蜗轮滚刀设计

收稿日期:1999-01-06作者简介:璩柏青(1953-),男,副教授.蜗轮滚刀全参数化计算机辅助设计璩柏青,方福仂,许社教(西安电子科技大学电子机械学院　陕西西安　710071)摘要:论述了蜗轮滚刀全参数化计算机辅助设计软件中有关滚刀各部分尺寸计算、自动生成零件图、切齿仿真、被切蜗轮与蜗杆啮合仿真的实现方法.全参数化绘图可在较短时间内快速、高质量地完成多方案的对比设计,采用布尔运算实现的动态切齿仿真与啮合仿真具有程序编制简练、切齿精度高、仿真效果好等优点.关键词:蜗轮滚刀;计算机辅助设计;切齿仿真;啮合仿真中图分类号:T G 721,T P 39; 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(1999)06-0803-04Computer aided whole parameter design for thewormwheel cutting hobQU Bai -qing ,FA N G Fu -le ,X U She -j iao(School of Electroni c M echani cs ,Xi dian Univ .,Xi ′a n 710071,China )Abstract :　T his paper describes the realization of dimension calculation of the cuttinghob in the computer aided w hole parameter design for the wo rmw heel cutting ho b,itsspare parts pattern auto -drafting,tooth cutting simulatio n and the engaging sim ulationbetw een w orn and w o rmw heel to be cut .T he w hole parametrizatio n drafting w hich canbe utilized to com plete ,w ith hig h speed and high quality ,the co mpar ison designs ofm ulti -schem es has been also g iven .T he realization o f dy namic tooth cutting sim ulationand cog w heel engaging simulatio n by applying the “Bull Operatio n ”has show n the ad-vantages o f sim plificatio n o f the prog ramming ,hig h precision of tooth cutting and excel-lent effect of simulation.Key Words :　w or mw heel cutting hob;CAD;too th cutting simulation;cog w heel engag -ing simulatio n用传统的方法对蜗轮滚刀进行设计时,参数过多、计算复杂、绘图繁琐,不仅设计效率低,也较容易发生错误,导致频繁修改.特别是在蜗轮被加工完毕之前,一般没有把握确定滚刀设计是否完全合理,用其加工的蜗轮齿廓曲线是否达到一定精度,更无法证明被切削的蜗轮与蜗杆在啮合运动过程中是否发生干涉现象等等.目前Auto CA D 软件已被广泛应用于机械制造业中,在AutoCAD 下开发蜗轮滚刀计算机辅助设计软件具有很高的实用价值.文中所述为作者开发的齿轮刀具计算机辅助设计软件包中蜗轮滚刀计算机辅助设计的方法与实现过程,解决了在蜗轮滚刀计算机辅助设计过程中参数计算、自动生成滚刀零件图、切齿仿真、啮合仿真等问题.1　滚刀零件图的有关参数及程序设计1.1　滚刀各部分结构与有关参数 文中所述滚刀的基本蜗杆为阿基米德蜗杆,采用带柄结构.为了适应不同类型的滚齿机,滚刀柄部1999年12月第26卷　第6期西安电子科技大学学报JOUR NAL OF XIDIAN U NIVER SITY Dec .1999Vol .26　No .6轴向尺寸、径向尺寸、莫氏锥度、锁紧螺纹孔尺寸全部参数化.蜗轮滚刀是尺寸参数非常复杂的零件,其零件图的绘制涉及到几十个尺寸参数,如滚刀分度圆直径、滚刀螺纹头数、滚刀齿顶铲齿量、刀槽深度、刀槽角、轴向齿距、轴向齿形角、轴向模数等等.应根据各参数之间的关系,查阅有关手册,编入绘图程序中,图样由基本参数控制,这里不一一列出算式.1.2　程序设计Auto CAD 内部的LISP 语言与AutoCAD 的绘图命令有机结合成为一个整体,可适应各种不同类型的绘图机、打印机,出图方便迅速.此外,还可以利用Autolisp 编写程序实现对AutoCAD 当前数据库的直接访问与修改,为屏幕图形的实时修改,实现交互设计提供了诸多方便.因此,文中所述软件完全用Auto lisp 语言编写而成,可运行于Auto CA D R13及其更高的版本.利用全参数化绘图可在较短的时间内快速、高质量地完成多方案对比设计.滚刀零件图的程序流程可分为5个部分,即输入参数、计算各部分尺寸、绘制放大的轴向与法向齿形、绘制刀体与刀杆、绘制图框和标题栏.能否准确地切制出符合设计要求的蜗轮,滚刀的齿形是一个极其重要的因素.