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金屬切削刀具設計手冊（第2版）

為了解決齒輪壓力角模數的問題，作者袁哲俊 這樣論述：

本手冊系統、全面地介紹了各種金屬切削刀具的結構及其設計，包括普通刀具和複雜刀具的設計。本手冊共分17章，介紹了刀具幾何參數的定義、刀具材料和與刀具相關的高速切削技術；普通刀具部分介紹了車刀、孔加工刀具、銑刀和螺紋刀具；複雜刀具部分介紹了拉刀、數控機床用工具系統、齒輪刀具和加工非漸開線齒形工件的刀具。對常用的標準刀具，扼要地介紹了刀具的結構特點和設計方法。 對非標準刀具和一些參考資料中敘述較少的先進高效刀具，則較詳細地介紹它們的設計原理和方法。手冊除附有大量的圖表、資料、標準資料和技術要求外，還對不少刀具列有詳細的設計計算步驟，並附有設計示例和工作圖。手冊最後附有刀具夾持部分的結構和尺寸以及國

家、行業的刀具標準號，供設計時參考。 本手冊可作為刀具設計人員的案頭工具書，也可供刀具製造和使用的工程技術人員以及機械製造專業的師生參考。 第2版 前言 第1版 前言 第1章 刀具幾何參數的定義1 1.1切削運動和切削用量1 1.1.1工件的加工表面1 1.1.2切削運動1 1.1.3切削用量1 1.2刀具切削部分的構造要素2 1.3確定刀具角度的參考系4 1.3.1刀具靜止參考系4 1.3.2刀具工作參考系4 1.4刀具角度的定義與各角度間的關係6 1.4.1刀具角度（刀具的標注角度）7 1.4.2刀具在靜止參考系內各角度間的關係7 1.4.3刀具的工作角度7 1.4

.4刀具工作角度與標注角度的關係10 1.5刀具幾何角度及刃部參數的選擇原則12 第2章 刀具材料14 2.1概述14 2.1.1刀具材料應具備的性能14 2.1.2常用刀具材料的種類14 2.1.3不同刀具材料的基本性能分析15 2.2刀具材料的改性和塗層17 2.2.1刀具的表面化學熱處理17 2.2.2刀具表面塗層17 2.3工具鋼27 2.3.1非合金工具鋼（原碳素工具鋼）27 2.3.2合金工具鋼27 2.3.3高速工具鋼29 2.4硬質合金37 2.4.1硬質合金的性能特點37 2.4.2硬質合金的種類40 2.4.3硬質合金的選用48 2.5陶瓷及超硬刀具材料54 2.5.1陶

瓷刀具材料54 2.5.2金剛石和立方氮化硼刀具材料65 第3章 高速切削刀具材料和工具系統74 3.1高速切削刀具材料74 3.2高速切削的工具系統74 3.2.1HSK刀柄74 3.2.2KM刀柄75 3.2.3BT、HSK和KM刀柄的對比75 第4章 車刀77 4.1整體、焊接和機夾車刀77 4.1.1車刀的種類和用途77 4.1.2車刀的結構設計78 4.1.3焊接式硬質合金車刀85 4.1.4機夾式硬質合金車刀105 4.1.5切斷刀105 4.1.6幾種典型車刀的製圖109 4.2可轉位車刀109 4.2.1可轉位車刀的設計特點109 4.2.2硬質合金可轉位刀片與刀墊110

4.2.3可轉位刀片的選擇138 4.2.4可轉位車刀幾何角度的選擇與計算146 4.2.5可轉位元車刀的型號表示規則148 4.2.6可轉位車刀的型式與尺寸151 4.2.7主要夾緊元件的尺寸與計算159 4.2.8硬質合金可轉位車刀技術條件162 4.2.9硬質合金可轉位車刀設計示例164 4.3重型車刀166 4.3.1重型車削的定義與刀具結構特點166 4.3.2刀片的夾緊方式選擇與設計要點166 4.3.3重型車刀刀片168 4.3.4模組式重型車刀系統169 4.4超硬材料車刀170 4.4.1結構型式、特點及適用範圍171 4.4.2複合刀片174 4.4.3金剛石車刀與立方氮化

硼車刀的幾何角度與切削用量176 4.4.4單晶金剛石車刀設計示例180 4.5插刀180 4.5.1插刀的種類、用途和結構特點180 4.5.2插刀的切削角度與插削用量181 4.6成形車刀182 4.6.1成形車刀的種類和用途182 4.6.2成形車刀的前角與後角182 4.6.3成形車刀廓形設計和檢驗樣板184 4.6.4成形車刀的結構尺寸與夾固結構186 4.6.5成形車刀的刃磨與技術要求192 4.6.6成形車刀設計示例194 第5章 孔加工刀具202 5.1麻花鑽202 5.1.1麻花鑽的典型結構202 5.1.2標準麻花鑽的刃磨方法207 5.1.3標準麻花鑽切削部分的刃磨改進

212 5.1.4標準麻花鑽的溝形及其改進221 5.1.5其他類型的麻花鑽228 5.2深孔鑽233 5.2.1單刃外排屑深孔鑽234 5.2.2內排屑深孔鑽236 5.2.3噴吸鑽237 5.2.4深孔環孔鑽（套料鑽）242 5.3淺孔鑽與中心鑽244 5.3.1淺孔鑽244 5.3.2中心鑽245 5.4擴孔鑽246 5.4.1擴孔鑽的種類246 5.4.2標準擴孔鑽247 5.4.3焊硬質合金刀片擴孔鑽249 5.5鍃鑽253 5.5.1鍃鑽的種類253 5.5.2標準鍃鑽253 5.5.3鑲硬質合金刀片的專用鍃鑽254 5.5.4複合專用鍃鑽254 5.5.5四方孔及六方孔鍃鑽254

