輪滾刀就相當(dāng)于原蝸桿，只是在其上做出切削刃，這些切削刃應(yīng)在原蝸桿的螺旋面上。所以蝸輪滾刀的基本參數(shù)必須與原蝸桿相同，蝸輪滾刀是專用刀具，加工每一規(guī)格的蝸輪要用專用的滾刀。
在數(shù)控機(jī)床誕生之前，我國工具廠制造齒輪滾刀的主要設(shè)備是C8955和CW8925型鏟磨床。這些設(shè)備精度較差，精度保持性較短，生產(chǎn)出的滾刀精度等級(jí)不夠高。近幾年由于專用數(shù)控滾刀刃磨機(jī)床的普及和先進(jìn)的工藝設(shè)備，從而保證了滾刀品種結(jié)構(gòu)的多樣化和產(chǎn)品質(zhì)量水平的不斷提高。
關(guān)鍵詞：蝸輪滾刀，設(shè)計(jì)，工藝
The design and machining technology of worm gear hob
Abstract：Worm gear hob is used for processing linear worm drive’s worm hob.Worm gear hob processing worm gear is to simulate the process of the worm and worm gear meshing process，worm gear hob is equivalent to the original worm，which just make a cutting edge on it，these cutting edge should be in the original worm screw surface.So the worm gear hob’s basic parameter must be the same with the original worm，the worm gear hob is special cutting tools，processing each specifications of the worm gear to use special hob.
Before the born of CNC machine tools，the main equipment for tool factory manufacturing gear hob is C8955 and CW8925 relieving grinding machiner in our country. These devices are less accuracy，precision and keep short，hob accuracy grade is not high enough. In recent years，due to the special CNC hob sharpening machine and popularization of advanced technology and equipment, thus ensure that the varieties of the structure of the hob and constantly improve the level of product quality.
Key words：worm gear hob，design，technology
目 錄
1 緒論 1
1.1 蝸輪滾刀的概述 1
1.1.1 蝸輪滾刀的工作原理 1
1.1.2 蝸輪滾刀的進(jìn)給方向 2
1.2 蝸輪滾刀研究的目的及意義 3
1.3 蝸輪滾刀的發(fā)展概況和趨勢 3
2 蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)計(jì)算 5
2.1 蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu)形式 5
2.2 蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu)要素 6
2.3 蝸輪滾刀的齒形 8
2.3.1阿基米德蝸輪滾刀的齒形 8
2.3.2 法向直廓蝸輪滾刀的齒形 9
2.3.3蝸輪滾刀的齒形計(jì)算 10
2.4 蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算過程 11
2.5 蝸輪滾刀的公差與技術(shù)要求 15
2.6 繪畫產(chǎn)品零件圖 15
3 蝸輪滾刀的加工工藝 16
3.1 蝸輪滾刀的工藝性分析 16
3.2 選擇加工方法，制定工藝路線 16
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇 16
3.2.2 滾刀表面加工的選擇 16
3.2.3 蝸輪滾刀的工藝路線 17
3.3 確定工序尺寸及技術(shù)要求 18
3.4 編制加工工藝卡片 30
結(jié) 論 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
1 緒論