(1)滚刀法向齿形的绘制图1　滚刀法向与轴向齿形首先依次求出一个齿形各顶点坐标,再按半径要求依次给出槽底圆弧、齿底圆弧和齿顶圆弧的半径,最后沿镜像线oo ′进行镜像,生成两刀齿法向齿形如图1(a)所示.其中A B =S dn -2õH u 1õtan a n ,CD =(t n -S dn )-(H u -H u 1)õtan a n . 在未倒圆角之前,各顶点用list 和po lar 命令给出,再用filet 命令倒圆角.(2)滚刀轴向齿形的绘制轴向齿形的绘制算法与法向齿形算法基本相同,如图1(b )所示.但要注意两点:¹轴向齿形与法向齿形存在一夹角B ,因此,水平方向距离需要除以co s B .º由于轴向齿形左右两侧齿形角不同,则有:A B =S d -H u 1õ(tan A u 1+tan A ur )　,CD =(t -S d )-(H u -H u 1)(tan A u 1+tan A ur )　. (3)滚刀主视图的绘制滚刀主视图中,刀体部分轴剖面齿形算法在前面已经作了部分介绍.但由于设计中各种滚刀轴向模数m 不同,所以轴向齿距t 也不同,而对于同一种机床,刀体长度是相同的.这样就形成了不同模数的滚刀,其刀齿数n 不同,该程序中用r epeat 函数控制刀齿的个数,程序框图如图2所示.滚刀主视图中的刀齿和容屑槽线的绘制方法也用repeat 函数控制.绘制滚刀左视图的程序框图及左视图,在此省略叙述.将滚刀主视图、法剖面图、轴剖面图、左视图分别作成块,并按图幅布置插入图框中便形成零件图,804 西安电子科技大学学报 第26卷再将其制作成幻灯片,以便进行全参数化尺寸标注,有关形位公差和表面粗糙度的标注可利用软件中开发的图块进行插入标注.图3所示为滚刀零件图主视图,考虑文章的版面与图形的清晰,删除了两端的柄部,同时还删除了一些尺寸.图2滚刀主视图程序框图绘制刀柄两端结构绘制两端不完整齿形对前一刀齿进行拷贝并沿水平方向左移trepeat7n =fix(L /t )画出一个齿图3　滚刀刀体部分的图样2　动态切齿仿真程序设计由于蜗轮滚刀的基本蜗杆为阿基米德蜗杆,因此滚刀切制蜗轮的仿真可采用范成法原理,在通过滚刀轴线且平行被加工蜗轮端面的截平面上进行切齿仿真.这时,这个截平面就是蜗轮两端面的对称面.根据范成法原理,一般是采用先切制出一个蜗轮轮齿的包络线,然后用Auto CAD 的修剪(trim)命令生成单边齿廓曲线,最后用镜像(mirr or)命令和图形阵列(array/p)命令生成所有轮齿的齿廓曲线.用这种方法编制的程序较为复杂,仿真效果也比较差.该软件在齿廓曲线的程序设计中采用了布尔运算,用蜗轮对称面与刀具轴剖面进行布尔相减(subtract ),直接生成整个齿廓曲线.程序流程图的主要步骤说明如下:(1)绘制工具齿条.工具齿条可直接利用如前所述的滚刀轴剖面图进行处理.(2)将刀齿部分建成面域.(3)将工具齿条定义为块保存.(4)绘制一圆作为蜗轮中剖面.(5)精确插入工具齿条进行布尔运算.图4切齿仿真程序框图结束刀具复位并径向移动$hh =h +$h2刀具复位H =H +$H $H =2P /(n ・Z )1.插入工具齿条并拆块2.进行布尔相减s =s +$s ($s =t /n )切向进刀量S ≤2t蜗轮转角H ≤2Pu刀具径向切削未到位h ≤H图5　切齿仿真图样805第6期 璩柏青等:蜗轮滚刀全参数化计算机辅助设计 在切齿仿真中,关键问题是如何插入工具齿条进行布尔运算.根据切齿原理,工具齿条有相对于蜗轮的切向运动和径向运动,而蜗轮只有转动.啮合仿真的程序框图如图4所示.图5为动态切齿仿真在某一时刻的图样.为了下一步的啮合仿真,将切制出的蜗轮(中剖面图)做成图块存盘,其插入点选择为蜗轮中剖面的圆心.3　动态啮合仿真程序设计蜗轮与蜗杆的啮合仿真是检验被切制蜗轮与蜗杆的啮合性能、验证蜗轮滚刀可用性的有效方法.啮合仿真的基本思想是蜗轮作旋转运动,蜗杆在其轴线上作往复运动,用插入块的方法加以实现.因为蜗轮与蜗杆的啮合运动和滚刀切削蜗轮的情形相似,只是少了一个径向进给运动,所以仍然是用滚刀刀体轴部面图代替蜗杆,用蜗轮中剖面代替蜗轮进行二维动态啮合仿真,其具体步骤如下:(1)插入蜗轮图块.(2)精确插入蜗杆图块.(3)两者进行相对运动.图6啮合仿真程序框图结束蜗杆复位仿真H =H +2・$H插入蜗杆块S =S +$S 蜗轮转过$H蜗杆轴向移动量S ≤2t蜗轮转角H ≤2P图7　啮合仿真图样 相对运动的程序框图如图6所示,图7为啮合仿直在静止时的图样.通过啮合仿真可以直观地验证蜗轮与蜗杆啮合过程中是否发生干涉,如果没有发生干涉现象,表示滚刀设计合理,否则程序停止啮合仿真运动,提示检查设计参数,进行修改.直至滚刀设计成功.4　结束语文中所述蜗轮滚刀的计算机辅助设计软件中,滚刀零件图采用了全参数化设计,其中包括尺寸标注.这样就大大减少了设计人员的工作量,并且设计效率提高了上百倍.另外,为了适应现代工业对效率和精度与日俱增的要求,软件程序中采用了布尔运算,所设计的滚刀可加工出精度很高的齿轮,精度由切制蜗轮的径向进刀次数与滚刀轴向进给量进行控制.参考文献:[1]袁哲俊.齿轮刀具设计[M ].北京:新时代出版社,1983.[2]陈　光.滚刀设计与制造中的若干问题[M ].北京:机械工业出版社,1992.[3]吉晓民.Auto CAD R 12绘图软件包使用与二次开发技术[M ].西安:西安电子科技大学出版社,1997.[4]四川省机械工业局.齿轮刀具设计理论基础[M ].北京:机械工业出版社,1982.(编辑:李维东) 806 西安电子科技大学学报 第26卷。