5.6鉸刀258 5.6.1鉸刀的種類258 5.6.2鉸刀設計與選用258 5.6.3加工圓柱孔用的整體手用鉸刀262 5.6.4加工圓柱孔用的整體機用鉸刀263 5.6.5加工圓錐孔用的鉸刀270 5.6.6複合鉸刀273 5.6.7可調鉸刀273 5.6.8電鍍金剛石鉸刀278 5.6.9使用鉸刀時出現的問題原因以及解決措施280 5.7鏜刀281 5.7.1鏜刀分類281 5.7.2整體結構的鏜刀281 5.7.3組合式鏜刀283 5.7.4帶可微調機構的鏜刀283 5.7.5鏜刀的刀柄287 第6章 銑刀289 6.1銑刀的種類和用途289 6.1.1尖齒銑刀289 6.1.2鏟

齒銑刀289 6.2銑削參數和銑刀幾何角度的選擇289 6.2.1銑刀幾何角度的選擇289 6.2.2銑刀的減振設計289 6.2.3銑削用量要素及切削層參數293 6.2.4順銑、逆銑及銑削的特點295 6.3銑刀的連接結構和常用標準296 6.4成形銑刀297 6.4.1成形銑刀的種類和用途297 6.4.2鏟齒成形銑刀297 6.4.3鏟齒成形銑刀結構參數的確定299 6.4.4加工直槽的成形銑刀廓形設計304 6.4.5加工螺旋槽的成形銑刀廓形設計305 6.5高速工具鋼銑刀308 6.5.1高速工具鋼尖齒銑刀結構參數的設計308 6.5.2圓柱銑刀309 6.5.3立銑刀311 6.

5.4盤銑刀318 6.5.5鋸片銑刀321 6.5.6角度銑刀322 6.5.7半圓鍵槽銑刀323 6.5.8T形槽銑刀324 6.5.9凸凹半圓銑刀327 6.5.10圓角銑刀328 6.5.11模具銑刀329 6.6硬質合金銑刀332 6.6.1可轉位銑刀刀片332 6.6.2硬質合金立銑刀340 6.6.3微型硬質合金立銑刀356 6.6.4硬質合金T形槽銑刀356 6.6.5硬質合金鋸片銑刀358 6.6.6硬質合金槽銑刀362 6.6.7硬質合金旋轉銼368 6.6.8面銑刀374 6.6.9插銑刀388 6.6.10高速切削時銑刀的動平衡390 第7章 拉刀394 7.1概述3

94 7.1.1拉刀的種類394 7.1.2拉刀的結構要素395 7.1.3拉削的特點及拉削方式395 7.2拉刀參數確定399 7.2.1拉削餘量及齒升量399 7.2.2容屑槽及分屑槽401 7.2.3拉刀幾何參數405 7.2.4拉刀校準齒、過渡齒和精切齒405 7.2.5拉刀無刀齒的光滑部分407 7.2.6拉刀總長度和成套拉刀的設計414 7.2.7拉削力及其驗算415 7.3圓拉刀和圓推刀417 7.3.1普通圓拉刀417 7.3.2圓推刀421 7.3.3擠光圓拉刀和圓推刀423 7.3.4螺旋齒圓拉刀424 7.3.5深孔圓拉刀426 7.4鍵槽拉刀429 7.4.1鍵槽的種類

與加工429 7.4.2鍵槽拉刀的結構型式和特點429 7.4.3鍵槽拉刀的設計438 7.5矩形花鍵拉刀446 7.5.1普通矩形花鍵拉刀446 7.5.2螺旋花鍵拉刀455 7.5.3矩形花鍵推刀457 7.6漸開線花鍵拉刀458 7.6.1漸開線花鍵拉刀設計要點458 7.6.2漸開線花鍵拉刀齒形的量棒測量法462 7.6.3梯形齒粗拉刀的設計464 7.6.4直線齒形（45°壓力角）漸開線花鍵拉刀設計465 7.6.5漸開線花鍵拉刀設計示例467 7.7成形孔拉刀484 7.7.1四方孔拉刀和六方孔拉刀484 7.7.2矩形孔拉刀492 7.7.3複合孔拉刀493 7.8裝配式內拉刀4

95 7.8.1裝配式矩形花鍵拉刀495 7.8.2幾種裝配式拉刀實例497 7.9外拉刀503 7.9.1概述503 7.9.2刀齒設計503 7.9.3刀塊的截面尺寸及長度506 7.9.4刀塊的固定方法、支承及調整507 7.9.5組合式外拉刀的典型刀塊509 7.9.6幾種外拉刀的拉削工作量分配514 7.10拉刀刀齒的廓形（齒形）修正516 7.11拉刀的技術要求521 7.12拉刀的合理使用525 7.12.1拉刀使用前的準備工作525 7.12.2拉刀的正確使用530 7.12.3拉刀的刃磨531 7.12.4拉削缺陷及消除方法535 第8章 螺紋刀具539 8.1螺紋刀具的分

類、特點和用途539 8.2螺紋車刀539 8.2.1機夾刀片螺紋車刀539 8.2.2螺紋梳刀542 8.2.3圓體螺紋車刀543 8.2.4特型螺紋車刀舉例544 8.3絲錐545 8.3.1絲錐結構設計中的共性問題545 8.3.2絲錐的螺紋公差550 8.3.3機用和手用絲錐550 8.3.4長柄機用絲錐和長柄螺母絲錐557 8.3.5短柄和彎柄螺母絲錐561 8.3.6螺旋槽絲錐567 8.3.7螺尖絲錐570 8.3.8內容屑絲錐577 8.3.9擠壓絲錐581 8.3.10梯形螺紋絲錐583 8.3.11拉削絲錐587 8.3.1255°圓柱管螺紋絲錐591 8.3.1355°和

60°圓錐管螺紋絲錐595 8.3.14統一螺紋絲錐和螺母絲錐598 8.3.15絲錐切削圖形的改進及絲錐的正確使用604 8.4板牙609 8.4.1圓板牙609 8.4.2G系列圓柱管螺紋圓板牙621 8.4.3R系列和60°圓錐管螺紋圓板牙623 8.4.4圓板牙架型式和互換尺寸625 8.4.5六方板牙625 8.5螺紋銑刀627 8.5.1圓盤形螺紋銑刀627 8.5.2梳形螺紋銑刀628 8.6滾絲輪和搓絲板636 8.6.1滾絲輪636 8.6.2搓絲板639 8.7螺紋切頭642 8.7.1圓梳刀螺紋切頭的典型結構及設計642 8.7.2徑向平梳刀螺紋切頭的結構及設計653 8