蝸桿傳動(dòng)是機(jī)電設(shè)備中常見的一種機(jī)械傳動(dòng)形式，屬于齒輪傳動(dòng)范疇，具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)等特性。生產(chǎn)中常用的的普通圓柱蝸桿有阿基米德蝸桿（ZA型）、法向直廓蝸桿（ZN型）、漸開線蝸桿（ZI型）及錐面包絡(luò)型蝸桿（ZK型）。阿基米德蝸桿和滾刀的制造與檢驗(yàn)比較方便，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。法向直廓蝸桿和滾刀的制造比較麻煩，但蝸桿副的傳動(dòng)效率較高，而且磨損特性較好，所以應(yīng)用也較多。漸開線蝸桿和滾刀的制造麻煩，很少應(yīng)用。普通蝸桿副中的蝸桿一般采用車削法或磨削法加工，而加工蝸輪主要用蝸輪滾刀和飛刀。
1.1 蝸輪滾刀的概述
齒輪滾刀是齒輪加工中最廣泛采用的刀具，它對(duì)汽車、機(jī)床、動(dòng)力、重型、輕工等行業(yè)的齒輪加工效率、精度、經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。我國齒輪滾刀的生產(chǎn)除一些專業(yè)工具廠外，汽車、重型、軍工、拖拉機(jī)等行業(yè)的許多企業(yè)都生產(chǎn)自用的這類刀具。齒輪滾刀計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作為我國“七五”國家重點(diǎn)攻關(guān)課程之一，國內(nèi)現(xiàn)已開發(fā)出齒輪滾刀CAD應(yīng)用軟件，具有較強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話功能，可完成多種結(jié)構(gòu)和型式的滾刀結(jié)構(gòu)沒計(jì)。但是由于起步晚，基礎(chǔ)差，加上資金，專業(yè)人員的限制，在工具廠的應(yīng)用尚未普及。目前各工具廠仍以傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主要方法，效率低，適應(yīng)性差。齒輪滾刀就總體水平而言，與國外比存在一定的差距。
1.1.1 蝸輪滾刀的工作原理
蝸輪滾刀是加工蝸輪的主要刀具，用蝸輪滾刀加工蝸輪的過程就是模擬蝸桿與蝸輪嚙合的過程。蝸輪滾刀就相當(dāng)于原蝸桿，只是在其上做出切削刃，這些切削刃應(yīng)在原蝸桿的螺旋面上，這個(gè)蝸桿稱為蝸輪滾刀的基本蝸桿。根據(jù)這一原理，蝸輪滾刀的基本尺寸，如模數(shù)、齒形角、螺紋升角、螺旋方向、螺紋頭數(shù)、齒距、分度圓直徑等都與原蝸桿相同。
蝸輪滾刀的外觀和齒輪滾刀很相似，在設(shè)計(jì)上也有不少相同之處。齒輪滾刀的基本蝸桿相當(dāng)于螺旋齒輪副中的一個(gè)齒輪，其分度圓直徑和螺旋角都沒有一定限制，可由設(shè)計(jì)者決定。蝸輪滾刀則不然，它的基本蝸桿類型和基本尺寸都必須與原蝸桿相同。因此，蝸輪滾刀是專用刀具，每加工一種蝸輪，須專門設(shè)計(jì)、制造相應(yīng)的滾刀。而齒輪滾刀則是通用刀具，同一齒輪滾刀可切齒數(shù)不同、螺旋角不同的齒輪，只要齒輪的模數(shù)和法向齒形角與齒輪滾刀一致即可。
1.1.2 蝸輪滾刀的進(jìn)給方向
用蝸輪滾刀加工蝸輪可采用兩種不同的走刀方式，即徑向進(jìn)給和切向進(jìn)給，如圖1-1和1-2所示。用徑向進(jìn)給法加工蝸輪時(shí)，滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，蝸輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)應(yīng)等于滾刀的頭數(shù)，形成展成運(yùn)動(dòng)。滾刀在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，沿著蝸輪的半徑方向進(jìn)給，達(dá)到規(guī)定的中心距后停止進(jìn)給，但展成運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，直至包絡(luò)好蝸輪的齒形為止。
圖 1-1 徑向進(jìn)給加工蝸輪
圖 1-2 切向進(jìn)給加工蝸輪
用切向進(jìn)給時(shí)，首先把滾刀和蝸輪的中心距調(diào)整合格，滾刀和蝸輪除作展成運(yùn)動(dòng)外，滾刀還沿著本身的軸線方向進(jìn)給。因此，當(dāng)滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，蝸輪除了須轉(zhuǎn)過與滾刀頭數(shù)相等的齒數(shù)外，還需有附加的轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了改善切削條件和減輕第一個(gè)切入齒的負(fù)荷，切向進(jìn)給的蝸輪滾刀在一端具有切削錐，如圖1-2和圖2-1所示。切削錐的角度一般取11°~13°。切削錐的位置按以下原則確定：面對(duì)滾刀的前刀面，右旋滾刀的切削錐在右端；左旋滾刀的切削錐在左端。
