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加工大模數、大變位齒輪用雙頭滾刀刀片的設計與應用

加工大模數、大變位齒輪用雙頭滾刀刀片的設計與應用

  1在滾齒加工中,增加滾刀頭數可成倍提高工作臺轉速,大幅度提高加工效率,因此多頭滾刀作為一種高效刀具已廣泛應用于中、小模數齒輪的加工。但是,應用多頭滾刀加工大模數齒輪時,隨著滾刀頭數的增加,包括工件每個齒面的刀齒數成比例地減少,使滾刀每個刀齒的切削負荷增大。為提高滾刀剛性,減小被切齒面棱度,滾刀的外徑和孔徑必須相應增大,滾刀齒數(容屑槽數)也需要增多。由于大模數齒輪的切削余量和切削深度較大(大變位齒輪尤其如此),在加工過程中易出現切削不平穩現象,加劇刀具磨損及燒傷,降低刀具耐用度,因此對加工機床、刀具、工裝的剛性要求較高。由于以上原因,多頭滾刀在大模數、大變位齒輪加工中的應用難度較大。為提高大模數、大變位齒輪的加工效率(尤其是粗滾齒效率),我們設計了大直徑雙頭滾刀,經過工藝試驗和批量生產,獲得了良好的加工效果和經濟效益。

  2 雙頭滾刀的設計

  被加工齒輪參數為:模數m=12mm,壓力角a=20°,變位系數X=1. 3,齒數Z1=38;齒坯為鍛件;在Y30100 滾齒機上進行加工。通過分析計算滾齒機和雙頭滾刀的加工能力,確定非標雙頭滾刀的設計參數為:外徑De=200mm,孔徑d=50mm,容屑槽數Z刀=10,分圓螺紋升角lf=8°22',直槽,0°前角,帶圓弧頭觸角,齒厚留量DS=1.6mm,右旋?,F將設計要點說明如下。

  Y30100 滾齒機分度蝸桿的允許轉速為[n蝸桿]≤500r/min。蝸桿轉速n蝸桿與主軸轉速(滾刀轉速)n刀、滾刀頭數k頭和工件齒數Z1的關系式為

  n蝸桿=99n刀k頭/2Z1

  將設計參數代入上式計算可得:n蝸桿=83. 3r/min<[n蝸桿]。

  Y30100滾齒機加工鋼制工件時,滾刀的允許最大外徑[De]max=220mm,粗滾加工的允許切削速度[v刀]=20~25m/min。切削速度計算公式為

  v刀=pn刀De/1000

  為避免因切削速度過高而降低刀具耐用度,設計時采用允許切削速度的下限值。將選定的滾刀外徑De=200mm 代入公式計算可得:v刀=20.1m/min,略高于[v刀]=20m/min。

  根據設計要求,滾刀頭數與被切齒輪齒數之間應無公約數,以避免發生被切齒輪齒厚不一致現象。但如選用三頭以上的滾刀,刀具螺旋升角較大,不利于加工,且該滾刀主要用于粗滾加工,對加工精度要求不是太高,應主要考慮加工效率,因此設計時仍選用雙頭滾刀。

  設計多頭滾刀時,應加大滾刀外徑,增加容屑槽數。當選用滾刀齒數Z刀=11時,刀齒厚度較選用Z刀=10時減小5.7mm,刀具耐用度降低較多;且作圖校驗發現砂輪鏟磨時會發生干涉現象,加上考慮粗加工的因素,因此采用Z刀=10較為合理。

  采用正前角可提高滾刀齒形設計精度,改善切削條件,對于螺紋升角較大的大模數滾刀尤其如此。根據直槽正前角滾刀的設計方法,軸向齒形角計算公式為

  ctgaqz=ctgancoslf(1-Z刀Ke/2prf2cosgf)

  左、右側前刃面齒形角計算公式為

  tanaq=(tanancosgf± sinlfsingf)/coslf

  式中:an——滾刀法向齒形角

  lf——滾刀分圓螺紋升角

  Z刀——滾刀容屑槽數

  K——滾刀徑向鏟背量,K=pDetanae/Z刀

  e——滾刀前刃面偏心位置,e=Resinge

  rf——滾刀分圓半徑

  gf——滾刀分圓前角,gf=arcsin(e/rf)

  ae——滾刀頂刃后角

  Re——滾刀頂刃半徑

  ge——滾刀頂刃前角

  經計算,直槽正前角滾刀的軸向齒形角比直槽0°前角滾刀增大了48'。


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