蜗轮滚刀是加工蜗轮的主要刀具,而且对于每种蜗轮,须专门设计、制造相应的滚刀。

用传统的人工设计方法,设计人员需进行查表、计算、绘图等工作,重复劳动量大,设计效率低,设计周期长,容易出错。

而采用计算机辅助设计,可以克服上述缺点,提高设计质量和效率。

为此,我们在搜集蜗轮滚刀现有设计资料,研究工人设计方法的基础上,应用AutoCAD内嵌的VBA （visual basic for Application）语言,开发了蜗轮滚刀CAD通用软件。

该系统模拟蜗轮滚刀人工设计的全过程,自动完成设计计算、工作图绘制等全部工作。

1.1 研究蜗轮滚刀计算机辅助设计的意义当今社会是科学技术高速发展的社会，特别是近几年来，计算机技术、电子信息技术等取得的巨大进步，给传统的机械制造行业带来了重大的影响。

多年来的实践表明，将计算机、消息技术应用于机械行业，是机械制造行业进一步发展的必由之路。

而计算机辅助设计（Computer Aided design-CAD）技术作为计算机、消息技术在机械制造行业中应用的一门基础技术，在机械制造领域获得了越来越广泛的发展和应用。

在产品研制开发周期中，设计工作变得愈来愈复杂，使得传统的设计方法己不能适应现代化设计的需要。

而CAD技术的开发和应用彻底改变了这种状况，其无论在设计速度、设计精度、图面质量和出错率等方面，都具有传统设计方法无法比拟的优点。

它能够促进科研成果的应用、开发和转化，减轻人的脑力劳动，提高工程和产品的设计质量，缩短产品研制开发周期，实现设计的科学性和创造性，是加速产品更新换代及提高市场竟争力的一项关键技术和强大工具。

在刀具的设计中，为了减少设计工作量，缩短设计周期，提高设计可靠性，采用CAD技术己成为当务之急。

同时，利用CAD技术开发复杂刀具的计算机辅助设计软件具有很高的实用价值和广阔的应用前景。

本文对机械CAD技术、参数化CAD系统设计环境和开发工具进行了分析和研究。

通过对蜗轮滚刀设计原理的分析，推出了阿基米德蜗轮滚刀的设计计算公式。

阿基米德蜗轮滚刀设计说明书系部：机械工程系专业：机械设计与制造班级：Z120255学号：Z********姓名：***日期：2014年5月蜗轮滚刀设计[原始条件]已知工作的蜗杆的轴向模数：ｍx =5mm ；蜗轮头数：z 1 =2；蜗杆分度圆直径：d 1=50mm; 蜗杆外径：d a1=60mm; 蜗杆根圆直径：d f1=38mm ；蜗杆轴向齿形角:αx1=20o ；分圆柱上螺旋升角:λ=11o 18′36"；轴向齿距p x1=15.708;导程：p x1=z 1p x1=31.416mm;蜗杆螺牙部分长度:L １＝80mm ；蜗杆类型：阿基米德蜗杆；蜗杆材料:40C r ,表面淬火45--50HRC 。

