齿轮刀具设计与选用手册

田培棠 教授级高级工程师.享受国务院津贴专家;重庆大学、重庆理工大学教授.曾任重庆市科学技术委员会副主任。原<复杂刀具设计手册》主编和主要编著者之一;著有(刀具设计的螺旋面理论)、<齿轮刀具设计的理论基础>等书;在《机械工程学报》等刊物上发表过35篇论文:曾获四川省科技进步二等奖。

常用符号……1

第一篇 加工渐开线齿形的刀具

第一章 圆柱齿轮铣刀…………………… 5

第一节 盘形齿轮铣刀………………… 5

一、概述……………………………… 5

二、直齿圆柱齿轮铣刀的齿形计算…… 6

三、斜齿圆柱齿轮铣刀的齿形计算…… 9

四、盘形齿轮铣刀的结构…………… 10

五、盘形齿轮铣刀的主要技术条件… 15

六、盘形齿轮铣刀设计步骤及计算举例……………………………… 16

第二节 指状齿轮铣刀……………… 18

一、指状齿轮铣刀的主要类型……… 18

二、直齿圆柱齿轮指状铣刀齿形的确定……………………………… 19

三、渐开线螺旋齿轮指状铣刀齿形计算……………………………… 20

四、指状铣刀的结构………………… 24

五、螺旋槽指状铣刀………………… 29

六、指状铣刀的技术要求…………… 31

七、指状齿轮铣刀设计步骤及计算举例……………………………… 32

第二章 齿轮滚刀……………………… 34

第一节 概述…………………………… 34

第二节 整体齿轮滚刀………………… 35

一、滚刀的结构参数………………… 35

二、滚刀的齿形……………………… 38

三、设计步骤及计算举例…………… 40

四、齿轮滚刀的技术要求…………… 43

第三节 镶片齿轮滚刀………………… 47

一、两种常用的镶片滚刀结构……… 48

二、不铲磨滚刀……………………… 48

第四节 其他几种滚刀………………… 49

一、高精度齿轮滚刀………………… 49

二、小压力角滚刀…………………… 50

三、大齿顶圆弧的齿轮滚刀………… 51

四、齿高不等的齿轮滚刀…………… 52

五、大直径多头滚刀………………… 52

六、尖齿滚刀………………………… 53

七、渐开线花键滚刀………………… 53

第五节 小模数齿轮滚刀……………… 55

一、小模数齿轮滚刀齿形…………… 55

二、小模数齿轮滚刀的结构及其尺寸……………………………… 56

三、设计步骤及计算举例…………… 57

四、小模数齿轮滚刀主要技术条件… 59

第六节 剃前滚刀和挤前滚刀………… 61

一、留剃余量的形式………………… 61

二、剃前滚刀齿形的计算…………… 62

三、挤前滚刀简述…………………… 68

第七节 硬质合金齿轮滚刀…………… 69

一、用于高速滚齿的硬质合金滚刀… 69

二、硬齿面刮削齿轮滚刀…………… 69

第三章 蜗轮滚刀……………………… 73

第一节 概述…………………………… 73

一、蜗轮滚刀的主要特色…………… 73

二、蜗杆传动类型…………………… 74

第二节 圆柱蜗杆传动类型及特点…… 74

一、阿基米德圆柱蜗杆--ZA 蜗杆… 74

二、法向直廓圆柱蜗杆--ZN 蜗杆… 75

三、渐开线圆柱蜗杆--ZⅠ 蜗杆…… 76

四、圆弧圆柱蜗杆--ZC 蜗杆……… 77

五、锥面包络圆柱蜗杆--ZK1蜗杆……………………………… 78

六、圆柱蜗杆传动基本几何尺寸参数……………………………… 78

第三节 普通蜗轮滚刀………………… 81

一、滚刀圆周齿数Zk 的选择限制…… 81

二、蜗轮滚刀的结构形式及主要长度尺寸参数………………………… 85

三、蜗轮滚刀的其他结构参数设计……………………………… 89

四、蜗轮滚刀的设计步骤及计算举例……………………………… 94

五、蜗轮滚刀的技术条件…………… 99

第四节 蜗轮飞刀…………………… 103

一、蜗轮飞刀的工作原理…………… 103

二、阿基米德蜗轮飞刀齿形………… 104

三、渐开线蜗轮飞刀齿形…………… 108

四、法向直廓蜗轮飞刀齿形………… 111

五、飞刀的刀头与刀杆结构………… 114

第五节 双导程蜗轮滚刀…………… 117

一、双导程蜗杆传动的特点………… 117

二、双导程蜗轮滚刀的特点………… 119