.7.3切向平梳刀螺紋切頭659 第9章 數控機床用工具系統663 9.1概述663 9.1.1工具系統的組成及分類663 9.1.2工具系統的設計要求663 9.2機床與工具系統的介面及其標準663 9.2.17∶24及其他錐度介面663 9.2.2Capto刀柄666 9.2.3帶有法蘭接觸面的空心圓錐介面670 9.2.4其他錐度介面679 9.2.5車削類數控機床與工具系統的介面及其標準680 9.3模組式工具系統介面及公稱尺寸系列696 9.3.1概述696 9.3.2模組式工具系統介面型號和結構簡介697 9.3.3TMG21和TMG10模組式介面的特點698 9.3.4鏜銑類別

模組式工具系統700 9.3.5模組式工具系統實用舉例702 9.4TSG工具系統703 9.4.1TSG工具系統中各種工具的型號和系統圖703 9.4.2接長杆刀柄及其接長杆704 9.4.3彈簧夾頭刀柄及其接杆708 9.4.4錐柄快換夾頭刀柄及其接杆710 9.4.5鑽夾頭刀柄713 9.4.6無扁尾和有扁尾莫氏錐孔刀柄及其接杆715 9.4.7攻螺紋夾頭刀柄717 9.4.8銑刀類刀柄718 9.4.9刀具錐柄轉換過渡套721 9.4.10套式擴孔鑽和鉸刀刀柄722 9.4.11減振刀杆723 9.5工具系統的動平衡723 9.5.1刀具的動平衡723 9.5.2工具系統的不平衡量和離

心力724 9.5.3工具系統的動平衡方法725 9.5.4工具系統的合理平衡品質等級726 9.6整體工具系統的製造與驗收技術條件727 9.6.1工具系統的柄部和接柄727 9.6.2工作部分727 第10章 成形齒輪刀具731 10.1成形齒輪刀具的種類和應用731 10.1.1基本工作原理731 10.1.2成形齒輪刀具的主要種類731 10.2盤形齒輪銑刀732 10.2.1盤形齒輪銑刀的主要類型732 10.2.2標準齒輪銑刀的齒形確定和銑刀刀號734 10.2.3加工斜齒輪時盤形銑刀（磨輪）齒形的確定739 10.2.4標準盤形齒輪銑刀的結構尺寸和技術條件741 10.2.5鑲

齒盤形齒輪銑刀744 10.2.6硬質合金盤形齒輪銑刀745 10.3指形齒輪銑刀747 10.3.1指形齒輪銑刀的主要類型747 10.3.2指形齒輪銑刀齒形的確定748 10.3.3指形齒輪銑刀的刀齒結構750 10.3.4指形齒輪銑刀的夾固部分和其他尺寸752 10.3.5粗加工用指形齒輪銑刀755 10.3.6精加工螺旋齒指形銑刀756 10.3.7指形齒輪銑刀的技術要求757 第11章 齒輪滾刀759 11.1整體齒輪滾刀759 11.1.1齒形設計759 11.1.2滾刀的結構參數761 11.1.3標準齒輪滾刀的公稱尺寸763 11.1.4齒輪滾刀的技術要求763 11.1.5

齒輪滾刀的設計步驟及計算示例767 11.2其他結構齒輪滾刀770 11.2.1大模數鑲齒齒輪滾刀770 11.2.2圓磨法齒輪滾刀770 11.2.3小模數齒輪滾刀771 11.2.4漸開線花鍵滾刀773 11.3剃前滾刀和磨前滾刀774 11.3.1剃前齒輪滾刀774 11.3.2磨前齒輪滾刀778 11.4硬質合金滾刀781 11.4.1硬質合金滾刀的結構782 11.4.2硬質合金滾刀的齒形和切削角度782 11.4.3硬質合金滾刀的公稱尺寸和計算尺寸782 11.5滾齒切削過程分析和幾種特殊齒輪滾刀784 11.5.1滾齒切削過程分析和滾刀技術發展784 11.5.2長度加大、正前角

、齒高修正、小壓力角齒輪滾刀785 11.6滾刀的重磨與檢驗788 11.6.1滾刀重磨時的技術要求788 11.6.2滾刀重磨後的檢驗789 第12章 加工蝸輪蝸杆的刀具792 12.1普通蝸輪滾刀792 12.1.1ZA、ZN、ZI、ZK型圓柱蝸杆的幾何特性792 12.1.2蝸輪滾刀的工作原理和加工方法792 12.1.3蝸輪滾刀的結構設計794 12.1.4ZA、ZN、ZI、ZK型蝸輪滾刀的齒形設計798 12.1.5蝸輪滾刀的技術條件802 12.1.6普通蝸輪滾刀的設計步驟及示例807 12.1.7點接觸非對偶型蝸輪滾刀設計方法的發展809 12.2普通蝸輪剃齒刀810 12.3

普通蝸輪飛刀811 12.3.1蝸輪飛刀的工作原理與應用範圍811 12.3.2蝸輪飛刀的齒形計算811 12.3.3蝸輪飛刀及刀杆的結構812 12.4加工圓弧齒圓柱蝸輪副的刀具813 12.4.1ZC3型軸向圓弧齒圓柱蝸輪滾刀814 12.4.2ZC1型圓弧齒圓柱蝸輪滾刀與飛刀816 12.4.3ZC2型圓弧齒圓柱蝸輪滾刀與飛刀820 12.5加工多頭圓柱蝸輪的單頭蝸輪滾刀和雙導程蝸輪滾刀823 12.5.1加工多頭圓柱蝸輪的單頭蝸輪滾刀823 12.5.2雙導程蝸輪滾刀825 12.6加工環面蝸輪副的刀具828 12.6.1直廓環面蝸輪蝸杆傳動簡介828 12.6.2加工直廓環面蝸杆的切

