2022年渐开线斜齿圆柱齿轮的工艺和工装设计方案 .pdf

- 1 - / 39 山 西 煤 炭 职 业 技 术 学 院2018 届 毕 业 生 毕 业 设 计说明书专业机械制造与自动化班级机制 331102班姓名王琨学号3533110230指导教师裴保家学习年限 2018 年 9 月至 2018 年 6 月二一四年六月精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 39 页- 2 - / 39 毕业设计任务书计算机信息系机械制造与自动化专业机制331102班姓名：王琨学号： 3533110230题目： 渐开线斜齿圆柱齿轮工艺及工装设计年生产 1000件、备品率 3% 、废品率 0.5%）任务下达日期： 2018 年 1 月 7 日任务完成日期： 2018年 6 月 6 日主要内容与目标：一、设计题目： 渐开线斜齿圆柱齿轮工艺与工装设计二、主要内容：一）明确生产类型，熟悉零件及各种资料，对零件进行工艺分析；二）绘制零件图。三）确定毛坯的制造形式，尺寸公差与加工余量；1. 毛坯种类 2. 铸件或锻件制造方法的选择3. 铸件或锻件的尺寸公差与加工余量四）拟订机械加工工艺路线1. 定位基准的选择2. 加工方法的确定3. 加工顺序的安排4. 热处理、检验及其他工序的安排 据上述步骤 1-4 确定二套加工工艺路线，并进行比较，选择其中一套作为本零件的加工工艺）。五）确定满足各工序要求的工艺装备机床、刀具、夹具、量具）对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体的设计要求。六）确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差七）确定切削用量八）填写工艺文件九）提交文件1. 产品零件图 1 张 2. 产品毛坯图 1 张 3. 机械加工工艺过程卡片1 份 4. 机械加工工序卡片 1 份 5. 夹具设计装配总图 * 1 张 6. 毕业设计说明书 1 份三、目标通过零件的加工工艺设计，让学生熟悉零件工艺设计过程，初步掌握设计方法和步骤，为学生毕业后能胜任工作打下基础。指导教师 签字）：年月日学生签字）：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 39 页- 3 - / 39 毕业设计指导教师审阅书计算机信息系机械制造与自动化专业机制331102班姓名：王琨学号： 3533110230题目： 渐开线斜齿圆柱齿轮工艺及工装设计年生产 1000件、备品率 3% 、废品率 0.5%）审阅意见：审阅成绩：指导教师 签字）：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 39 页- 4 - / 39 毕业设计评阅教师评阅书计算机信息系机械制造与自动化专业机制331102班姓名：王琨学号： 3533110230题目： 渐开线斜齿圆柱齿轮工艺及工装设计年生产 1000 件、备品率 3% 、废品率 0.5%）评阅意见：评阅成绩：评阅人 签字）：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 39 页- 5 - / 39 毕业设计答辩评定书计算机信息系机械制造与自动化专业机制331102班姓名：王琨学号： 3533110230题目： 渐开线斜齿圆柱齿轮工艺及工装设计年生产 1000件、备品率 3% 、废品率 0.5%）提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误回答不清1. 2. 3. 4. 5. 6. 评定意见：答辩成绩：答辩小组组长签字）： 年月日答辩等级：100优秀 90；90良好 80；80中等 70；70合格 60；不及格 60 山西煤炭职业技术学院毕业答辩委员会主任委员 签字）：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 39 页- 6 - / 39 概述齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200 年的手工制作阶段，18 世纪后的机械仿形阶段，19 世纪后的机械范成加工阶段以及20 世纪 80 年代至今的数控技术加工阶段。齿轮现在在国内绝大部分仍采用普通机床加工，精度难以提高。据有关资料显示，到1995 年底，我国拥有齿轮机床79485 台，其中数控齿轮加工机床仅385 台。齿轮加工机床设备陈旧，其中53的机床已使用16 年以上，已使用了615 年的机床占31，只有不到16的机床使用年限不到15 年。