三、双导程蜗轮滚刀的设计步骤及计算举例……………………… 122

第六节 蜗轮滚剃刀与蜗轮剃齿刀… 126

一、蜗轮滚剃刀……………………… 126

二、蜗轮剃齿刀……………………… 127

第七节 加工多头蜗轮的单头蜗轮滚刀………………………… 128

一、概述…………………………… 128

二、单头滚刀主要参数的计算……… 130

三、设计步骤及计算举例…………… 131

第八节 圆弧齿蜗轮滚刀…………… 134

一、基本蜗杆螺旋面及截形………… 134

二、圆弧齿蜗轮滚刀的设计特点…… 141

三、设计步骤及计算举例…………… 142

第九节 直廓环面蜗轮滚刀………… 145

一、直廓环面蜗杆、蜗轮齿面的形成及几何尺寸参数……………… 145

二、加工直廓环面蜗杆的刀具……… 148

三、加工直廓环面蜗轮的飞刀……… 160

四、加工直廓环面蜗轮的滚刀……… 167

第四章 插齿刀………………………… 177

第一节 概述………………………… 177

第二节 外啮合直齿插齿刀………… 178

一、插齿刀相关截面的尺寸参数…… 178

二、外啮合直齿插齿刀变位系数的确定…………………………… 179

三、插齿刀的其他设计特点………… 182

四、标准直齿插齿刀的结构参数…… 184

五、标准直齿插齿刀的技术条件…… 189

六、插齿刀设计步骤及计算举例…… 193

第三节 内啮合直齿插齿刀………… 197

一、内啮合插齿刀的特点…………… 198

二、内啮合直齿插齿刀变位系数的确定……………………… 198

三、少齿数插齿刀本身根切的避免…………………………… 200

四、内啮合插齿刀设计步骤及计算举例……………………… 201

第四节 斜齿(人字齿)插齿刀……… 206

一、概述…………………………… 206

二、人字齿轮插齿刀的设计特点…… 207

三、斜齿插齿刀的设计特点………… 209

笫五节 剃前插齿刀………………… 216

一、剃前插齿刀齿顶凸角的计算…… 217

二、剃前插齿刀齿顶凸角的设计步骤和计算举例………………… 218

第六节 硬齿面插齿刀……………… 219

一、结构特点……………………… 220

二、锥形前刀面的插齿刀…………… 220

三、锥基波形前刀面的插齿刀……… 224

第七节 渐开线花键孔插齿刀……… 227

一、设计特点……………………… 227

二、渐开线花键孔插齿刀的结构尺寸…………………………… 228

第八节 小模数插齿刀……………… 229

一、设计特点……………………… 229

二、小模数插齿刀的结构尺寸……… 230

三、小模数直齿插齿刀技术要求…… 232

第九节 谐波齿轮插齿刀…………… 235

一、谐波齿轮插齿刀的设计特点…… 236

二、谐波齿轮插齿刀的主要结构参数…………………………… 237

第十节 带不重磨可换刀片的插齿刀… 238

一、结构特点……………………… 239

二、不重磨插齿刀的优点…………… 239

三、不重磨插齿刀薄刀片的特点…… 240

四、刀片变形误差及修正…………… 241

第十一节 带内齿筒形插齿刀……… 242

一、齿轮上的结合齿圈齿形及插齿刀的特点……………………… 243

二、工件齿形参数及辅助参数的计算…………………………… 244

三、插齿刀分度圆压力角的修正…… 244

四、插齿刀的设计特点……………… 246

第五章 剃齿刀………………………… 247

第一节 盘形剃齿刀………………… 247

一、剃齿刀的设计原理……………… 247

二、剃齿方法……………………… 249

三、重要结构参数的确定原则…… 250

四、专用剃齿刀的设计方法………… 252

五、设计步骤和计算举例…………… 252

六、盘状剃齿刀的结构尺寸………… 259

七、剃齿刀的主要技术条件………… 264

八、剃齿刀的齿形修正……………… 267

第二节 平衡剃齿刀………………… 268

一、平衡剃齿原理…………………… 268

二、平衡啮合角……………………… 269

三、与平衡剃齿刀设计有关的几个计算公式……………………… 271

四、平衡剃齿刀设计特点…………… 272

五、平衡剃齿刀存在的不足………… 274