由于不斷的切向進(jìn)給，增加了切削刃包絡(luò)齒面的包絡(luò)線數(shù)，因此切向滾齒可提高所切齒面的光潔程度。同時(shí)，由于切削錐，滾刀耐用程度也較高。但切向進(jìn)給法滾齒時(shí)切入長度大，因而生產(chǎn)率較低。另外，要求機(jī)床上要有切向進(jìn)給機(jī)構(gòu)。
1.2 蝸輪滾刀研究的目的及意義
機(jī)械制造的主要加工方法是切削加工，而刀具是機(jī)床實(shí)現(xiàn)切削加工的直接執(zhí)行者，沒有刀具，機(jī)床就無法工作。切削加工硬件系統(tǒng)中刀具最小，投入比機(jī)床要少的多。但刀具最為活躍，靈活多樣，對(duì)加工質(zhì)量、效率、成本影響顯著。古人云：“工欲善其事，必先利其器”。研究設(shè)計(jì)刀具，就是要選擇與加工材料匹配的優(yōu)質(zhì)刀具材料和先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)，使其有助于提高加工齒輪的生產(chǎn)率、刀具的耐用度、齒輪的加工精度和實(shí)現(xiàn)齒輪制造工藝的現(xiàn)代化。
1.3 蝸輪滾刀的發(fā)展概況和趨勢
自從十九世紀(jì)下半葉發(fā)明齒輪滾刀以來，滾切法獲得了極大的發(fā)展。至今，其加工范圍不僅限于齒輪與蝸輪，而且已擴(kuò)展到各種花鍵軸、棘輪等特形工件。特別是齒輪滾刀，其桔構(gòu)有了極大的改進(jìn)。在齒輪加工中，滾切法一直占有重要的地位。
隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，對(duì)蝸桿的傳動(dòng)性能要求愈來愈高，蝸輪加工技術(shù)有了飛躍性進(jìn)展。近幾十年來一些新的蝸輪精加工方法(如磨齒法、珩齒法等)的出現(xiàn)和采用，使蝸輪的制造精度有了很大的提高。另一方面，由于新的滾刀材料的采用，滾刀桔構(gòu)的改進(jìn)和制造精度的提高，以及新的蝸輪淬硬工藝一低溫氮化技術(shù)的掌握等，因而用滾刀來加工蝸輪的方法，又有了新的重要的發(fā)展。
隨著蝸輪加工要求的提高，用普通高速鋼制造的滾刀已不能滿足要求。因此，近十多年來，很多國家都致力于尋求新品種的滾刀材料，其目的在于：
（1） 提高滾刀的耐用度。
（2） 提高滾刀的生產(chǎn)率。
（3） 用來精加工難加工材料及淬硬齒輪。
迄今為止，先后進(jìn)行過試驗(yàn)和已研究成功的新品種滾刀材料有兩大類，即優(yōu)質(zhì)高速鋼與硬質(zhì)合金。提高滾刀的切削性能，對(duì)提高滾齒生產(chǎn)率、被加工齒輪的精度以及使?jié)L刀作為精密齒輪的精加工刀具等都有重大的意義。所以，研究改進(jìn)滾刀材料的性能是一項(xiàng)極為重要的工作。
改進(jìn)滾刀桔構(gòu)的目的，一方面在于提高滾刀的切削性能、滾齒生產(chǎn)率和齒輪的加工精度，另一方面在于改善滾刀的制造工藝。刀具桔構(gòu)的改進(jìn)與齒輪生產(chǎn)工藝的現(xiàn)代化、新桔構(gòu)滾齒機(jī)的設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系。
蝸輪滾刀設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢：
（1）蝸輪滾刀CAD系統(tǒng)的集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。
（2）蝸輪滾刀設(shè)計(jì)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。
（3）綠色制造是蝸輪滾刀設(shè)計(jì)中的一個(gè)發(fā)展方向。
2 蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)計(jì)算
蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)主要包括齒形設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。
2.1 蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu)形式
蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu)分為帶孔式和整體連軸式兩類。圖2-1和圖2-2所示。
圖2-1 帶孔式蝸輪滾刀
圖2-2 整體連軸式蝸輪滾刀
帶孔式結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)滾刀的強(qiáng)度和機(jī)構(gòu)的可能性，應(yīng)盡量選擇孔式結(jié)構(gòu)形式，但要根據(jù)強(qiáng)度條件進(jìn)行如下驗(yàn)算：
（2-1）
式中 一 內(nèi)徑底到鍵槽頂?shù)木嚯x；
一 滾刀孔徑；
一 滾刀外徑；
一滾刀容屑槽深度。
滿足不等式則表明刀體強(qiáng)度足夠，可以制作成帶孔式結(jié)構(gòu)，并確定滾刀的軸臺(tái)直徑：
(2-2)
如果不滿足式（2-1），則應(yīng)采用整體連軸式結(jié)構(gòu)。連軸式滾刀兩端軸臺(tái)直徑按下式計(jì)算：