而对齿轮特别是汽车齿轮制造要求也不断提高，在我国，由于齿轮的质量不能达到图纸要求，致使齿轮箱噪音大，寿命短，从而严重制约了整机的质量，这点在汽车行业表现得尤为严重。为了满足对齿轮加工中质量和加工效率得要求，从 1995 年以来大量进口数控齿轮加工机床。近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨-珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工技术必定会朝着数控化、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 39 页- 7 - / 39 关键词：齿轮、机床、机械目录第一章齿轮结构分析_ 1 第二章齿轮毛坯材料确定_ 2 第三章齿轮介绍及渐开线斜齿圆柱齿轮_ 8 第四章齿轮加工方法_ 13 第五章斜齿圆柱齿轮轴的工艺分析_ 17 第六章加工余量_ 25 第七章夹具、刀具、量具 _ 27 第八章切削用量的选择致谢_ 29 致谢 _ 30精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 39 页- 8 - / 39 第一章零件结构分析1. 零件结构特点 : 零件是一矿用刮板传动齿轮，零件的模数Mn为 3.5 ；齿数为 63；da=234.25；df=218.5 ；=14；齿轮旋向为左旋。零件一端加工出 234.25h11，齿数为 63，模数 3.5 的齿轮，另一端凸台为85H6的内孔有一键槽，具体见图1.1 所示。图 1-1 2. 零件的工艺分析2.1 齿轮机构传动比恒定，寿命长，可靠性高。2.2 齿轮机构传递的功率和圆周率速度分别可达到100000kw 、300m/s 2.3 齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。第二章、齿轮毛坯材料的合理选择在加工之前，为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及其热处理应根据实际的工作条件和材料的特点来选取。在本文的一些条件下，对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 39 页- 9 - / 39 度和耐磨性，齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。可以知道的是，常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢、铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮坯不易锻造时，可采用铸钢。开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮，宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非金属材料、如夹布胶木、尼龙等。1 满足材料的机械性能在加工过程中，如果齿根部受到大弯曲应力，可能产生齿面或齿体强度失效；如果齿面各点都有相对滑动，会产生磨损。齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。因此我们要求齿轮材料有高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，齿面要有足够的硬度和耐磨性，芯部要有一定的强度和韧性。2满足材料的工艺性能材料 的工 艺性 能是 指材 料本 身 能 够适应 各 种加 工工艺 要求的 能 力。齿轮的制造要经过锻造、切削加工和热处理等几种加工，因此选择材料时要特别注意材料的工艺性能。一般来说，碳钢的锻造、切削加工等工艺性能较好，其机械性能可以满足一般工作条件的要求，但强度不高，淬透性较差。而合金钢淬透性好、强度高，但锻造、切削加工性能较差。我们可以通过改变工艺规程、热处理方法等途径来改善材料的工艺性能。3 材料的经济性要求在满足使用性能的前提下，选用齿轮材料还应该注意尽量降低零件的总成本。从材料本身价格来考虑，碳钢和铸铁的价格比较低廉，因此在满足零件机械性能的前提下选用碳钢和铸铁，不仅具有较好的加工工艺性能，而且可以降低成本。从齿轮生产过程的耗费来考虑。首先，采用不同的热处理方法相对加工费用也不一样。其次，通过改进热处理工艺也可以降低成本。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 39 页- 10 - / 39 4 齿轮的材料及热处理材料成形原理与工艺中对齿轮材料的基本要求如下：齿面要硬 , 齿芯要韧易于加工及热处理软齿面齿轮齿面配对硬度差为30-50HBS 常用的齿轮材料及其热处理方法有：进行调质或表面淬火，综合力学性能较好，用于低速、轻载或中载的一些不重要的齿轮。