刀盤與切刀831 12.6.3加工直廓環面蝸輪的滾刀與飛刀834 12.6.4環面蝸輪剃齒刀838 第13章 插齒刀和梳齒刀839 13.1插齒刀的工作原理和種類用途839 13.1.1插齒刀的工作原理839 13.1.2插齒刀的種類和應用839 13.1.3插齒工藝和插齒刀的技術進展841 13.2外嚙合直齒插齒刀843 13.2.1插齒刀的後角、前角和齒形修正843 13.2.2插齒刀變位係數的確定845 13.2.3插齒刀齒頂圓角半徑的確定850 13.2.4直齒外插齒刀結構和主要參數的確定852 13.2.5標準直齒外插齒刀的精度等級、結構尺寸、齒形尺寸和通用技術條件860 13.3

內嚙合直齒插齒刀874 13.3.1內嚙合插齒刀的特點874 13.3.2內嚙合插齒刀最大變位係數(x0)max的確定875 13.3.3內嚙合插齒刀最小變位係數（x0）min的確定878 13.3.4少齒數插齒刀本身根切的避免879 13.3.5內嚙合直齒插齒刀結構參數的確定和設計步驟880 13.4幾種專門用途的直齒插齒刀889 13.4.1漸開線花鍵孔插齒刀889 13.4.2諧波齒輪插齒刀894 13.4.3修緣插齒刀896 13.4.4剃前插齒刀898 13.5斜齒插齒刀904 13.5.1斜齒插齒刀概述904 13.5.2人字齒輪插齒刀904 13.5.3斜齒輪插齒刀906 13.

5.4加工斜齒插齒刀的專用滾刀齒形計算910 13.6插齒刀製造和使用中的若干問題911 13.6.1插齒刀側刃齒形表面的磨制911 13.6.2插齒刀公稱直徑的選擇912 13.6.3插齒切削用量的優選913 13.6.4插齒刀的刃磨913 13.7梳齒刀914 13.7.1梳齒刀概述914 13.7.2直齒梳齒刀914 13.7.3斜齒梳齒刀916 13.7.4梳齒刀的技術要求918 13.7.5加工非標準齒輪920 第14章 剃齒刀922 14.1普通剃齒刀922 14.1.1剃齒方法概述922 14.1.2剃齒技術的發展922 14.1.3剃齒時的螺旋齒輪嚙合原理923 14.1.4

剃齒時的進給方式和軸交角927 14.1.5剃齒刀重要結構參數的分析和確定931 14.1.6專用剃齒刀設計936 14.1.7已有的通用剃齒刀的適用性檢驗937 14.1.8盤形剃齒刀的結構尺寸、精度和技術要求937 14.2徑向剃齒刀961 14.2.1徑向剃齒刀的特點961 14.2.2徑向剃齒刀齒面分析962 14.2.3徑向剃齒刀齒面座標求解的計算框圖與程式963 14.2.4徑向剃齒刀齒面座標計算示例964 14.2.5徑向剃齒刀齒面的修形量966 14.2.6徑向剃齒刀容屑槽的排列及錯距計算968 14.2.7徑向剃齒刀的齒面磨削970 14.2.8盤形徑向剃齒刀的結構尺寸和技術

要求971 14.3內齒輪剃齒刀972 14.3.1內齒輪剃齒刀的嚙合特點972 14.3.2內齒輪剃齒刀齒面的形成972 14.3.3內齒輪剃齒刀齒形計算示例973 14.4其他剃齒法和所用剃齒刀975 14.4.1對角剃齒法——斜向進給975 14.4.2切向剃齒法——切向進給976 14.4.3鼓形齒剃齒法和所用剃齒刀976 14.5剃齒精度和剃齒刀齒形修正978 14.5.1剃齒精度978 14.5.2剃齒刀齒形的修正978 第15章 直齒錐齒輪刀具981 15.1直齒錐齒輪刀具概述981 15.1.1直齒錐齒輪簡介981 15.1.2直齒錐齒輪的仿形加工法和刀具981 15.1.3

按無瞬心包絡法加工的圓拉銑削法983 15.1.4展成法加工直齒錐齒輪984 15.2成對展成錐齒輪刨刀984 15.2.1成對展成錐齒輪刨刀的工作原理984 15.2.2錐齒輪刨刀結構尺寸的確定986 15.2.3標準錐齒輪精刨刀的結構尺寸987 15.2.4直齒錐齒輪精刨刀的技術條件988 15.2.5直齒錐齒輪粗刨刀990 15.3成對展成錐齒輪銑刀991 15.3.1成對展成錐齒輪銑刀的工作原理991 15.3.2銑刀盤直徑和內凹角的確定991 15.3.3銑刀盤和刀齒的結構992 15.3.4銑刀盤刀齒的主要技術要求994 15.4成形定裝錐齒輪滾刀995 15.4.1成形定裝錐齒輪

滾刀的工作原理995 15.4.2成形定裝錐齒輪滾刀的齒形計算995 15.4.3成形定裝錐齒輪滾刀的其他結構尺寸998 15.5成形錐齒輪銑刀999 15.5.1盤形錐齒輪銑刀999 15.5.2指形錐齒輪銑刀1001 15.6用標準刀具加工非標準錐齒輪1002 15.6.1用標準錐齒輪刨刀加工非標準錐齒輪1002 15.6.2用標準成對齒輪銑刀加工非標準錐齒輪1003 15.6.3用標準錐齒輪刨刀加工鼓形齒錐齒輪1003 第16章 曲線齒錐齒輪加工刀具1005 16.1弧齒錐齒輪銑刀1005 16.1.1弧齒錐齒輪加工方法概述1005 16.1.2弧齒錐齒輪銑刀盤1006 16.1.3小