第三节 负变位剃齿刀……………… 275

一、负变位剃齿刀的特点…………… 275

二、负变位剃齿刀设计特点………… 276

第六章 直齿锥齿轮刀具……………… 281

第一节 直齿锥齿轮刀具概述……… 281

一、直齿锥齿轮的特点……………… 281

二、直齿锥齿轮的加工方法………… 283

三、直齿锥齿轮刀具的类型………… 284

第二节 直齿锥齿轮盘形铣刀……… 285

一、锥齿轮铣切方法………………… 285

二、直齿锥齿轮盘形铣刀齿形设计(按方法Ⅱ加工) ……………… 287

三、直齿锥齿轮盘形铣刀的主要技术条件…………………………… 290

四、直齿锥齿轮盘形铣刀设计步骤及计算举例……………………… 290

第三节 直齿锥齿轮成形定装滚刀… 292

一、成形定装滚刀的工作原理……… 292

二、成形定装滚刀的齿形计算……… 292

三、成形定装滚刀的结构尺寸及技术要求………………………… 297

四、成形定装滚刀设计步骤及计算举例…………………………… 298

第四节 成对展成锥齿轮刨刀……… 301

一、刨削原理……………………… 301

二、直齿锥齿轮精刨刀的结构参数…………………………… 302

三、精刨齿刀的切削角度…………… 307

四、直齿锥齿轮精刨齿刀的技术条件… 308

五、直齿锥齿轮粗刨齿刀…………… 309

第五节 成对展成锥齿轮铣刀……… 312

一、成对展成锥齿轮铣刀工作原理… 312

二、成对展成锥齿轮铣刀结构……… 313

三、成对展成锥齿轮铣刀的设计特点… 314

四、铣刀盘刀齿的主要技术要求…… 316

五、成对展成铣刀刀齿的设计步骤及计算举例……………………… 317

第七章 曲线齿锥齿轮加工刀具…… 320

第一节 曲线齿锥齿轮概述………… 320

一、曲线齿锥齿轮的类型…………… 320

二、曲线齿锥齿轮加工刀具的类型… 323

第二节 圆弧齿锥齿轮加工刀具…… 324

一、圆弧齿锥齿轮加工原理概述…… 324

二、标准圆弧齿锥齿轮刀具………… 328

三、新型圆弧齿锥齿轮刀具………… 373

四、圆弧齿锥齿轮刀具的刃磨和检验… 398

五、圆弧齿锥齿轮刀具的技术条件… 403

第三节 延伸外摆线等高齿锥齿轮加工刀具…………………… 407

一、延伸外摆线等高齿锥齿轮加工原理概述……………………… 407

二、奥制标准型延伸外摆线等高齿锥齿轮刀具……………………… 410

三、奥制其他类型延伸外摆线等高齿锥齿轮刀具……………………… 430

四、克制延伸外摆线等高齿锥齿轮刀具…………………………… 436

参考文献……445

第二篇 加工非渐开线齿形的刀具

第一章 成形铣刀……………………… 446

第一节 加工直纹曲面的铣刀齿形计算………………………… 446

第二节 工件端面齿形参数及铣刀安装参数…………………… 447

一、工件螺旋面原始参数及端面齿形…………………………… 447

二、铣刀安装位置和直径…………… 448

第三节 加工圆柱螺旋面的盘形铣刀齿形………………………… 449

一、图解法………………………… 449

二、计算法………………………… 452

第四节 加工圆柱螺旋面的指状铣刀齿形………………………… 456

第五节 加工工件非工作齿廓的铣刀齿形及铣刀齿形的代换………… 459

一、加工工件根圆的铣刀顶刃回转面轴向截形及刀尖圆角………… 459

二、铣刀齿形的代换………………… 459

第六节 盘形铣刀的齿形修正及样板坐标计算………………… 460

一、γ >0。的直齿铣刀……………… 460

二、γ >0。、λ >0。的交错齿成形铣刀…………………………… 461

第七节 加工圆柱螺旋面的成形铣刀齿形计算实例……………… 464

一、加工阿基米德蜗杆盘形铣刀齿形计算……………………… 464

二、加工渐开线蜗杆盘形铣刀齿形计算…………………………… 468

第八节 整体盘形成形铣刀设计…… 471

一、结构参数……………………… 471

二、设计步骤及计算举例…………… 471

第九节 成形铣刀的主要技术条件… 481

一、表面粗糙度…………………… 481

二、尺寸偏差……………………… 481