进行调质或表面淬火，综合力学性能更好，且热处理变形小，适用于中速、中载及精度要求较高的齿轮。进行渗碳淬火或液体碳氮共渗，齿面硬度可达58HRC ，且心部有较高韧性，适用于高速、中载和或有冲击载荷的齿轮。这些材料强度低、易加工，适用于一些轻载的齿轮。由于本文用到的齿轮材料为钢制齿轮，因此主要介绍一下它的的热处理方法本篇文章的加工工艺过程的选用中需要用到的热处理方法是正火和调质）：a. 表面淬火表面淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45 、 40Cr 钢等。表面淬火后，齿面硬度一般为4055HRC 。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。b. 渗碳淬火渗碳淬火常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20 、 20Cr 钢等。渗碳淬火后齿面硬度可达5662HRC ，而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳淬火后，轮齿变形较大，应进行磨削加工。c.渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV 。由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、钼、铝等合金元素的渗氮钢，如38CrMoAl等。d.调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钥，如45、40Cr、35SiMn钢等。调质处理后齿面硬度一般为 220280HBS 。因硬度不高，轮齿精加工可在热处理后进行。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 39 页- 11 - / 39 e. 正火正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。表 2-1 常用齿轮材料及其力学性能类别材料牌号热 处 理方法抗拉强度b/MPa 屈 服点s/MPa 硬度HBS 或 HRC 优 质碳 素钢35 正火500 270 150180HBS 调质550 294 190230 HBS 45 正火588 294 169217 HBS 调质647 373 229286 HBS 表 面 淬火4050 HRC 50 正火628 373 180220 HBS 合 金结 构钢40Cr 调质700 500 240258 HBS 表 面 淬火4855 HRC 35SiMn 调质750 450 217269 HBS 表 面 淬火4555 HRC 40MnB 调质735 490 241286 HBS 表 面 淬火4555 HRC 20Cr 渗 碳 淬火 后 回火637 392 5662 HRC 20CrMnTi 1079 834 5662HRC 38CrMnAlA 渗氮980 834 850HV 铸钢ZG45 正火580 320 156217 HBS ZG55 650 350 169229 HBS 灰 铸铁HT300 300 185278 HBS HT350 350 202304 HBS 球 墨QT600-3 600 370 190270 HBS 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 39 页- 12 - / 39 铸铁QT700-2 700 420 225305 HBS 非 金属夹布胶木100 2535 HBSv 5 齿轮的技术要求齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。1）传递运动准确性我们要求齿轮能较准确地传递运动并使传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。2）传递运动平稳性我们要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。（3）载荷分布均匀性我们要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。下料件用于一些不重要，受力不大且尺寸较小，结构简单的齿轮。锻件用于重要而受力较大的齿轮。(3铸钢件用于直径大或结构形状复杂，不宜锻造的齿轮。(4铸铁件用于受力小，无冲击的开式传动的齿轮。