直徑整體弧齒錐齒輪銑刀盤1017 16.1.4圓盤拉刀1018 16.1.5銑刀盤的刀齒1018 16.1.6弧齒錐齒輪銑刀盤技術條件1020 16.1.7幾種改進的弧齒錐齒輪銑刀盤1022 16.2長幅外擺線齒錐齒輪銑刀盤1024 16.2.1長幅外擺線齒錐齒輪加工原理1024 16.2.2長幅外擺線齒錐齒輪的分類1025 16.2.3長幅外擺線齒錐齒輪銑刀盤1026 16.2.4幾種改進的長幅外擺線齒錐齒輪銑刀盤1036 第17章 加工非漸開線齒形工件的刀具1040 17.1用展成法加工非漸開線齒形的滾刀齒形求法1040 17.2矩形花鍵滾刀設計1042 17.2.1矩形花鍵軸齒形的主要

參數1042 17.2.2矩形花鍵滾刀設計1044 17.2.3矩形花鍵滾刀的主要技術要求1047 17.2.4矩形花鍵滾刀的設計步驟及計算示例1052 17.3三角花鍵滾刀1057 17.4滾子鏈和套筒滾子鏈鏈輪滾刀1058 17.4.1鏈輪端面齒形1058 17.4.2鏈輪滾刀設計1059 17.4.3鏈輪滾刀的技術要求1060 17.4.4鏈輪滾刀的設計步驟及計算示例1062 17.5擺線針輪滾刀1065 17.5.1擺線針輪齒形的形成原理1065 17.5.2擺線齒輪滾刀的法向齒形計算1067 17.5.3擺線齒輪滾刀的公稱尺寸及主要技術要求1068 17.5.4擺線齒輪滾刀的設計步驟

及計算示例1068 17.6圓弧齒輪滾刀1071 17.6.1單圓弧齒輪滾刀1071 17.6.2雙圓弧齒輪滾刀1076 17.7鐘錶齒輪滾刀1078 17.7.1鐘錶齒輪的齒形特點及計算1078 17.7.2鐘錶齒輪滾刀的齒形計算1078 17.7.3鐘錶齒輪滾刀的結構尺寸1081 17.7.4鐘錶齒輪滾刀的設計步驟及計算示例1081 17.8定裝滾刀1084 17.8.1按成形展成組合原理工作的滾刀（長齒花鍵滾刀）1084 17.8.2按成形滾切法工作的成形滾刀1087 17.9非漸開線插齒刀1092 17.9.1花鍵軸插齒刀1092 17.9.2花鍵孔插齒刀1095 17.9.3矩形花鍵

插齒刀側齒面逼近加工1097 17.9.4矩形花鍵插齒刀設計示例1098 17.10展成車刀1103 17.10.1展成車刀齒形的求解1104 17.10.2工件節線位置的選擇1104 17.10.3展成車刀節圓半徑的選取1105 17.10.4展成車刀的切削角度和結構型式1106 17.10.5展成車刀加工實例——齒條加工1106 17.10.6按空間嚙合原理工作的展成車刀——車齒刀1107 附錄1108 附錄A刀具常用數表1108 附錄B刀具國家、行業標準1129 參考文獻1137

機械電子學：機械和電氣工程中的電子控制系統（原書第6版）

為了解決齒輪壓力角模數的問題，作者WilliamBolton 這樣論述：

機械電子學是電子工程、機械工程、控制和電腦工程的集成，它處在無數設備、過程和技術的核心。沒有它，將無法想像現代的生活。從自動對焦照相機，到汽車發動機管理系統，從達到新技術發展水準的機器人，到普通的洗衣機，機械電子都參與其中。本書對機械電子學領域做了清晰和全面的介紹。通過實踐和應用，有助於您獲得所需的綜合能力來理解和設計機電一體化系統。它同樣也深入闡述機械電子學的原理，為形成一種真正的跨學科和綜合化的工程方法提供一個思維框架。 威廉·博爾頓（William Bolton）曾擔任英國商業與技術委員會（BTEC）繼續教育的顧問以及研發和監控的負責人，他編著了多部成功的工程教科書，

包括《Mechatronics》《Engineering Science》《Higher Engineering Science》《Mechanical Science》《Instrumentation and Control Systems》等，被國外各大學廣泛採用，獲得了很好的反響。 出版者的話 譯者序 前言 第一部分 概述 第1章 機械電子學導論1 1.1 什麼是機械電子學1 1.1.1 機電一體化系統實例1 1.1.2 嵌入式系統2 1.2 設計流程2 1.2.1 傳統的機械電子學設計3 1.3 系統4 1.3.1 系統建模4 1.3.2 連接系統5 1.4 測量系

統5 1.5 控制系統6 1.5.1 回饋6 1.5.2 開環與閉環系統7 1.5.3 閉環系統的基本要素8 1.5.4 類比和數位控制系統11 1.5.5 順序控制器14 1.6 可程式設計邏輯控制器15 1.7 機電一體化系統的例子16 1.7.1 數碼相機與自動對焦16 1.7.2 發動機管理系統17 1.7.3 MEMS和汽車安全氣囊18 本章小結18 習題19 第二部分 感測器與信號調理 第2章 感測器和變送器21 2.1 感測器和變送器簡介21 2.1.1 智慧感測器21 2.2 性能術語22 2.2.1 靜態和動態特性24 2.3 位移、位置和接近25 2.3.1 電位器感測器2

5 2.3.2 應變片26 2.3.3 電容元件27 2.3.4 差動變壓器29 2.3.5 渦流式接近感測器30 2.3.6 電感式接近開關30 2.3.7 光學編碼器30 2.3.8 氣動感測器32 2.3.9 接近開關32 2.3.10 霍爾效應感測器33 2.4 速度和運動34 2.4.1 增量式編碼器34 2.4.2 測速發電機34 2.4.3 熱釋電感測器35 2.5 力36 2.5.1 應變式稱重感測器36 2.6 流體壓力36 2.6.1 壓電感測器38 2.6.2 觸覺感測器39 2.7 液體流動39 2.7.1 孔板39 2.7.2 渦輪流量計40 2.8 液位40 2.8