（2-3）
2.2 蝸輪滾刀的結(jié)構(gòu)要素
（1）蝸輪滾刀的外徑
滾刀的外徑應(yīng)大于蝸桿的外徑，以便用用鈍刀刃磨后仍有必要的徑向間隙。通常按下式進(jìn)行計(jì)算：
（2-4）
式中 一 蝸桿的外徑；
一 徑向間隙，=0.2；
一 軸向模數(shù)。
（2）蝸輪滾刀的底徑
（2-5）
式中一 蝸桿的底徑。
（3）蝸輪滾刀的圓周齒數(shù)
滾刀的圓周齒數(shù)越多，包絡(luò)蝸輪齒面的刀刃數(shù)越多，加工出的蝸輪齒面就越光潔。因此在保證滾刀刀齒足夠強(qiáng)度前提下，應(yīng)盡力增加滾刀的圓周齒數(shù)。在初步確定蝸輪滾刀齒數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使蝸輪滾刀的圓周齒數(shù)符合以下要求：
加工6級(jí)精度蝸輪時(shí)，取12；
加工7級(jí)精度蝸輪時(shí)，取10；
加工8級(jí)精度蝸輪時(shí)，取8；
加工9級(jí)精度蝸輪時(shí)，取6。
初步確定蝸輪滾刀的圓周齒數(shù)后，為使蝸輪滾刀應(yīng)有的刃磨次數(shù)和刀齒強(qiáng)度得以保證，還必須符合下列要求：
加工7級(jí)以上精度的蝸輪時(shí)，0.35；
加工8～9級(jí)精度的蝸輪時(shí)，0.45。
式中 一 滾刀刀齒根部寬度，可近似按計(jì)算。
最后確定滾刀圓周齒數(shù)時(shí)，還應(yīng)校驗(yàn)鏟磨時(shí)砂輪是否干涉。
（4）蝸輪滾刀容屑槽形式
滾刀的容屑槽形式有直槽和螺旋槽兩種。當(dāng)螺紋升角5°時(shí)，容屑槽形式做成直槽；當(dāng)螺紋升角>5°時(shí)，為使?jié)L刀有均勻的前角，容屑槽形式做螺旋槽。此時(shí)槽的螺旋角，方向相反。為便于檢查齒形，法向直廓滾刀一般制成螺旋容屑槽，且前角取為零度。
（5）蝸輪滾刀的前角、后角及鏟背量
為保證滾刀齒形精度及使齒形測量方便蝸輪滾刀的前角一般取為零度。粗加工滾刀也可以取正前角。
蝸輪滾刀的后角與齒輪滾刀一樣，是由鏟齒形成的。當(dāng)滾刀螺旋升角15°，可用下式近似公式計(jì)算鏟背量
（2-6）
式中 一 滾刀端截面上齒頂后角，一般取9°~11°。
當(dāng)>15°，按下式計(jì)算：
（2-7）
式中 一滾刀螺旋線方向的齒頂后角，一般取=10°~12°。
滾刀齒形需要鏟磨時(shí)，則采用二次鏟背，其二次鏟背量為：
（2-8）
（6）蝸輪滾刀容屑槽深度
（2-9）
（7）蝸輪滾刀槽底圓角半徑
（2-10）
（8）蝸輪滾刀槽形角
取=25°～35°，對(duì)小模數(shù)滾刀取=45°。
（9）蝸輪滾刀的螺紋升角、容屑槽螺紋角及導(dǎo)程
(2-11)
= （2-12）
(2-13)
（10）蝸輪滾刀的長度
孔式滾刀的長度按下式確定：
（2-14）
式中 一 滾刀軸臺(tái)長度
一 滾刀切削部分長度，對(duì)于徑向走刀的蝸輪滾刀，切削部分長度，此處為滾刀螺紋部分長度，為軸向齒距。 對(duì)于切向走刀的蝸輪滾刀，切削部分長度，此處為滾刀切削錐部分的長度，取。
整體連軸式蝸輪滾刀的長度查閱參考文獻(xiàn)[1]表7-2進(jìn)行確定。
2.3 蝸輪滾刀的齒形
2.3.1阿基米德蝸輪滾刀的齒形
阿基米德蝸輪滾刀側(cè)后刀面與滾刀前刀面相交所得的切削刃應(yīng)在阿基米德幾本蝸桿的螺旋面上。按此要求解出的滾刀側(cè)后刀面應(yīng)是一個(gè)軸向齒形為直線的螺旋面。齒形設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)就是尋找一個(gè)側(cè)鏟面，使此側(cè)鏟面與滾刀前刀面相交得到的切削刃恰在阿基米德基本蝸桿的螺旋面上。阿基米德蝸輪滾刀的齒形如圖2-3和2-4所示：
圖2-3 阿基米德蝸輪滾刀的軸向齒形
圖2-4 阿基米德蝸輪滾刀的法向齒形
2.3.2 法向直廓蝸輪滾刀的齒形
法向直廓蝸桿的螺旋面，在法向截面內(nèi)的截形為直線。所謂法向截面，是指經(jīng)過蝸桿齒紋中點(diǎn)或齒槽中點(diǎn)而垂直于分圓柱上的螺旋線的截面。法向直廓滾刀的齒形設(shè)計(jì)和阿基米德滾刀一樣，即刀刃必須在基本蝸桿螺旋面上。
法向直廓蝸桿可分為齒紋法向直廓蝸桿和齒槽法向直廓蝸桿，圖2-5為齒紋法向直廓蝸桿的示意圖。法向直廓蝸輪滾刀的齒形如圖2-6所示：
圖2-5 齒紋法向直廓蝸桿
1-右側(cè)螺旋面母線 2-左側(cè)螺旋面母線 3-準(zhǔn)圓柱
圖2-6法向直廓蝸輪滾刀的法向齒形
2.3.3蝸輪滾刀的齒形計(jì)算
（1）齒頂高
（2-15）
（2）齒全高
（2-16）
（3）軸向齒距
（2-17）
（4）法向齒距
（2-18）
（5）齒頂圓角半徑
（2-19）
（6）齒根圓角半徑
（2-20）
（7）法向齒形角 對(duì)于法向直廓蝸輪滾刀來說，其法向齒形角應(yīng)等于蝸桿的法向齒形角。
（8）軸向齒形角 對(duì)螺紋升角5°的直槽阿基米德蝸輪滾刀，軸向齒形角等于蝸桿的軸向齒形角。對(duì)螺紋升角>5°的螺旋槽阿基米德蝸輪滾刀，齒形角可按以下公式求得：
軸截面齒頂斜角， （2-21）