结论：最终选择45 钢，因为本齿轮为批量生产所以使用模锻方法获得毛坯。一般煤矿都使用软齿面，因为软齿是存在齿面点蚀而硬齿面存在齿面折断的问题会影响煤矿生产安全。最终热处理为：锻造毛坯后正火消除内应力，细化组织，改善切削性能。当其轮缘间的轴向距离较小时，小齿圈齿形的加工方法的选择就受到限制，通常只能选用插齿。如果小齿圈精度要求高，需要精滚或磨齿加工，而轴向距离在设计上又不允许加大时，可将此多齿圈齿轮做成单齿圈齿轮的组合结构，以改善加工的工艺性。3.2 齿轮的技术要求齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。3.2.1 传递运动准确性要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。即要求齿轮在一转中的转角误差不超过一定范围。3.2.2 传递运动平稳性要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。即要求限制齿轮转动时瞬时速比的变化。3.2.3 载荷分布均匀性要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。接触精度除了包括齿面接触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。3.2.4 传动侧隙的合理性要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。对于分度传动用的齿轮，主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求；对于重载低速传动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除间隙。B10095?88中对齿轮及齿轮副规定了12 个精度等级，从 112顺次降低。其中 12 级是有待发展的精度等级，35级为高精度等级， 68级为中等精度等级，9 级以下为低精度等级。每个精度等级都有三个公差组, 分别规定出各项公差和偏差工程，见表3-1。表 31 齿轮公差组公差公差及偏差工程对传动性能的影响精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 39 页- 15 - / 39 组Fi 、 Fp(Fpk、F”i 、Fr、Fw 传递运动准确性f I 、 ff 、 fpt 、fpb、f ”I 、fpb 传动平稳性、噪声、振动F、Fpx承载均匀性3.3 渐开线斜齿圆柱轮轮3.3.1 齿面形成研究直齿圆柱齿轮时知道，两轮的齿廓面沿一条平行于齿轮轴的直线KK 相接触， KK 与发生面在基圆柱上的切线NN 平行。当发生面沿基圆柱做纯滚动时，直线KK 在空间形成的轨迹就是一个渐开面，即直齿轮的齿廓曲面，如图 3-2 示。图 3-2 直齿齿轮渐开线的形成斜齿圆柱齿轮齿面的形成原理和直齿圆柱齿轮的情况相似，所不同的是发生面上的直线 KK 与直线 NN 不平行，即与齿轮轴线不平行面是与基圆杆母线 NN 成一夹角b。故当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线KK 上的每一点都依次从基圆柱面的接触点开始展成一条渐开线，而直线KK 上各点所展成的渐开线的集合就是斜齿轮的齿面。由此可知，斜齿轮齿廓曲面与齿轮瑞面( 与基圆柱轴线垂直的平面 上的交线 ( 即端面上的齿廓曲线 仍是渐开线。而且由于这些渐开线有相同的基圆柱，所以它们的形状都是一样的，只是展成的起始点不同面己，即起始点依次处于螺旋线K0K0上的各点。所以其齿面为渐开螺旋面，如图3-3 示。由此可见斜齿圆柱齿轮的端面齿廓曲线仍为渐开线。可将直齿圆柱齿轮看成斜齿圆柱齿轮的一个特例。从端面看，一对渐开线斜齿轮传动就相当于一对渐开线直齿轮传动，所以它也满足齿廓啮合基本定律。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 39 页- 16 - / 39 图 3-3 斜齿齿轮的渐开线形成斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。如果两斜齿轮分度圆上的螺旋角不是大小相等且方向相反，则这样的一对斜齿轮还可以用来传递既不平行又不相交的两轴之间的运动。为了便于区别，把用于传递两平行轴之间的运动，称为斜齿圆柱齿轮传动；用于传递两交锗轴之间的运动，称为交错轴斜齿轮传动。斜齿圆柱齿轮传动中的两轮齿啮合为线接触，而交错轴斜齿轮传动中的两轮齿啮合为点接触。一对斜齿圆柱齿轮啮合时，齿面上的接触线是由一个齿轮的一端齿顶( 或齿根处开始逐渐由短变长，再由长变短，至另一端的齿根(或齿顶 处终止。