.1 浮塊40 2.8.2 壓差40 2.9 溫度40 2.9.1 雙金屬片41 2.9.2 電阻溫度檢測器41 2.9.3 熱敏電阻41 2.9.4 熱敏二極體和電晶體42 2.9.5 熱電偶42 2.10 光敏感測器44 2.11 感測器的選擇45 2.12 通過開關輸入資料45 2.12.1 消抖46 2.12.2 鍵盤47 本章小結47 習題47 第3章 信號調理50 3.1 信號調理簡介50 3.1.1 信號調理流程50 3.2 運算放大器51 3.2.1 反相放大器51 3.2.2 同相放大器52 3.2.3 加法放大器52 3.2.4 積分和微分放大器53 3.2.5 差分放大器

54 3.2.6 對數放大器56 3.2.7 比較器57 3.2.8 實際放大器58 3.3 保護59 3.4 濾波60 3.5 惠斯通電橋61 3.5.1 溫度補償62 3.5.2 熱電偶補償64 3.6 脈衝調製64 3.7 與信號相關的問題65 3.7.1 接地65 3.7.2 電磁干擾66 3.8 功率輸送67 本章小結67 習題68 第4章 數位信號69 4.1 數位信號簡介69 4.1.1 二進位數字69 4.2 類比信號和數位信號69 4.2.1 採樣定理71 4.2.2 數模轉換71 4.3 數模轉換器和模數轉換器71 4.3.1 DAC71 4.3.2 ADC73 4.3.3

採樣和保持放大器76 4.4 多工器77 4.4.1 數位多工器77 4.4.2 時分多工78 4.5 資料獲取78 4.5.1 資料精度79 4.5.2 錯誤檢測的同位方法79 4.6 數位信號處理80 本章小結81 習題81 第5章 數位邏輯82 5.1 數位邏輯簡介82 5.2 邏輯門82 5.2.1 AND門82 5.2.2 OR門83 5.2.3 NOT門84 5.2.4 NAND門84 5.2.5 NOR門85 5.2.6 XOR門85 5.2.7 邏輯門的組合86 5.2.8 邏輯系列與積體電路87 5.3 邏輯門的應用88 5.3.1 校驗位元發生器88 5.3.2 數字比較

器88 5.3.3 編碼器89 5.3.4 解碼器89 5.4 時序邏輯93 5.4.1 觸發器93 5.4.2 同步系統94 5.4.3 JK觸發器95 5.4.4 D觸發器96 5.4.5 寄存器97 5.4.6 555計時器97 本章小結98 習題98 第6章 資料顯示系統100 6.1 顯示方式100 6.1.1 負載效應100 6.2 資料顯示元件101 6.2.1 類比儀錶和數位儀錶101 6.2.2 類比圖記錄儀101 6.2.3 陰極射線示波器101 6.2.4 視覺顯示單元102 6.2.5 印表機103 6.3 磁記錄104 6.3.1 磁記錄碼105 6.3.2 磁片10

7 6.4 光學記錄107 6.5 顯示器108 6.5.1 發光二極體109 6.5.2 液晶顯示器110 6.6 資料獲取系統111 6.6.1 電腦與插件板111 6.6.2 資料記錄器113 6.7 測量系統114 6.7.1 用於檢測提起重量的稱重感測器114 6.7.2 溫度警報系統115 6.7.3 滑輪的角位置115 6.7.4 溫度測量的二進位輸出116 6.8 測試和校準116 6.8.1 校準117 本章小結118 習題118 第三部分 驅動 第7章 氣動與液壓驅動系統121 7.1 驅動系統121 7.2 氣動與液壓系統121 7.2.1 液壓系統121 7.2.2 氣

動系統123 7.2.3 閥124 7.3 方向控制閥124 7.3.1 閥的符號125 7.3.2 先導閥126 7.3.3 單向閥127 7.4 壓力控制閥127 7.5 缸體128 7.5.1 缸的順序控制130 7.6 伺服和比例控制閥132 7.7 程序控制閥132 7.7.1 閥體和閥芯133 7.7.2 控制閥的尺寸計算135 7.7.3 流體控制系統舉例135 7.8 旋轉驅動器136 本章小結136 習題137 第8章 機械驅動系統139 8.1 機械系統139 8.2 運動類型139 8.2.1 自由度和約束140 8.2.2 負載141 8.3 運動鏈141 8.3.1

四杆鏈141 8.3.2 滑塊曲柄機構142 8.4 凸輪143 8.5 齒輪145 8.5.1 齒輪系146 8.5.2 轉動和平動的轉換147 8.6 棘輪和棘爪147 8.7 帶傳動和鏈傳動147 8.7.1 帶的類型148 8.7.2 鏈傳動149 8.8 軸承149 8.8.1 徑向滑動軸承149 8.8.2 球軸承和滾柱軸承150 8.8.3 軸承的選擇151 本章小結151 習題151 第9章 電氣驅動系統153 9.1 電氣系統153 9.2 機械開關153 9.2.1 繼電器153 9.3 固態開關154 9.3.1 二極體155 9.3.2 晶閘管和三端雙向可控矽元件155

9.3.3 雙極型電晶體157 9.3.4 MOSFET159 9.4 螺線管159 9.5 直流電動機160 9.5.1 有刷直流電動機161 9.5.2 含勵磁線圈的有刷直流電動機162 9.5.3 有刷直流電動機的控制163 9.5.4 無刷永磁直流電動機165 9.6 交流電動機167 9.7 步進電動機168 9.7.1 步進電動機技術參數169 9.7.2 步進電動機控制170 9.7.3 步進電動機的選擇172 9.8 電動機選擇173 9.8.1 慣量匹配173 9.8.2 轉矩要求174 9.8.3 功率要求175 本章小結175 習題176 第四部分 微處理器系統 第10