三、形状位置偏差…………………… 481

四、齿形误差……………………… 481

第十节 装配式圆磨成形(不铲齿)铣刀………………………… 482

一、特点…………………………… 483

二、刀片槽设计……………………… 483

三、计算铣刀的圆磨半径…………… 485

四、刀齿的夹紧与定位……………… 486

五、设计示例……………………… 487

附录:铣刀回转面与被加工螺旋面的接触条件式求解方法………………… 488

第二章 摆线螺杆铣刀……………… 493

第一节 螺杆端面齿形……………… 493

一、端面齿形的形成原理…………… 493

二、端面齿形参数…………………… 494

第二节 铣刀直径和轴线夹角的确定… 501

一、铣刀前刃中点直径da0 ………… 501

二、齿根过渡曲线…………………… 501

三、不产生过渡曲线轴线夹角Σ 的选择…………………………… 503

第三节 铣刀齿形的计算…………… 505

一、主动螺杆铣刀齿形……………… 506

二、从动螺杆铣刀齿形……………… 510

第四节 摆线螺杆铣刀的设计……… 514

一、设计特点……………………… 514

二、摆线螺杆铣刀的设计步骤及计算举例…………………………… 533

第三章 花键轴和棘轮滚刀………… 539

第一节 概述………………………… 539

一、滚刀齿形形成原理……………… 539

二、滚刀的类型及用途……………… 540

第二节 矩形花键轴滚刀…………… 541

一、花键轴节圆半径的选取………… 541

二、滚刀齿形的求法………………… 543

三、滚刀结构参数…………………… 556

四、标准矩形花键轴滚刀的结构参数……558

五、设计步骤及计算举例…………… 561

六、矩形花键滚刀的主要技术条件…… 563

第三节 矩形齿锥底花键轴滚刀…… 566

一、设计特点……………………… 566

二、设计步骤及计算举例…………… 567

第四节 三角花键滚刀……………… 573

一、设计特点……………………… 573

二、滚刀齿形的计算………………… 574

三、滚刀结构参数…………………… 575

四、设计步骤及计算举例…………… 575

第五节 成形滚刀…………………… 578

一、加工棘轮的成形滚刀…………… 579

二、加工三角形花键轴的成形滚刀…… 582

三、加工矩形花键轴的成形滚刀…… 584

四、成形-展成组合滚刀…………… 584

第四章 套筒滚子传动链链轮铣刀及滚刀………………………… 585

第一节 套筒滚子传动链链轮的端面齿形………………………… 585

第二节 盘形链轮铣刀……………… 587

一、新标准链轮铣刀的设计(链轮按GB/ T 1243 -2006 标准) ……… 587

二、旧标准链轮铣刀设计(链轮按GB/ T 1244-76 标准) ………… 588

三、盘形链轮铣刀的主要技术条件…… 590

第三节 链轮滚刀…………………… 591

一、三圆弧链轮滚刀的法向齿形…… 591

二、渐开线链轮滚刀的法向齿形…… 593

三、标准链轮滚刀的结构和主要尺寸…………………………… 593

四、链轮滚刀的技术要求…………… 596

第五章 行星摆线齿轮铣刀和滚刀… 598

第一节 行星摆线齿轮盘形铣刀…… 598

一、齿形计算……………………… 598

二、结构尺寸……………………… 600

三、设计步骤及计算举例…………… 601

四、行星摆线齿轮铣刀的主要技术条件(JB/ T 7970. 2-1999) …… 602

第二节 行星摆线齿轮滚刀………… 603

一、齿形的确定……………………… 603

二、设计步骤及计算举例…………… 607

第三篇 齿形刀具选用时的快速验算

总附录

本书介绍了加工渐开线齿形和非渐开线齿形的刀具设计方法，以及选用现有齿轮刀具时的验算方法。包括各类咸形铣刀(盘形和指状铣刀);各类齿轮滚刀和蜗轮滚刀(飞刀);各类插齿刀;盘形剃齿刀以及平衡剃齿刀、小啮合角剃齿刀;齿端倒角(倒棱)刀具;加工直齿和螺旋齿锥齿轮的刀具等。书中除附有大量线图、数表以简化繁琐的计算外，对每种刀具都列有详细的设计计算步骤和主要技术条件，并就各种刀具，附以设计举例和按该例计算结果所绘出的工作图。