这样就减少了传动时的冲击和噪声，提高了传动的平稳性，故斜齿轮适用于重载、高速传动。图 3-4 斜齿轮啮合总之： 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面下标以 t 表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面下标以 n 表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。3.3.2 斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算螺旋角图 4 所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角 称为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 39 页- 17 - / 39 图 3-5 斜齿轮分度圆柱面展开图旋向有左右之分，角度也有正负之分。旋向的判断方法：沿齿轮轴线方向观看齿轮，轮齿向左偏为左旋齿轮，向右偏为右旋齿轮，如图5 所示。图 3-6 旋向区分左旋右旋螺旋角 ：对于基圆柱同理可得其螺旋角b：所以有通常用分度圆上的螺旋角 斜进行几何尺寸的计算。螺旋角 越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取820。对于人字齿轮，其轴向力可以抵消，但加工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。模数如图 3-7所示，为端面齿距，为法面齿距，因为，故端面模数与法面模数关系为：。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 39 页- 18 - / 39 图 3-7 参数之间的关系压力角因斜齿圆柱齿轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法面压力角和端面压力角的关系可通过斜齿条得到。在图 7 所示的斜齿条中，平面ABD在端面上，平面 ACE 在法面 S上，ACB=90 。在直角 ABD 、ACE及ABC中，、，所以有：图 3-8 压力角间的关系齿顶高系数及顶隙系数无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，即，式中：法面齿顶高系数，；法面顶隙系数,。3.4 当量齿轮与当量齿数在用仿形法加工斜齿轮时，铣刀是沿垂直于其法面方向进刀的，故应按法面的齿形来选择铣刀，在计算轮齿的强度时，由于力是作用在法面内，因而也需要知道法面的齿形。渐开线齿轮的齿形取决于其基圆半径的大小，在模数、压力角一定的情况下，基圆的半径取决于齿数，即齿形与齿数有关。因此，在精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 39 页- 19 - / 39 研究斜齿轮的法面齿形时，可以虚拟一个与斜齿轮的法面齿形相当的直齿轮，称这个虚拟的直齿轮为该斜齿轮的当量齿轮；这个当量齿轮的模数和压力角即为斜齿轮的法面模数和压力角，其齿数则称为该斜齿轮的当量齿数。为了确定斜齿轮的当量齿数，过斜齿轮分度圆螺旋线上一点C，作该轮齿螺旋线的法向剖面，该剖面与分度圆柱的交线为一椭圆。在此剖面上，点C 附近的齿形可近似地视为斜齿轮法面上的齿形；将以椭圆上点C 的曲率半径为半径所作的圆作为虚拟直齿轮的分度圆，即该斜齿轮的当量齿轮的分度圆，其模数利压力角即为斜齿轮的法面模数和法面压力角，其齿数则称为该斜齿轮的当量齿数，用表示。图 3-9 当量齿轮与斜齿轮参数的几何关系椭圆的长半轴，短半轴，而，故得渐开线标准斜齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数式中为当量直齿标准齿轮不发生根切的最少齿数。第四章齿轮加工方案选择1、齿轮加工方案选择精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 39 页- 20 - / 39 由于齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。下面提出我在选择齿轮加工方案时的几条原则，以供参考：1.1 对于 8 级及 8 级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。1.2 对于 8 级及 8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：滚 插）齿齿端加工齿面淬硬修正内孔。