軸向左側(cè)齒形角，； （2-22）
軸向右側(cè)齒形角，。 （2-23）
（9）軸向齒厚 對(duì)螺紋升角5°的直槽阿基米德蝸輪滾刀，軸向齒厚按下式計(jì)算：
（2-24）
（10）法向齒厚 對(duì)于螺紋升角>5°的螺旋槽阿基米德蝸輪滾刀和法向直廓蝸輪滾刀，其法向齒厚為：
（2-25）
2.4 蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算過程
齒槽法向直廓蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算過程見表2-1。
表2-1 齒槽法向直廓蝸輪滾刀的設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算過程 ()
已
知
條
件
1．蝸桿：（1）蝸桿類型：法向直廓蝸桿 （2）模數(shù)=5
（3）蝸桿頭數(shù) = 1 （4）法向齒形角 = 15°
（5）螺旋線方向：右旋 （6）螺紋升角= 4°46′
（7）分圓直徑= 60 （8）蝸桿外徑 = 67
（9）蝸桿底徑 = 50 （10）徑向間隙C= 0.2
（11）蝸桿螺紋部分長度= 90
2．蝸輪：（1）齒數(shù) =62 （2）精度等級(jí)：7級(jí)
（3）傳動(dòng)中心距A=185
序
號(hào)
計(jì) 算 項(xiàng) 目
符
號(hào)
計(jì) 算 公 式
精
度
計(jì) 算 舉 例
1
滾刀外徑
=+2(C+0.1m)
0.1
=67+2(0.2m+0.1m)
=70
2
滾刀底徑
=
0.1
=50
3
滾刀容屑槽形式
左旋螺旋槽，零度前角
=0°
4
初選容屑槽數(shù)
按加工蝸輪的精度：7級(jí)，選徑向切削方式加工
初選=10
5
滾刀鏟背量
K
因15°取=10°
K=
=（1.3~1.5）K
0.5
取K= 4
=1.54=6
6
滾刀容屑槽深度
H
H=
0.1
H= 15.5
7
滾刀槽底圓角
半徑
r
r =
0.5
r = 1
8
槽形角
=25°~35°
取=25°
續(xù)表2-1
9
螺紋升角
螺旋角
螺旋槽導(dǎo)程
T
=
1′
1
4°46′
=4°46′
2264
10
作圖校驗(yàn)滾刀齒根強(qiáng)度與鏟磨時(shí)砂輪的干涉，確定滾刀 槽數(shù)
，并計(jì)算值
圖見注
9.75
0.62>0.35
經(jīng)作圖校驗(yàn)，刀齒強(qiáng)度滿足要要求，最終確定=10
11
驗(yàn)算滾刀壁厚的強(qiáng)度，確定滾刀的結(jié)構(gòu)形式
查[1]表2.3 –1取=22代入式進(jìn)行驗(yàn)算
根據(jù)=22驗(yàn)算：
=6.4>0.25；
所以確定選=22套式帶軸向鍵結(jié)構(gòu)
12
確定軸臺(tái)直徑
=75.3-218.5-2=36
13
滾刀長度
L
=90+0=90
=190+10=100
14
齒頂高
0.01
15
齒全高
0.01
16
軸向齒距
0.001
=15.708
17
法向齒距
0.001
續(xù)表2-1
18
齒頂圓角半徑
0.1
19
齒根圓角半徑
0.1
20
法向齒形角
°
°
21
法向齒厚
0.001
22
準(zhǔn)圓柱半徑
式中
1°16′
303.9093.7320
15.41
15.41
0.34
23
蝸桿生成母線與端剖面的夾角
=0.25793
=14°95′
注：作圖校驗(yàn)滾刀鏟磨時(shí)砂輪的干涉情況：
按滾刀外徑=70、容屑槽數(shù)=10、槽形角=25°、槽底圓角半徑=1，作出滾刀滾刀端面投影圖如圖2-7所示：
圖2-7 滾刀鏟磨時(shí)砂輪的干涉情況校驗(yàn)
在滾刀一個(gè)刀齒的前面作出鏟背量可得到B點(diǎn)。以/2為半徑，分別以、兩點(diǎn)為圓心，畫弧相交于點(diǎn)，再以點(diǎn)為圓心，以/2為圓弧半徑畫弧，得近似齒頂鏟背曲線。在相鄰刀齒前刀面作出齒全高可得到C點(diǎn)。以為圓心，C為半徑畫弧，得近似齒底鏟背曲線。
（1）選擇砂輪直徑為，為砂輪法蘭盤直徑，為滾刀齒全高。
（2）以=（取10°12°）為半徑，為圓心畫圓。
按時(shí)齒背磨光寬度，過要求的鏟磨長度末點(diǎn)a作切于半徑為圓的切線，砂輪中心點(diǎn)應(yīng)位于改切線上。作砂輪外圓并使砂輪外徑切于齒底鏟背曲線。此時(shí)砂輪外圓在下一個(gè)刀齒點(diǎn)的上方，砂輪鏟磨第一個(gè)齒時(shí)不會(huì)和第二個(gè)刀齒干涉。如果砂輪外圓在點(diǎn)下方，則砂輪將和第二個(gè)刀齒干涉。如發(fā)生這種干涉需要改變滾刀的外徑或減少齒數(shù)，使其不發(fā)生干涉。
2.5 蝸輪滾刀的公差與技術(shù)要求
（1）滾刀切削刃應(yīng)鋒利，表面不得有裂紋、崩刃、銹跡及磨削燒傷等影響使用性能的缺陷。
（2）滾刀表面粗糙度最大允許值按參考文獻(xiàn)[3]中表11-8 選取。
（3）滾刀外圓直徑的極限偏差按參考文獻(xiàn)[3]中表11-9 選取。
（4）滾刀總長的極限偏差為js15。
（5）蝸輪滾刀的制造精度分為AA、A、B、C四種等級(jí)。各級(jí)精度滾刀的制造公差按參考文獻(xiàn)[3]中表11-10 選取。