已知蜗轮齿数：z 2=50；蜗轮精度等级：8级；蜗轮副的啮合中心距：a 12=150㎜；蜗轮的顶隙:c=0.2ｍx=1.0㎜；蜗轮副保证侧隙类别:j n ；蜗杆的装配方式：径向；蜗轮材料:ZCuSn10Pb1；使用滚齿机:Y3150E 。

[设计步骤](括号内为精度)蜗轮滚刀处于工作蜗杆的位置与被被切蜗轮啮合，所以蜗轮滚刀的参数应与工作蜗杆相同，即滚刀轴向模数:m x0=5mm ；滚刀头数:z 0=2；滚刀分度圆直径：d 0=50mm ；分圆柱上螺旋升角:λ0=11018′36"；轴向齿距:p x0=31.416mm ；根圆直径：d f0=38；螺旋方向:右旋；蜗杆类型:阿基米德蜗杆。

其它参数如下:1 蜗轮滚刀外径d a0(0.1) d a0=d a1+2(C+Δ) =[60+2(0.5+1)*5 =63mm其中Δ——备磨量。

一般取Δ=0.1m xo C ——蜗轮副的顶隙，C=0.2m x0 2圆周齿数z k采用径向进给加工时，应使z k 与z 0无公因数，以增加包络蜗轮齿面的刀刃数。

同时应考虑蜗轮精度等级，加工6级精度蜗轮z k ≥12；加工7级精度蜗轮z k ≥10；加工8级精度蜗轮z k ≥8；加工9级精度蜗轮z k ≥6。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第07期·1·文章编号：2095－6835（2020）07－0001－02基于CATIA 的滚刀加工蜗轮建模及仿真＊王敏，苏振驰，万长东（苏州市职业大学机电工程学院，江苏苏州215104）摘要：蜗杆传动在实现大传动比的减速器中应用广泛。

为了缩短蜗轮蜗杆设计周期，提高效率，降低研发成本，以某矿用阀门执行器减速箱中蜗轮蜗杆为原型，基于CATIA 软件，详细介绍了其建模方法。

并将建好的模型导入ANSYS 软件进行有限元仿真分析，分析表明，所选参数下的蜗轮蜗杆最大应力能满足强度要求。

关键词：CATIA ；蜗轮蜗杆；精确建模；有限元分析中图分类号：TH122文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.07.001蜗杆传动由于具有结构紧凑、传动比高、传动平稳等优点，得到了广泛的应用[1]。

目前蜗轮蜗杆建模一般有两种方法：①通过Creo 或Solidworks 等软件的齿轮工具箱自动生成，此方法生成的模型在装配时会发生未啮合现象；②利用KiSSsoft 等齿轮生成器生成，建模精度高，操作简便，直接输入参数即可生成模型[2]。

但局限性强，后期对模型的操作不便。

但是，实际的蜗轮蜗杆产品通常有一些独特的技术特征，此时用这些工具设计有困难[3]。

因此，本文利用CATIA 软件对矿用阀门执行器减速箱二级蜗轮蜗杆进行精确建模，能有效提高设计效率，并用于各类有限元仿真分析。

1几何建模某矿用阀门执行器减速箱二级蜗轮蜗杆原始数据来源于企业，如表1所示。

1.1建立蜗轮蜗杆参数根据表1中的数据和设计规范，计算出蜗轮蜗杆各个尺寸数据，如表2所示，并将表2数据输入CATIA 中。

表1原始数据表名称符号值名称符号值模数m 1.80中心距/mm a 46.00蜗杆头数/个Z 1 1.00蜗杆导程角/°Y 5.14蜗轮齿数/个Z 240.00蜗杆导程/mmP5.651.2建立蜗杆几何模型蜗杆的建模主要利用CATIA 的螺旋扫描功能。