章 微處理器和微控制器177 10.1 控制177 10.2 微處理器系統177 10.2.1 匯流排177 10.2.2 微處理器179 10.2.3 記憶體181 10.2.4 輸入/輸出183 10.2.5 系統示例184 10.3 微控制器186 10.3.1 摩托羅拉M68HC11187 10.3.2 Intel 8051191 10.3.3 Microchip微控制器193 10.3.4 Atmel AVR微控制器和Arduino198 10.3.5 選擇微控制器200 10.4 應用200 10.4.1 溫度測量系統201 10.4.2 家用洗衣機201 10.5 程式設計202

10.5.1 偽代碼202 本章小結203 習題204 第11章 組合語言205 11.1 語言205 11.2 指令集205 11.2.1 定址208 11.2.2 資料移動209 11.3 組合語言程式210 11.3.1 組合語言程式的範例211 11.4 副程式215 11.4.1 延時副程式215 11.5 查閱資料表217 11.5.1 步進電動機的控制延時218 11.6 嵌入式系統220 11.6.1 嵌入式程式220 本章小結222 習題223 第12章 C語言224 12.1 為什麼選擇C語言224 12.2 程式結構224 12.2.1 主要特徵224 12.2.2 一

個C程式的示例228 12.3 分支和迴圈228 12.4 陣列231 12.5 指針232 12.5.1 指針的算數運算232 12.5.2 指標和陣列233 12.6 程式開發233 12.6.1 標頭檔233 12.7 程式的示例234 12.7.1 電動機的起動與停止234 12.7.2 讀ADC通道234 12.8 Arduino程式設計235 本章小結238 習題238 第13章 輸入/輸出系統240 13.1 介面240 13.2 輸入/輸出定址240 13.2.1 輸入/輸出寄存器241 13.3 介面要求242 13.3.1 緩衝器243 13.3.2 握手243 13.3.

3 輪詢和中斷244 13.3.4 序列介面247 13.4 外設介面適配器247 13.4.1 PIA初始化249 13.4.2 通過PIA連接中斷信號250 13.4.3 與PIA介面的例子251 13.5 串列通信介面251 13.5.1 微處理器的序列介面253 13.6 介面的示例254 13.6.1 通過解碼器控制七段數碼管254 13.6.2 類比介面256 本章小結257 習題257 第14章 可程式設計邏輯控制器258 14.1 簡介258 14.2 PLC基本結構258 14.2.1 輸入/輸出258 14.2.2 輸入程式260 14.2.3 PLC的形式260 14.3

輸入/輸出處理261 14.3.1 持續更新261 14.3.2 大規模輸入/輸出複製261 14.3.3 輸入/輸出位址261 14.4 梯形圖程式設計261 14.4.1 邏輯函數263 14.5 指令清單264 14.5.1 指令清單和邏輯函數265 14.5.2 指令清單和分支程式265 14.6 自鎖和內部繼電器266 14.6.1 內部繼電器266 14.7 順序控制268 14.8 計時器與計數器269 14.8.1 計時器269 14.8.2 計數器270 14.9 移位暫存器271 14.10 主控指令和跳轉指令控制272 14.10.1 跳轉273 14.11 資料處理2

73 14.11.1 資料移動274 14.11.2 資料比較274 14.11.3 算數運算274 14.11.4 代碼轉換275 14.12 模擬輸入/輸出275 本章小結276 習題276 第15章 通信系統279 15.1 數位通信279 15.2 集中式、分層式與分散式控制279 15.2.1 並行與串列資料傳輸280 15.2.2 串列資料通信方式280 15.3 網路281 15.3.1 網路存取控制282 15.3.2 寬頻與基帶282 15.4 協議282 15.5 開放系統互相連線通信模型283 15.5.1 網路標準284 15.6 串列通信介面285 15.6.1 RS

-232285 15.6.2 20mA電流環287 15.6.3 I2C匯流排287 15.6.4 CAN匯流排288 15.6.5 USB289 15.6.6 相線290 15.7 並行通信介面290 15.7.1 其他匯流排292 15.8 無線協議293 本章小結293 習題294 第16章 故障檢測295 16.1 故障檢測技術295 16.2 看門狗計時器296 16.3 同位與誤碼檢測296 16.4 常見的硬體故障298 16.4.1 感測器298 16.4.2 開關和繼電器298 16.4.3 電動機298 16.4.4 液壓和氣動系統298 16.5 微處理器系統298 16

.5.1 故障檢測技術299 16.5.2 系統故障定位方法301 16.5.3 自測試系統301 16.6 模擬和模擬301 16.6.1 模擬302 16.7 PLC系統302 16.7.1 程式測試302 16.7.2 輸入/輸出測試303 16.7.3 PLC作為系統的監視器303 本章小結304 習題305 第五部分 系統模型 第17章 基本系統模型307 17.1 數學模型307 17.2 機械系統模組308 17.2.1 轉動系統309 17.2.2 構建一個機械系統310 17.3 電氣系統模組313 17.3.1 構建電氣系統模型314 17.3.2 電氣和機械系統的比較31

6 17.4 流體系統模組316 17.4.1 構建流體系統模型319 17.5 熱力系統模組322 17.5.1 構建熱系統模型323 本章小結324 習題324 第18章 工程系統模型327 18.1 工程系統327 18.2 轉動－平動系統327 18.3 機電一體化系統328 18.3.1 電位器328 18.3.2 直流電動機328 18.4 線性度330 18.5 液壓機械系統332 本章小結334 習題334 第19章 系統的動態回應335 19.1 動態系統建模335 19.1.1 微分方程335 19.2 術語335 19.2.1 自然回應與受迫回應335 19.2.2 瞬態

與穩態回應336 19.2.3 輸入的形式336 19.3 一階系統337 19.3.1 自然回應337 19.3.2 受迫輸入回應338 19.3.3 一階系統的例子339 19.3.4 時間常量340 19.4 二階系統341 19.4.1 自然回應342 19.4.2 有受迫輸入時的回應344 19.4.3 二階系統的例子345 19.5 二階系統的性能指標346 19.6 系統辨識348 本章小結348 習題349 第20章 系統傳遞函數352 20.1 傳遞函數352 20.1.1 拉普拉斯變換353 20.2 一階系統354 20.2.1 具有階躍輸入的一階系統354 20.2.2