（6）滾刀切削部分硬度為63~66HRC。整體連軸式滾刀柄部硬度不低于30HRC。
2.6 繪畫產(chǎn)品零件圖
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，并查閱“蝸輪滾刀的公差與技術(shù)要求”，繪成產(chǎn)品零件圖。
3 蝸輪滾刀的加工工藝
3.1 蝸輪滾刀的工藝性分析
滾刀的精度等級(jí)為A級(jí)，材料為W6Mo5Cr4V2高速工具鋼，毛坯類型為熱軋圓鋼，采用鍛坯成形處理。根據(jù)鍛坯后的尺寸來確定毛坯尺寸為。滾刀生產(chǎn)類型為小批量生產(chǎn)，各加工表面分析如下：
（1）兩端軸臺(tái)外圓徑向圓跳動(dòng)不大于0.010，兩端面圓跳動(dòng)不大于0.008，表面粗糙度。
（2）內(nèi)孔表面粗糙度。
（3）鍵槽圓角，表面粗糙度。
（4）內(nèi)孔凹槽表面粗糙度。
（5）倒角。
（6）容屑槽深度15.5 ，前刀面表面粗糙度。
（7）刀齒的徑向圓跳動(dòng)不大于0.030，齒形表面表面粗糙度。
3.2 選擇加工方法，制定工藝路線
3.2.1 定位基準(zhǔn)的選擇
（1）粗基準(zhǔn)的選擇。滾刀是軸類零件，粗加工以外圓作為粗基準(zhǔn)。
（2）精基準(zhǔn)的選擇。精加工以內(nèi)孔作為精基準(zhǔn)。
3.2.2 滾刀表面加工的選擇
滾刀的主要加工表面有外圓、內(nèi)孔、端面、槽、倒角、齒形等，其加工方法選擇如表3-1所示：
表3-1 主要加工表面加工方法的選擇
位置
粗糙度
加工方法
端面
0.63
粗車一精車一磨
軸臺(tái)
0.63
粗車一精車一磨
續(xù)表3-1
0.63
粗車一精車一磨
內(nèi)孔凹槽
12.5
鏜孔
內(nèi)孔
0.32
鉆孔一精鏜孔一研磨
鍵槽
12.5
拉
倒角
6.30
車
容屑槽
6.30
銑
齒形
0.63
粗車一精車一鏟磨
3.2.3 蝸輪滾刀的工藝路線
蝸輪滾刀的加工工藝路線一般先進(jìn)行外圓、軸臺(tái)及內(nèi)孔的加工，在進(jìn)行齒形加工。齒形加工以內(nèi)孔為基準(zhǔn)，其加工工藝路線如表3-2所示：
表3-2 加工工藝路線
工序號(hào)
工序名
工序內(nèi)容
設(shè)備
1
鋸料
鋸料
金屬帶鋸床
2
鍛坯
鍛坯
鍛錘
3
退火
退火處理
燜火爐
4
粗車
粗車一端外圓、端面及軸臺(tái)
C620-1臥式車床
5
粗車及鉆孔
粗車另一端外圓、端面、軸臺(tái)及鉆孔
C620-1臥式車床
6
精鏜孔
精鏜孔
C620-1臥式車床
7
精車
精車軸臺(tái)外圓、端面及倒角
C620-1臥式車床
8
鏜內(nèi)孔凹槽
鏜內(nèi)孔凹槽
C620-1臥式車床
9
拉鍵槽
拉鍵槽
L6110拉床
10
倒角
修鍵槽毛刺及倒角
鉗工臺(tái)、臺(tái)鉆
11
精車
精車外圓及螺紋
C620-1臥式車床
12
銑容屑槽
銑容屑槽深度18.4
X62W銑床
13
鏟外圓及齒形
鏟外圓及齒形
C8955鏟床
14
剔余齒、修光
剔余齒、修光
鉗工臺(tái)
續(xù)表3-2
15
打標(biāo)志
打標(biāo)志
鉗工臺(tái)
16
粗磨兩端面
輕微粗磨兩端面
M612K工具磨床
17
熱處理、噴砂
熱處理、噴砂處理
噴砂機(jī)
18
磨內(nèi)孔
磨內(nèi)孔
M2120內(nèi)圓磨床
19
研磨內(nèi)孔
研磨內(nèi)孔
研磨機(jī)
20
磨軸臺(tái)及端面
磨軸臺(tái)外圓及端面
MG1432磨床
21
磨前刀面
磨前刀面達(dá)到圖樣要求
M6420B磨床
22
鏟磨齒形
鏟磨齒形達(dá)到圖樣要求
CW8925鏟床
23
清洗、包裝
按要求清洗包裝
生產(chǎn)部
3.3 確定工序尺寸及技術(shù)要求
查閱太原工具廠齒輪刀具工藝資料來確定各工序尺寸、其公差及技術(shù)要求。
（1）工序1：鋸料
圖 3-1鋸料
技術(shù)要求：
①．依據(jù)滾刀成品尺寸及原料規(guī)格,確定尺寸。
②．依據(jù)滾刀成品尺寸及原料規(guī)格，確定尺寸。
（2）工序2：鍛坯
圖 3-2鍛坯
技術(shù)要求：
①．按鍛造工藝規(guī)程操作，碳化物不均勻度等級(jí)不大于4級(jí)。
②．當(dāng)成品外徑100 時(shí)，鍛坯后的直徑
當(dāng)成品長度100 時(shí)，鍛坯后的長度
（3）工序3：退火
技術(shù)要求：
①．退火硬度：255。
②．按高速鋼退火工藝規(guī)程操作。
（4）工序4：粗車
圖 3-3 粗車
技術(shù)要求：
①．粗車外圓時(shí)，尺寸由操作者掌握，車一端面時(shí)，車平為宜。
②．工序尺寸
，一成品軸臺(tái)外圓基本尺寸
，一成品外徑基本尺寸
，一成品軸臺(tái)長度基本尺寸
（5）工序5：粗車及鉆孔
圖 3-4 粗車及鉆孔
技術(shù)要求：
工序尺寸
，一成品軸臺(tái)外圓基本尺寸
，一成品外徑基本尺寸
，一成品軸臺(tái)長度基本尺寸
，一成品孔徑基本尺寸
，一成品長度基本尺寸
（6）工序6：精鏜孔
圖 3-5 精鏜孔
技術(shù)要求：