蜗轮滚切加工
《机械加工方法与通用设备》
扬州市职业大学 机械工程学院
•蜗轮加工
•蜗轮滚刀加工蜗轮的原理是模拟蜗杆与蜗轮的啮合传动过程。

加工蜗轮所用的滚刀与该蜗轮实际工作时的蜗杆完全相同，只是在上面做出了切削刃，这些切削刃位于原蜗杆的齿廓螺旋线上。

蜗轮滚刀是一种专用刀具，每加工一种蜗轮就要设计一种专用滚刀。

加工蜗轮时，展成运动和主运动与加工直齿圆柱齿轮时相同。

由于在蜗轮的轴向平面内蜗轮齿底部是圆弧形，滚刀轴线就在圆弧中心，所以不需要垂直进给运动。

为切出全齿深，滚刀相对于蜗轮切入运动可以有两种方式，一种是径向进给，一种是切向进给。

为了防止干涉（过切），多头蜗杆滚刀，一般只能采用切向进给；而单头蜗杆滚刀，一般两种进给方式都可采用。

为保证滚刀与蜗轮的啮合传动关系不变，必须
在滚刀切向进给的同时，给蜗轮附加一个转动，保证在蜗轮的中心面内蜗轮与蜗杆保持纯滚动的关系。

因此，滚刀的轴向进给A21与工作台的附加圆周进给B22之间就构成了一条内联系传动链。

即滚刀在切向刀架的带动下沿滚刀轴线作切向进给，这一运动通过换置机构ut使工件产生一个附加转动。

展成运动的圆周进给B12与附加圆周进给B22通过合成机构合成后驱动工作台旋转。

注意：
采用切向进给时，蜗轮齿面有更多的包络切线，加工表面粗糙度小。

对大螺旋升角的蜗轮，应尽可能采用切向进给。

但切向进给时，需要机床有切向进给刀架。

感谢同学们观看
EDUCATION PRACTICE SESSION PPT 扬州市职业大学 机械工程学院周益军 老师。

蜗轮滚刀设计计算编号：12（双导程蜗杆）产品型号：YKS3116计算者：MD零件件号：蜗杆 / 蜗轮61201/61101日期：2001.06注：“度.分秒”标注示例 — 17.0638 表示17度6分38秒；5.596 表示5度59分60秒（即6度）。

项目符号数据工件参数：蜗杆类型ZN1（齿槽法向直廓蜗杆）旋向R右 旋模数（蜗杆轴向，蜗轮端面）m 2.25毫米蜗杆头数Z 11蜗轮齿数Z 260法向齿形角αn20度蜗杆分度圆直径 d 145毫米蜗杆直径系数q20蜗轮名义分度圆直径 d 2135毫米蜗杆传动标准中心距 a 090毫米蜗杆传动中心距a90毫米蜗轮变位系数x 20齿顶高系数 h*a1齿厚增量系数（双导程蜗杆）Ks0.02顶隙系数c0.2蜗轮精度等级（3个公差组中精度最高者）4GB 10089—88滚刀参数：符号粗滚刀半精滚刀精滚刀滚刀类型：齿槽法向直廓蜗杆ZN1非双导程双导程双导程图样编号D--1D--2D--3旋向R右 旋右 旋右 旋轴向模数m 2.25毫米 2.25毫米 2.25毫米法向齿形角αn20度20度20度头数Z111容屑槽数Z k81012齿厚增量系数（双导程蜗杆）Ks非双导程0.020.02分度圆直径d45毫米45毫米45毫米名义导程p7.06858毫米7.06858毫米7.06858毫米大导程p大毫米7.13927毫米7.13927毫米小导程p小毫米 6.9979毫米 6.9979毫米分度圆柱导程角γ 2.5145度.分秒 2.5145度.分秒 2.5145度.分秒大模数齿面分度圆柱导程角γ大 2.5328度.分秒 2.5328度.分秒小模数齿面分度圆柱导程角γ小 2.5002度.分秒 2.5002度.分秒毫米毫米毫米毫米齿顶高h a0 3.0375毫米 2.925毫米 2.925毫米齿根高h f0 2.7毫米 2.7毫米 2.7毫米全齿高h 0 5.7375毫米 5.625毫米 5.625毫米齿顶圆直径 d a051.075毫米50.85毫米50.85毫米齿根圆直径 d f039.6毫米39.6毫米39.6毫米原始截面至薄齿端的计算长度Lg011.97毫米11.97毫米原始截面至薄齿端的实际长度Lg20毫米20毫米滚刀螺牙计算总长L039.9243.23毫米43.23毫米滚刀螺牙实际总长L40毫米40毫米40毫米原始截面处法向弦齿厚最大值s nx 2.53毫米 3.03毫米 3.53毫米原始截面处法向弦齿高h nx 3.0375毫米 2.925毫米 2.925毫米径向铲背量（铲磨）k2毫米3毫米 3.5毫米顶刃后角αa0 5.4211度.分秒10.3906度.分秒14.4506度.分秒径向铲背量（铲车）k1 2.5毫米4毫米 4.5毫米套式滚刀孔径16毫米16毫米16毫米轴台直径最大值31毫米29毫米28毫米容屑槽深度H8.7毫米9.9毫米10.4毫米容屑槽底圆角半径r k 1.3毫米1毫米0.8毫米厚齿端最小齿槽底法向宽度bmin 2.57毫米 1.75毫米 1.24毫米薄齿端最小齿顶法向宽度Samin0.32毫米0.9毫米 1.49毫米大模数齿面导圆柱半径0.321毫米0.323毫米0.323毫米小模数齿面导圆柱半径0.321毫米0.318毫米0.318毫米大齿螺旋线母线与端截面间的夹角19.5826度.分秒19.5824度.分秒19.5824度.分秒小齿螺旋线母线与端截面间的夹角19.5828度.分秒19.5828度.分秒蜗轮滚切时是否面切？否否蜗轮滚切时是否根切？否否公差值：精度等级B AA AAA+孔径公差 GB 1801—79H6H5H4轴台径向跳动公差0.02毫米0.01毫米0.002毫米轴台端面跳动公差0.02毫米0.008毫米0.002毫米最大齿距偏差±0.015毫米0.008毫米相邻齿距差（多头滚刀）0.025毫米0.012毫米0.003毫米*任意三个齿距累积公差±0.025毫米0.012毫米一转内切削刃的螺旋线公差0.005毫米五转内切削刃的螺旋线公差0.008毫米相邻切削刃的螺旋线公差0.003毫米齿形公差0.018毫米0.008毫米0.004毫米刀齿的径向跳动公差0.04毫米0.02毫米0.015毫米刀齿前面的径向性公差0.06毫米0.03毫米0.015毫米容屑槽周节累积公差0.035毫米0.035毫米0.02毫米容屑槽的导程偏差±17.7毫米10.6毫米7.1毫米齿厚偏差±0.02毫米0.02毫米0.006毫米*说明：有标记 * 的数据系本厂自定。