1.3 对于 67级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：滚齿剃齿。1.4对 于6 7 级 精 度 的 淬 硬 齿 轮 ， 其 齿 形 加 工 一 般 有 两 种 方 案 ：1.4.1剃珩磨方案滚 插 ） 齿 齿 端 加 工 剃 齿 齿 面 淬 硬 修 正 内 孔 珩 齿 。1.4.2磨齿方案滚 插 ） 齿 齿 端 加 工 齿 面 淬 硬 修 正 内 孔 磨 齿 。剃珩方案生产率高，广泛用于7 级精度齿轮的成批生产中。磨齿方案生产率低，一般用于 6 级精度以上的齿轮。1.4.3 对于 5 级及 5 级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。1.4.4 对于大批量生产，用滚 的螺旋线，具有一定的导程。加工时除须实现滚切直齿轮的三个基本运动即刀具回转、齿坯回转(分齿和刀具沿齿坯轴向进给外，齿坯还必须有相应的附加运动( 即刀具从 A点到a点时，工件的 B点应转到 a点。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 39 页- 21 - / 39 图 4-1 斜齿轮加工时的附加转动滚切斜齿轮附加运动的计算方法有二。其一是以滚刀旋转为基础，将滚刀视为传动链的首端，将回转工作台视为末端，如图 4-2所示。设用右旋滚刀加工右旋斜齿轮，则除分齿运动外，还应有附加运动 ( 即刀从 A 点到a点时，工件由 a转到B点，设齿坯导程为 H，式中：K滚刀头数，通常取1；被加工齿轮的齿数；滚刀每转沿被加工齿轮轴线的进刀量，单位。图 4-2 以滚刀为基础的加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 39 页- 22 - / 39 ，所以，上式“ +”号应变为“ - ”号。综合两种情况，有：滚刀转过转，齿坯转过(转。其中，“+”号用于刀具与工件螺旋线方向相同，“- ”号用于刀具与工件螺旋线方向相反。其二是以工作台 (工件旋转为基础，计算附加运动，如图4-3所示。设右旋滚刀加工左旋齿轮，若齿坯不作附加运动，则滚刀必须沿轴线从B点至a点平移，其速度为，因滚刀齿分布在滚刀螺旋线上，可使滚刀附加转动代替平行移动，其方向与滚刀旋转速度方向相反，数值与齿坯有一定传动比，既当齿坯转过 1转时，滚刀除有转动外，还应有附加转动( 通常K=1 。即有以工件为基础计算附加转动时有：齿坯转过1转，滚刀转过(转。其中， +号用于刀具与工件螺旋线方向相反，-号用于刀具与工件螺旋线方向相同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 39 页- 23 - / 39 图4-3 以工作台为基础的加工为了便于我们了解齿轮加工，下面我们对齿轮加工的方法进行一个简单的探讨。齿轮加工的关键是齿面加工。目前，齿面加工的主要方法是刀具切削加工和砂轮磨削加工。前者由于加工效率高，加工精度较高，因而是目前广泛采用的齿面加工方法。后者主要用于齿面的精加工，效率一般比较低。按照加工原理，可分为成形法和展成法两大类。一般情况下: a. 加工直齿圆柱齿轮用插齿机b. 加工斜齿轮用滚齿机c. 加工伞齿轮用刨齿机(滚齿机也可以加工斜齿轮 所选用的刀具由齿轮加工机床决定：b. 滚齿机有专用的齿轮滚刀b 插齿机有专用的齿轮插刀c. 刨齿机有转用的齿轮刨刀以 上 刀 具 都 是 标 准 件 , 可 以 在 刀 具 书 中 选 型 ( 根 据 模 数 齿轮轴的加工一般用滚齿机就可以加工, 选用相应模数的齿轮滚刀, 不需要专门的夹具就可以加工。2.2 成形法成形法是采用与被切齿轮齿槽相符的成形刀具加工齿形的方法。用齿轮铣刀在铣床上加工齿轮是常用的成形法加工。2.2.1 齿轮铣刀的选择铣刀应选择与被加工齿轮模数、压力角相等的铣刀。同时按齿轮齿数根据下页表选择合适号数的铣刀。刀号1 2 3 4 5 6 7 8 加工齿数范围1213 1416 1720 2125 2634 3554 55134 135 以上及齿条2.2.2 铣削方法我们在铣削的过程中，在卧式铣床上应将齿坯套在心轴上安装于分度头和尾架顶尖中，对刀并调好铣削深度后开始铣第一个槽，铣完一齿退出进行分度，依次逐个完成齿数的铣削。2.2.3 铣齿加工特点1）用普通的铣床设备，且刀具成本低。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 39 页- 24 - / 39 2）生产效率低。每切完一齿要进行分度，占用较多的辅助时间。3）齿轮精度低。齿形精度只达11-9 级。