①．兩端喇叭口不得超過內(nèi)孔公差的1.2倍。
②．每端超出公差的喇叭口長度不大于6。
③．當(dāng)成品孔徑時(shí)，。
（7）工序7：精車
圖 3-6 精車
技術(shù)要求：
①．工序尺寸
，一成品倒角尺寸
，一軸臺(tái)外圓成品基本尺寸
，一成品軸臺(tái)長度基本尺寸
，一成品長度基本尺寸
②．軸臺(tái)外圓、端面圓跳動(dòng)：
徑向圓跳動(dòng)：0.1
端面圓跳動(dòng)：0.03
③．本工序所列工裝不能滿足要求時(shí)，應(yīng)另行設(shè)計(jì)。
（8）工序8：鏜內(nèi)孔凹槽
圖 3-7 鏜內(nèi)孔凹槽
技術(shù)要求：
尺寸按成品圖要求加工。
尺寸按成品圖要求加工。
（9）工序9：拉鍵槽
圖 3-8 拉鍵槽
技術(shù)要求：
①．工序尺寸
，一成品尺寸
②．圓角和鍵槽寬按成品圖要求加工。
③. 所列工裝不能滿足要求時(shí)，應(yīng)重新設(shè)計(jì)。
（10）工序10：倒角
圖 3-9 倒角
（11）工序11：精車外圓及螺紋
圖 3-10 精車外圓及螺紋
技術(shù)要求：
①．齒高、齒頂高及齒形角按成品圖要求加工。
②．外徑尺寸，一成品外徑尺寸。
③．齒距尺寸，一成品法向齒距尺寸。
④．齒厚尺寸，一成品法向齒厚尺寸。
⑤．外圓徑向跳動(dòng)不大于0.10，全長上的錐度不大于0.15。
（12）工序12：銑容屑槽
圖 3-11銑容屑槽
技術(shù)要求：
工序尺寸
，一成品圖容屑槽深度，一精車后的余量。
尺寸和角度均按成品圖要求。
導(dǎo)程偏差比成品圖偏差放大10%。
（13）工序13：鏟外圓及齒形
圖 3-12-1 鏟外圓及齒形
圖 3-12-2 鏟外圓及齒形
技術(shù)要求：
①．工序尺寸
，一成品外徑基本尺寸
, 一成品法向齒厚尺寸
，一成品法向齒距尺寸
，一成品軸向齒距尺寸
②．軸向齒距偏差0.04，三個(gè)齒距長度內(nèi)累計(jì)偏差0.06。
③．、、、、、按成品圖尺寸要求。
④．刀齒徑向圓跳動(dòng)不大于0.12，外圓錐度不大于0.12。
（14）工序14：剔余齒、修光
圖 3-13 剔余齒、修光
技術(shù)要求：
①．齒根厚小于正常齒根厚1/3的齒應(yīng)全部銼掉。
②．齒根厚為正常齒根厚1/3～1/2的齒切去齒頂為全齒高的2/3為止。
③．齒根厚為正常齒根厚1/2～2/3的齒切去齒頂為全齒高的1/3為止。
④．不完整的齒頂逐漸圓滑過渡。
（15）工序15：打標(biāo)志
圖 3-14打標(biāo)志
技術(shù)要求：
①．人面向前刀面為準(zhǔn)，在滾刀左端面打標(biāo)志，字跡必須清楚。
②．標(biāo)志內(nèi)容：按成品圖紙內(nèi)容要求打字。
③．普通高速鋼不打材料號(hào)。
④．生產(chǎn)順序打在邊齒上。
（16）工序16：粗磨兩端面
圖 3-15 粗磨兩端面
技術(shù)要求：
① 兩端面輕輕磨起即可。
② 工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
（17）工序17：熱處理、噴砂
技術(shù)要求：
① 熱處理硬度：HRC64～66。
② 具體操作按熱處理工藝和噴砂工藝。
（18）工序18：磨內(nèi)孔
圖 3-16 磨內(nèi)孔
技術(shù)要求：
① 磨內(nèi)孔后滾刀外徑徑向圓跳動(dòng)不大于0.12。
② 磨孔后中間不得過大，要保證具有最小研磨量。錐度和圓度為本工序公差的1/2。
③ 工序尺寸
④ 工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
（19）工序19：研磨內(nèi)孔
圖 3-17 研磨內(nèi)孔
技術(shù)要求：
①．研磨桿和滾刀之間的接觸要保持壓力均勻一致，要調(diào)頭研磨，以免產(chǎn)生錐度。
②．研磨后內(nèi)孔表面不得有嚴(yán)重的痕跡，研孔后用煤油進(jìn)行清洗。
③．內(nèi)孔尺寸按成品圖要求。
④．粗糙度按成品圖紙要求。
⑤．工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
（20）工序20：磨軸臺(tái)
圖 3-18 磨軸臺(tái)
技術(shù)要求：
① 軸臺(tái)外圓、端面粗糙度，徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)，尺寸、、均按成品圖要求。
② 鏟磨用芯軸可作檢查芯軸用。
③ 現(xiàn)有工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
（21）工序21：磨前刀面
圖 3-19 磨前刀面
技術(shù)要求：
① 前刀面粗糙度、徑向性偏差、導(dǎo)程偏差，容屑槽相鄰周節(jié)差、最大累積誤差均按成品圖要求。
② 工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
③ 前刀面不得有磨退火跡象，不允許有崩刃和毛刺。
（22）工序22：鏟磨齒形
圖 3-20 鏟磨齒形
技術(shù)要求：
① 粗糙度、、、、、、、、、、及按成品圖尺寸要求。
② 按軸向齒距計(jì)算掛輪。