大直径滚刀加工蜗轮的新方法通常我们在加工蜗轮时，所用标准蜗轮滚刀（以下简称滚刀）的基本蜗杆符合被加工蜗轮相啮合的工作蜗杆，其主要参数如模数、压力角、分度圆直径、头数、螺旋方向和螺旋升角等，与相啮蜗杆一致，而且在加工蜗轮时，滚刀的加工中心距与工作中心距相同，这样加工出的蜗轮在理论上与蜗杆能够保证正确的啮合。

本文介绍利用非标准的大直径蜗轮滚刀（即滚刀直径比普通蜗轮滚刀直径大的滚刀，以下简称为大直径滚刀）加工蜗轮的新方法。

通常我们在加工蜗轮时，所用标准蜗轮滚刀（以下简称滚刀）的基本蜗杆符合被加工蜗轮相啮合的工作蜗杆，其主要参数如模数、压力角、分度圆直径、头数、螺旋方向和螺旋升角等，与相啮蜗杆一致，而且在加工蜗轮时，滚刀的加工中心距与工作中心距相同，这样加工出的蜗轮在理论上与蜗杆能够保证正确的啮合。

本文介绍利用非标准的大直径蜗轮滚刀（即滚刀直径比普通蜗轮滚刀直径大的滚刀，以下简称为大直径滚刀）加工蜗轮的新方法。

1. 大直径滚刀的设计（1）确定大直径滚刀的模数、压力角蜗轮与蜗杆能够正确啮合的条件是蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴向模数、蜗轮的端面压力角等于蜗杆的轴向压力角。

可用下述算式表示式中，m t2为蜗轮端面模数；m x1为蜗杆的轴向模数；αt2为蜗轮的端面压力角；αx 1为蜗杆的轴向压力角。

而式中，mn2为蜗轮法向模数；mn1为蜗杆法向模数；αn2为蜗轮法向压力角；αn1为蜗杆法向压力角；β为蜗轮螺旋角；λ为蜗杆螺旋升角。

由式（3）～（7）可以得出mn2= mn1 （8）αn2 =αn1 （9）所以，蜗轮与蜗杆能够正确啮合的条件也可以描述为：蜗轮法向模数等于蜗杆法向模数，且蜗轮法向压力角等于蜗杆法向压力角。