以上主要原因是每号铣刀的刀齿轮廓只与该范围最少齿槽相吻合，而此号齿轮铣刀加工同组的其它齿数的齿轮齿形都有一定的误差。2.3 展成法展成法就是利用齿轮刀具与被切齿坯作啮合运动而切出齿形的方法。主要有以下分类：2.3.1 插齿加工插齿加工在插齿机上进行，是相当于一个齿轮的插齿刀与齿坯按一对齿轮作啮合运动而把齿形切成的。可把插齿过程分解为：插齿刀先在齿坯上切下一小片材料，然后插齿刀退回并转过一小角度，齿坯也同时转过相应角度。之后，插齿刀又下插在齿坯上切下一小片材料。不断重复上述过程。就是这样，整个齿槽被一刀刀地切出，齿形则被逐渐地包络而成。因此，一把插齿刀，可加工相同模数而齿数不同的齿形，不存在理论误差。插齿有以下切削运动 : 主运动插齿刀的上下往复运动展成运动确保插齿刀与齿坯的啮合关系的运动圆周进给运动插齿刀的转动，其控制着每次插齿刀的切削量径向进给量插齿刀须作径向逐渐切入运动，以便切出全齿深。让刀运动插齿刀回程向上时，为避免与工件摩擦而使插齿刀让开一定距离的运动插齿除适于加工直齿圆柱齿轮外，特别适合加工多联齿轮及内齿轮。插齿加工精度一般为 7-8 级。齿面粗糙度 Ra值为 1.6 m 。2.3.2 滚齿加工滚齿是目前应用最广的切齿方法，滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿数很少一至二齿）齿很长的齿轮，形似蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加工。这种方法可用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误差。滚齿精度一般为 79 级，当采用高精度滚刀和滚齿机时，可滚切5 级精度的齿轮。滚齿时，产生齿轮的基节偏差较小，而齿形误差通常较大。滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动：1）主运动滚刀的旋转运动。2）展成运动是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 39 页- 25 - / 39 啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转K/Z 转。其中： K是滚刀的头数， Z 为齿轮齿数。3）垂直进给运动要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动滚齿加工适于加工直齿、斜齿圆柱齿轮。齿轮加工精度为8-7 级，齿面粗糙度 Ra 值为 1.6 m 。在滚齿机上用蜗轮滚刀、链轮滚刀还能滚切蜗轮和链轮。2.3.3 剃齿加工剃齿是用剃齿刀对齿轮的齿面进行精加工的方法。加工原理：剃齿时刀具与工件作一种自由啮合的展成运动。安装时，剃齿刀与工件轴线倾斜一个剃齿刀螺旋角 。剃齿刀的圆周速度可以分解为沿工件齿向的切向速度和沿工件齿面的法向速度，从而带动工件旋转和轴向运动，使刀具在工件表面上剃下一层极薄的切屑。同时，工作台带动工件作往复运动，以剃削轮齿的全长。1 珩齿加工珩齿特点 : 珩齿的加工原理与剃齿相同，表面粗糙Ra0.40.2 m 。主要作用是降低齿面粗糙度，生产率高，一般用于大批量加工86 级精度的淬火齿轮。2 磨齿加工磨齿是获得高精度齿轮最有效和可靠的方法，既可磨削不淬火的齿轮，又可磨削淬火的齿轮。加工精度可达64 级,Ra0.4 0.2 m 。3 磨削方法分为展成磨削和成形磨削两大类对于淬硬零件中的孔加工，磨孔是主要的加工方法。内孔为断续圆周表面、扇形齿轮、齿条等剃齿能加工 57 级精度齿轮高，24 分钟便能加工一个齿轮可达 810 主要用于齿轮滚插预加工后、淬火前的精加工珩齿一般用于加工 68级精度齿轮低可达 79 多用于经过剃齿和高频淬火后，齿形的加工磨齿一 90 般情况下能达到 37 级精度较低可达 79 加工成本较高，多用于齿形淬硬后的精密加工精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 39 页- 28 - / 39 确定机床：本工件加工选用Y3150E型滚齿机 工作台移动式）第五章斜齿圆柱齿轮轴的工艺分析一、轴类零件加工的工艺路线由于我们加工的是齿轮轴工件，因此，要对外圆进行加工。外圆加工的基本加工路线可归纳为四条：1）粗车半精车精车对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。2）粗车半精车粗磨精磨对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。