③ 工裝不能滿足要求時(shí)，重新設(shè)計(jì)。
（23）工序23：清洗、包裝
技術(shù)要求：
①．按包裝工藝進(jìn)行清洗、包裝。
②．包裝盒上應(yīng)標(biāo)志：產(chǎn)品名稱、××工具廠、模數(shù) 、精度等級(jí)、材料、制造年月、生產(chǎn)許可證編號(hào)等。
3.4 編制加工工藝卡片
根據(jù)確定的工序尺寸和技術(shù)要求，編制滾刀的加工工藝卡片。
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)到此已接近尾聲，通過本次設(shè)計(jì)，提高了我對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，掌握了蝸輪滾刀的工作原理及其設(shè)計(jì)步驟，和對(duì)蝸輪滾刀工藝路線分析以及對(duì)工藝卡片的編制。同時(shí)也是對(duì)制圖軟件Auto CAD熟練掌握的考驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)也是我在大學(xué)生涯里的最后一次設(shè)計(jì)，回想起這幾個(gè)月來緊張而有序的設(shè)計(jì)工作, 深覺受益匪淺。?
首先，它考驗(yàn)了我是否真的牢固掌握了全部所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，以及運(yùn)用知識(shí)的能力并且是否具有廣泛的視角來看待機(jī)械方面的問題。就我而論，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深感覺到基礎(chǔ)知識(shí)的不健全和不牢固，比如對(duì)國標(biāo)的使用和工藝路線分析及工藝卡片的編制。所幸我得到了老師和同學(xué)們的熱情幫助，使這些問題得到了解決，這將對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有極大的幫助。
其次,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)全面鍛煉了我駕御知識(shí)的能力，使我對(duì)這四年來所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)化、條理化、全面化的回顧和復(fù)習(xí)，讓我懂得了如何運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)又學(xué)到了獵取其他知識(shí)的方法。這些都將作為課本知識(shí)的有益補(bǔ)充，為我們以后所要從事的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
最后，這次設(shè)計(jì)不僅使我收獲了知識(shí)而且也鍛煉了品質(zhì)，通過這次認(rèn)真而又細(xì)致的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)待事情的態(tài)度更加嚴(yán)謹(jǐn)更加有耐心，并且我更希望把所做的事情做好做完美，我想這將是一種很重要的財(cái)富。重要的是，我要將所獲取的各種知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，并用實(shí)踐來彌補(bǔ)自身的不足和缺陷，使我真正成為一名理論扎實(shí)而又具有很強(qiáng)的實(shí)踐能力的機(jī)械工作者。
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[13] 太原工具廠齒輪刀具工藝資料
致 謝
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，得到了王建中老師悉心的指導(dǎo)，耐心的教誨。王老師平日里工作繁多，每周還定時(shí)為我們舉行的答疑與指導(dǎo)，不定時(shí)的對(duì)我們每階段的進(jìn)展?fàn)顩r的檢查督促，使設(shè)計(jì)過程中的遇到的問題得到了及時(shí)解決。正因?yàn)槔蠋煹南ば慕虒?dǎo)，畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利的完成。
其次要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本設(shè)計(jì)的順利完成。
最后，我要感謝母校太原工業(yè)學(xué)院和機(jī)械工程系所有教師四年來對(duì)我的培養(yǎng)，是你們的辛勤汗水培養(yǎng)出了我獨(dú)立處理和解決問題的能力，并且教會(huì)我如何從不同的角度分析問題,令我受益匪淺，為我以后的工作打下良好的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。
本設(shè)計(jì)由于作者水平有限，難免會(huì)有不當(dāng)甚至錯(cuò)誤之處，敬請老師給予批評(píng)和指正。
35