滚刀在加工蜗轮时，其法向模数和法向压力角与蜗轮法向模数和法向压力角是相等的。

所以，为了保证大直径滚刀加工的蜗轮能够与蜗杆正确的啮合，必须保证大直径滚刀的法向模数、法向压力角与蜗轮的法向模数、法向压力角相等。

课程设计-齿轮滚刀设计课程设计设计任务书齿轮滚刀的设计设计者指导老师设计时间2011年12月17日至2011年12月22日目录设计任务3设计原理4参数计算6结构设计9工艺设计 10设计总结 11参考文献 11 设计任务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已知条件名称被切齿轮参数符号数值法向模数635 分圆法向压力角20°齿数25齿顶高系数 1 径向间隙系数025 分圆法向弧齿厚997 变位系数0 分圆螺旋角16°18′35〃螺旋方向右旋精度等级8FJGB10095-88要求1设计A级Ⅱ型单头右旋齿轮滚刀 110前角 0°顶刃后角10°～12°侧刃后角不小于3°有第二铲背量K2滚刀螺旋角≤5°2编制该刀具加工工艺设计原理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基本蜗杆齿轮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之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蜗杆3．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 508 分圆法向压力角齿高系数 1 径向间隙系数分圆法向弧齿厚 798 分圆螺旋角螺旋方向左旋精度等级 7FJ GB0095-88 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滚刀精度等级AA级 2 基本尺寸外径孔径全长容屑槽数根据滚刀精度等级为AA级按表22-1选取I型基本尺寸1004010014 3 法向齿形尺寸齿顶高齿根高齿全高法向齿距法向齿厚 001001 0001001 4 切削部分前角铲背量第一铲背量侧刃后角第二铲背量容屑槽深度槽底半径 5 槽形角 K H R 0度前角前刃面偏位置取应不小于3度采用型铲背形式可按表22-3选取第二铲背量取07081315K051 01 圆整到05 圆整到05 圆整到05 圆整到0255 75 取R 150取 5 作图校验见注略6 分圆直径滚刀外径偏差0018864 7 分度圆螺旋升角精加工滚刀8 容屑槽螺旋角直槽9 容屑槽导程直槽滚刀螺旋槽滚刀 1 10 轴向齿形尺寸轴向齿距轴向齿厚齿顶圆弧半径齿根圆弧半径 0001 001 0101 11 轴向齿形角直槽滚刀直槽0°前角滚刀12 滚刀螺旋方向加工直齿轮与小于10°的斜齿轮时一般制成右旋螺纹加工大于10°的斜齿齿轮时滚刀螺纹方向与被切齿轮方向相同左旋螺纹13 轴台尺寸直径长度侧棱查表22-1查表22-1按总附录表V 14 键槽尺寸键宽键高圆弧按附录表Ⅲ按附录表Ⅲ按附录表Ⅲ15 内孔空刀尺寸空刀直径磨光部分长度按附录表Ⅴ按附录表Ⅴ结构设计结构图如下具体参数见图纸工艺设计本设计非标齿轮滚刀采用高速钢硬度为HRC67－68红硬比较好韧性也不错由于此材料含WMo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了便于加工还必须退火以降低硬度一般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南华大学机械工程学院零件加工工艺卡图号零件名称材料非标齿轮滚齿刀高速钢工序号工序名称及内容设备型号工装夹具刃具量具工时定额备注一锻造锻造毛胚至105105 二正火三车初车外圆清两端面见光一头打出中心孔C6140A 100 四钻内孔至38 Z35 五车车内孔至Ra04两端面各留015外圆留10内孔空刀槽至尺寸C6140A 100 六插插键槽注意内孔留磨量去毛刺B5032七磨内孔至M2120 八车车螺旋槽螺旋槽深度至尺寸分圆齿厚留05 1598512选取挂轮abcd分别为30375054 C6140A 带键锥度芯轴车铲成形刀230 转工序100 九铣铣容屑槽X62W 带键螺纹芯轴25°成形铣刀100 十铲铲齿外圆留04齿厚留03 15985127选取挂轮abcd分别为33365260 C8955 带键螺纹芯轴25°成形铣刀200 转工序200 十一钳去不全齿去毛刺十二热处理6366HRC 十三磨内孔留0010015 M2120十四研内孔至尺寸内孔研磨机130 十五磨两凸台外圆两端面至尺寸M131W 锥度芯轴20′十六磨前刀刃M6420D 40′十七铲磨齿形至尺寸C8955 400 转工序200 