3）粗车半精车精车金刚石车对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。4）粗车半精粗磨精磨光整加工5）对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路二、重点工艺说明1、本零件的加工的除较多的余量。半精加工：是齿轮工件，材料为45 钢，以公差等级和粗糙度选择加工工艺。外圆加工的基本加工路线。2、齿轮毛坯的形成；锻件、棒料和铸造。3、粗加工：切车、滚、插齿。4、热处理 : 调质、渗碳淬火、齿面高频感应加淬火。5、精加工：精修基准、精加工齿形。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 39 页- 29 - / 39 三、加工工艺过程卡片机械加工工艺过程卡片工序号工序名称工序内容工艺装备1 锻造毛坯锻造2 热处理正火3 粗车精车外形，各处留加工余量2mm 车床4 精车精车各处，内孔至 84.8mm留磨削余量0.2mm ，其余至规定尺寸车床5 滚齿滚切齿面，留磨削余量0.25mm 滚齿机6 倒角倒角至尺寸7 钳工去毛刺8 热处理齿面： HRC52 9 插键槽至尺寸插床10 磨平面磨床11 磨平面磨床12 磨内孔磨内孔至 85H5 磨床精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 39 页- 30 - / 39 第六章加工余量确定加工余量的大小对工件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量、减低生产率，而且增加了材料、刀具和电力的消耗，提高了加工成本；加工余量过小，则既不能消除前道工序的各种表面缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时工件的安装误差，造成废品。因此，合理的确定加工余量。确定加工余量的基本原则是：在保证加工质量的前提下，加工余量越小越好。实际工件中，确定加工余量的方法有以下三种：1、查表法：根据有关手册提供的加工余量数据，再结合本产品生产实际加以修改后确定加工余量。这个是在各工厂广泛使用的。2、经验估价法：根据有关手册3、分析计算法：根据理论公式和一定的实验材料，对影响加工余量的各因素进行分析、计算来确定加工余量。这中方法较合理，但需要全面可靠的实验材料，计算比较复杂。1、齿轮内孔毛坯表 6-1 齿内孔尺寸工序名工序余量基本尺寸工序经济精度磨内孔0.2 85 H6 精车内孔2 83.8 毛坯孔2.2 82.8 2、齿轮毛坯尺寸由加工工艺确定零件毛坯锻造采用锻模13 磨齿齿面磨削齿轮磨床尺寸零件单边加工余量锻件尺寸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 39 页- 31 - / 39 如表 6-2 所示毛坯图227.5h11 5 237.5 28 5 38 60d11 5 70 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 39 页- 32 - / 39 第七章夹具、刀具、量具1、刀具1.1 滚刀渐开线齿轮的齿轮滚刀均为阿基M 德整体滚刀，材料为高速钢，由齿轮模数 m=3.5选用滚刀基本尺寸 d=100，L=100,D=40 1.2 车刀切削 45 钢，采用 YT15硬质合金可转刀1.3 砂轮外圆磨：陶瓷结合剂CBN砂轮，直径 300mm ，宽带 16mm ，粒度 80100#,浓度 20% 内孔磨：陶瓷 CBN 砂轮，形状代号 1A8 13*20*6 2、滚刀转速以及切削速度的关系根据被切齿轮的材料、硬度、模数、精度和表面粗糙度选择粗糙度选择切削速度 V后克根据公式 I ）计算滚刀转速n= n滚刀转速D滚刀直径V切削速度高速钢标准滚刀粗切齿轮时切削速度模数mm ）进给量 /mm/工件每转）05 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 2-4 85 60 50 45 40 35 30 1000 V D 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 39 页- 33 - / 39 3、夹具滚齿夹具一般采用定心加紧装置，即由夹具底座和心轴组成，同一规格的夹具底座能安装不同规格的心轴磨削外圆选用心轴，磨削内孔选用三爪自定心卡盘及砂轮接长轴。车削采用三爪自定心卡盘4、测量用具车床有分度值为0.02mm的游标卡尺、孔径75-100mm内孔千分尺滚齿齿轮可用单面啮合齿轮检查仪器进行检查。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -