
Fellows 齿轮刨刀(美国专利 579,708):3D 模型
来自 Edwin R. Fellows 齿轮刨床专利 US 579,708(1897 年)的七个 3D 模型:图 11 中的齿轮刨刀,用于切削 40 齿齿轮和 60 齿内齿圈;图 20 中的链轮刨刀及其链轮;以及图 21 中的四叶刨刀及其切削的方棒。
每个模型都有各自的步骤,位于对其进行说明的步骤之后。最后一步介绍如何打印全部七个模型。
说明
图11中的刀具
图11中的刀具
用于3D的齿轮刨刀(图11)
用于3D的齿轮刨刀(图11)
其比例按图11缩放。专利未给出尺寸,因此齿数、模数和压力角为设定的标准取值。它是展示和教学模型,并非可实际使用的工具。
在查看器中旋转刀具,观察凹陷的切削面和锥形空腔。该模型在FreeCAD中依据精确的渐开线齿形建成,并保存为一个整体连接的 .blend 网格。可在免费的Blender中打开。
所需工具:
台式电脑切刀是如何加工出这些齿的
切刀是如何加工出这些齿的
3D 中的 40 齿齿轮切削结果
3D 中的 40 齿齿轮切削结果
没有一个齿是手工绘制的。齿面呈真正的渐开线,刀具的刀尖在齿根处留下了一个弧形圆角,与真实成形齿轮一致。齿数、齿宽和孔径均为设定选择;专利未给出任何尺寸。
在查看器中旋转齿轮,观察每个齿面与齿根相交处的曲线。这条曲线是由刀尖形成的,并非有人绘制。该模型在 FreeCAD 中建成,并保存为一个整体相连的 .blend 网格,可在免费的 Blender 中编辑。
所需工具:
台式电脑一把刀具,内外皆可
一把刀具,内外皆可
60齿内齿圈,3D 模型
60齿内齿圈,3D 模型
Fellows 将此列为他的机器的优势之一:同一把刀具既能切削内齿,也能切削外齿。齿侧面呈现出真正的内渐开线形状。齿数、轮缘和齿宽均为明确选定的参数;该专利未给出具体尺寸。
在查看器中旋转齿圈,观察其内侧的齿。这些齿是由刀具范成生成的,而非手工绘制。该模型使用 FreeCAD 建成,并保存为一个整体连接的 .blend 网格文件,可在免费的 Blender 中编辑。
所需工具:
台式电脑图20中的刀具
图20中的刀具
链轮式切刀(图20)的三维模型
链轮式切刀(图20)的三维模型
如他在文中所说,它有七个宽齿,齿间是较窄的凹槽:“齿比相邻的凹槽更长。”专利未给出该切刀的任何尺寸,也没有数学齿形,因此其轮廓是依据专利附图描摹的。齿后的刀体因此是一种假设:刀柄、中空结构和凹陷的端面均复制自图11的齿轮切刀。它是一个展示与教学模型,而非可实际使用的工具。
在查看器中旋转该切刀,观察其切削面。七个齿遵循Fellows本人的轮廓:它是依据专利附图描摹的,而非重新绘制。它在FreeCAD中建成,并保存为一个整体连接的.blend网格,可在免费的Blender中编辑。
所需工具:
台式电脑图20显示了什么,以及测量了什么
图20显示了什么,以及测量了什么
齿轮的齿形,三维呈现
齿轮的齿形,三维呈现
其齿数、中心距和轮缘均取自图纸上的测量数值。图纸仅显示轮缘和一根断裂的辐条,因此辐条数量、轮毂、孔径和厚度为设定值。
可在查看器中旋转该齿轮。其十八个齿是通过让图 20 中的刀具沿轮缘滚切而成,并非直接绘制。将其叠加到 Fellows 的图纸上后,它们与他绘制的成品齿、刀具凹槽中的齿以及他的虚线轮廓相吻合。模型在 FreeCAD 中建立,并保存为一个整体的 .blend 网格,可在免费的 Blender 中编辑。
所需工具:
台式电脑图21中的刀具
图21中的刀具
图纸测量的内容,以及模拟的发现
图纸测量的内容,以及模拟的发现
图 21 所示四叶刀具的三维模型
图 21 所示四叶刀具的三维模型
尺寸为设定的选择。图 21 仅显示刀具的切削端,因此刀叶后方的刀体复制自图 11 的齿轮刀具。
在查看器中旋转刀具并观察其切削面。四个刀叶是按 Fellows 比例绘制的四个圆。该模型使用 FreeCAD 制作,并保存为一个合并的 .blend 网格,可用免费的 Blender 编辑。
所需工具:
台式电脑切方形的方法
切方形的方法
方条在三维中的切割效果
方条在三维中的切割效果
研究者称这些面为“平面”。模拟显示它们非常接近平面:在47.6 mm的面上,每个面大约有1 mm的平缓起伏。条材的长度是人为设定的,因为图21仅显示其横截面。
在查看器中从端部观察该条材。每个面都非常接近笔直,只有四个凸瓣留下的平缓波纹。滚动运动切割了每个面,但没有任何一个面被绘制出来。它在FreeCAD中建模,并保存为一个整体相连的.blend网格,可在免费的Blender中编辑。
所需工具:
台式电脑打印它们
打印它们
三把刀具:将每把刀具以切削面朝下、柄部朝上放置。凹面几乎是水平悬空的,且空腔有一个24 mm的平顶,因此需要从构建平台生成支撑后打印。真正的刀具是淬火钢材质的。
40齿齿轮:将其一个端面平放。无需支撑。两个副本以100 mm中心距啮合时没有齿顶间隙也没有齿侧间隙,不留任何打印公差的余量,因此打印出的一对齿轮仅用于研究齿形。
内齿圈:将其一个端面平放。无需支撑,但打印平台对角尺寸至少需为180 mm。由于上述干涉问题,按图纸所示它不能作为40齿齿轮的工作齿圈。
链轮:将其一个端面平放。无需支撑,但打印平台对角尺寸至少需为187 mm。
方棒:将其一端竖直放置。无需支撑。用直尺横跨某个面,可以看到刀具切削留下的轻微波纹。
PLA 用于展示模型即可。
此步骤所需材料:
PLA 线材1 套件所需工具:
3D 打印机设计文件
7相关蓝图
这些蓝图共享知识——技术、材料或原理
CC0 公共领域
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