一階系統的例子354 20.3 二階系統356 20.3.1 具有階躍輸入的二階系統356 20.3.2 二階系統的例子357 20.4 串聯的系統357 20.4.1 串聯系統的例子357 20.5 帶回饋環的系統358 20.5.1 負反饋系統的例子358 20.6 極點位置對瞬態回應的影響359 20.6.1 s平面360 20.6.2 校正360 本章小結361 習題361 第21章 頻率回應363 21.1 正弦輸入363 21.1.1 系統對正弦輸入的回應363 21.2 相量363 21.2.1 相量方程364 21.3 頻率回應365 21.3.1 一階系統的頻率回應365

21.3.2 二階系統的頻率回應367 21.4 伯德圖367 21.4.1 G（s）=K的伯德圖367 21.4.2 G（s）=1/s的伯德圖368 21.4.3 一階系統的伯德圖368 21.4.4 二階系統的伯德圖369 21.4.5 建立伯德圖369 21.4.6 系統辨識372 21.5 性能指標374 21.6 穩定性374 本章小結375 習題375 第22章 閉環控制系統377 22.1 連續與離散控制過程377 22.1.1 開環與閉環控制系統377 22.2 術語378 22.2.1 滯後378 22.2.2 穩態誤差378 22.2.3 控制模式379 22.3 兩步控制

模式380 22.4 比例模式381 22.4.1 電子比例控制器381 22.4.2 系統回應382 22.5 微分控制382 22.5.1 比例微分（PD）控制383 22.6 積分控制383 22.6.1 比例積分（PI）控制384 22.7 PID控制器385 22.7.1 運算放大器PID電路385 22.8 數字控制器386 22.8.1 控制模式的實現386 22.8.2 採樣速率387 22.8.3 電腦控制系統387 22.9 控制系統性能387 22.10 控制器校正388 22.10.1 階躍回應法388 22.10.2 臨界比例度法389 22.11 速度控制389 2

2.12 自我調整控制390 22.12.1 變增益控制391 22.12.2 自校正391 22.12.3 模型參考自我調整系統392 本章小結392 習題392 第23章 人工智慧394 23.1 什麼是人工智慧394 23.1.1 自我調控394 23.2 感知和識別394 23.2.1 識別394 23.2.2 神經網路395 23.3 推理395 譯者序本書是WilliamBolton先生編寫的機械電子學國際通用教材，內容涵蓋感測器與信號調理、數位信號、數位邏輯、資料顯示系統、氣動和液壓驅動系統、機械驅動系統、電氣驅動系統、微處理器、組合語言、C語言、輸入/輸出系

統、PLC、通信系統、故障檢測、系統模型、系統的動態回應、系統傳遞函數、頻率回應、閉環控制系統、人工智慧、機電系統設計案例等，是一本多學科交叉融合的綜合性教材。該教材理論講解深入淺出，體系結構完整，機械電子結合充分，習題豐富，一直被國外各大學採用，獲得了非常好的評價。 通過翻譯引進該教材，可借鑒國外機械電子教學的先進經驗，有利於推動國內大學機械電子課程教學與國外大學的接軌，進而推動我國本科生和研究生課程的國際化建設。 本書不僅可以作為高等院校的機械、電氣、控制工程等工科專業本科生和研究生的教材，還可作為廣大工程技術人員的參考書。 本書第3～5、9～12、14、16～19、21、23、24

章和索引由付莊翻譯，第1章由付莊、管恩廣翻譯，第2章由付莊、蔡雄風翻譯，第6章由宋陽翻譯，第7章由鄭望望翻譯，第8章由鄧文昊翻譯，第13章由錢歡翻譯，第15章由翟嘉心翻譯，第20章由湯智誠翻譯，第22章由劉基昊翻譯。附錄A由周航飛翻譯，附錄B、C由楊凇翻譯，附錄D、F由劉文紅翻譯，附錄E由薛美風翻譯，附錄G由魏振紅翻譯。 第2、4、7、10、11、13、20章和附錄由付莊初校，第3章由魏振紅初校，第5章由盛致愉初校，第6章由鄧文昊初校，第9章由俞港初校，第17章由周航飛初校，第1、16、18、21、23章由管恩廣初校，第8、19章由詹世濤初校，第22章由曹峰初校，第12章由李爽初校，第24章由

鄭望望初校。付莊進行了全書的總審校，編寫了原書的勘誤表，並修正了書中的錯誤和疏漏之處。 本書的翻譯還得到了上海交通大學“機電一體化系統設計”研究生公共基礎課建設項目的支持和許多老師、同學的幫助，並參考了相關的資料，在此對這些資料的作者以及相關的老師和同學表示衷心的感謝。 由於譯者水準有限，本書錯譯漏譯等不足之處在所難免，敬請讀者批評指正。 譯者2018年2月

雙螺旋轉位齒輪嚙合之應力與應變分析

為了解決齒輪壓力角模數的問題，作者陳聲揚 這樣論述：

本研究主要討論將螺旋齒輪改用雙螺旋齒輪對於齒輪之承載能力與變形的影響。首先利用商用套裝軟體計算齒輪強度及匯出模型，接著使用電腦輔助繪圖軟體建構組立圖，搭配商用有限元素分析軟體ANSYS Workbench，模擬不同轉位量、螺旋角、壓力角的齒形嚙合時之應力應變分析，並歸納分析結果。本研究中，選用中心距160mm、模數4、減速比2.85、齒寬80mm的齒輪，在不同螺旋角10°、12°、14°、16°、18°，搭配不同轉位係數-0.2、-0.1、0、0.1、0.2及壓力角14.5°、15°、20°、22.5°的情況下模擬並討論齒面齒根應力的變化。模擬結果顯示承受相同負載時，雙螺旋齒輪齒面、齒根之應

力與應變表現皆優於螺旋齒輪，轉位係數的變化影響齒輪的承載能力，不同螺旋角適合的最佳轉位係數也不同，壓力角改變對齒根強度有提升的作用。