十八送检十九液体喷砂二十激光刻标记二十一浸蜡真空包装工艺说明工序八九用带键锥度芯轴是因为车螺纹槽和铣容屑槽时切削力过大用锥度芯轴容易打滑工序十车铲滚刀螺旋槽时车铲单边而不是双边同时进行是因为车铲螺纹槽时切削力太大切削系统中刀具强度和机床刚度难以承受工序八和工序十在配挂轮时π值应取计算机默认值而不是314因为i值至少取到小数点后五位314不一定达到精度滚刀计算轴向齿距是为了便于检测设计总结高速钢是一种含多量碳 C 钨 W 钼 Mo 铬 Cr 钒 V 等元素的高合金钢热处理后具有高热硬性当切削温度高达600℃以上时硬度仍无明显下降用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上而得其名高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高速钢按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性这是通过改变高速钢的化学成分提高性能而发展起来的新品种它具有更高的硬度热硬性切削温度达摄氏650度时硬度仍可保持在60HRC以上耐用性为普通高速钢的15-3倍适用于制造加工高温合金不锈钢钛合金高强度钢等难加工材料的刀具主要品种有4种分别为高碳系高速钢高钒系高速钢含钴系高速钢和铝高速钢国内在复合刀片生产方面主要采用热轧焊的方法以生产工业机械刀片的重点企业柳州市机械刀片厂为例该厂生产的永丰利牌工业刀片在国内久负盛名销量始终保持国内前三位产品在国内具有典型性目前使用的制造技术是刀体材料为碳素结构钢Q235刀刃材料为普通合金工具钢制造过程是先将合金工具钢同刀体焊接定住然后将已定位的刀片加热到高温再进行热轧将刀片压合在刀体内从制造过程来说刀体和刀刃部分在加热时发生氧化这些氧化物在压合面上可能形成夹杂降低产品的成品率其次是复合后的加工余量很大耗费大量工时从刀片的使用观点出发刀片的连续工作时间太短一般在工作68小时后必须下机磨刀口对要求高的切削加工其连续工作时间不得超过4小时工作过程中如遭遇硬度较高的材质刀口的锋利性也比高速钢复合刀片差对用户来说生产效率显然偏低国内生产的普通工具钢复合刀片与国外的高速钢复合刀片相比技术性能存在相当大的差距为提高刀片的性能国内刀片制造行业也进行大量研究但只有少数厂家可以少量生产小尺寸的高速钢刀片如上海 IKS公司和大连星海刀片厂采用的方法是在可控气氛炉中加热的钎焊复合方式生产效率低而且目前只能少量生产1米以下刀片1米以上刀片国内还没有突破钎焊技术只能依靠进口复合好的半成品再加工柳州市机械刀片厂1998年研制成功了高速钢圆刀产品的生产工艺通过成功开发高速钢圆刀产品对高速钢材的性能和特点有一定的了解2001年我厂对高速钢镶钢焊接课题立项对高速钢复合刀片的连接研究有一定的进展了解了制造工业的难点制定了克服难点的技术措施为攻克高速钢复合刀片的技术难关明确了方向随后也曾经投入大量经费对高速钢复合刀片进行过初步的研制以缩小与国外产品的差距提高产品在国外市场上的竞争力但由于高速钢复合刀片的制造工艺较复杂刀片合格率不到10％无法投入批量生产实际上高速钢大型刀片在我国刀片生产领域尚属空白研究大型高速钢复合刀片制造技术对提高我国切纸和木材加工行业的技术发展具有重要意义从刀片制造技术的初步探索结果看制约刀片生产的主要技术是复合焊接技术柳州市机械刀片厂将与北京航空航天大学合作研究大型复合刀片的全套制造工艺和设备北京航空航天大学在焊接工艺设备方向有很深的造诣具有扎实的理论基础丰富的实际经验和良好的测试设备高性能高速钢是在通用型高速钢中增大含碳量含钒量还增加了钻铝等合金元素捉高了高速钢的耐磨性和耐热性这些高性能高速钢温度在650时其硬度为HRC60而普通高速钢W18Cr4V只有49～492高出了10HRC耐用度为普通高速钢的1～3倍用它制作各种切削刀具切削加工难切削材料如不锈钢高温合金钛合金高强度钢等高速钢按性能分为普通型和高性能高速钢按化学成分分为钨系钨钼系钼系高速钢按工艺分为熔炼和高速钢。

基于SolidWorks的蜗轮滚刀CAD系统
吴凤和
【期刊名称】《燕山大学学报》
【年(卷),期】2002(026)001
【摘要】在SolidWorks平台上开发蜗轮滚刀CAD系统.该系统可完成蜗轮滚刀的三维实体设计、结构设计与工程图的自动生成等工作.主要介绍了该CAD系统的组成与环境,各模块的功用,并给出应用实例.
【总页数】3页(P75-77)
【作者】吴凤和
【作者单位】燕山大学机械工程学院,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
【中图分类】TG7
【相关文献】
1.基于SolidWorks的ATC凸轮机构CAD系统开发 [J], 孙刚;仇晓黎;彭子平
2.基于AutoLISP的蜗轮滚刀CAD系统数据处理 [J], 徐岩;段星光;赵秀平
3.基于实例的蜗轮滚刀CAD系统 [J], 于忠海
4.基于实例CAD系统中的蜗轮滚刀设计实例库 [J], 于忠海
5.基于实例推理的蜗轮滚刀CAD系统 [J], 吴凤和
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