汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計

1、.17湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計類別 工藝設(shè)計 汽車工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計指導(dǎo)教師 陳秀華 學(xué)生姓名 尹平 專業(yè)名稱 汽車制造與裝配技術(shù) 班級名稱 班級裝配1202 2015年 4 月 目 錄汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計0表1：零件圖2表2：機械加工定位基準(zhǔn)的選擇4表2：機械加工階段劃分8表4：機械加工順序安排12表5：機械加工工藝過程15參考文獻：17致 謝18;17 表1：零件圖設(shè)計題目汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計課題類型工藝設(shè)計課題類別軟件零件圖此次畢業(yè)設(shè)計選擇的汽車齒輪零件圖如下圖所示：技術(shù)要求1、滲碳淬火硬度5863HRC； 3、未注明倒角為2×45&#

2、176;滲碳深度0.71.1mm。 4、未注明圓角為R2 m=3.5 =20°2、兩軸端中心孔為A5/10.6 5、材料20CrMnTi. Z=19 精度等級8GK圖3-2表2：機械加工定位基準(zhǔn)的選擇設(shè)計題目汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計課題類型工藝設(shè)計課題類別軟件機械加工定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)的精度對齒形加工精度有直接的影響。軸類齒輪的齒形加工一般選擇頂尖孔定位，某些大模數(shù)的軸類齒輪多選擇齒輪軸頸和一端面定位。錐輪的齒形加工常采用兩種定位基準(zhǔn)。 對于齒輪加工基準(zhǔn)的選擇常因齒輪的結(jié)構(gòu)形狀不同而有所差異。帶軸齒輪主要采用頂點孔定位；對于空心軸，則在中心內(nèi)孔鉆出后，用兩端孔口的

3、斜面定位；孔徑大時則采用錐堵。頂點定位的精度高，且能作到基準(zhǔn)重合和統(tǒng)一。對帶孔齒輪在齒面加工時常采用以下兩種定位、夾緊方式。 （1）以內(nèi)孔和端面定位 這種定位方式是以工件內(nèi)孔定位，確定定位位置，再以端面作為 軸向定位基準(zhǔn)，并對著端面夾緊。這樣可使定位基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)重合，定位精度高，適合于批量生產(chǎn)。但對于夾具的制造精度要求較高。 （2）以外圓和端面定位 當(dāng)工件和加劇心軸的配合間隙較大時，采用千分表校正外圓以確定中心的位置，并以端面進行軸向定位，從另一端面夾緊。這種定位方式因每個工件都要校正，故生產(chǎn)率低；同時對齒坯的內(nèi)、外圓同軸要求高，而對夾具精度要求不高，故適用于單件、小批生

4、產(chǎn)。 綜上所述，為了減少定位誤差，提高齒輪加工精度，在加工時應(yīng)滿足以下要求： 1)應(yīng)選擇基準(zhǔn)重合、統(tǒng)一的定位方式； 2)內(nèi)孔定位時，配合間隙應(yīng)近可能減少； 3)定位端面與定位孔或外圓應(yīng)在一次裝夾中加工出來，以保證垂直度要求。精基準(zhǔn)的選擇：軸端面的孔是一個設(shè)計基準(zhǔn)，C面為一個裝配基準(zhǔn)，用它做基準(zhǔn)能夠使加工遵循“基準(zhǔn)重合”的原則，實現(xiàn)軸體零件“一面兩空的典型定位方式；粗基準(zhǔn)的選擇：考慮到以下幾點要求，要求選擇軸的重要端面孔和主要面來作基準(zhǔn)：第一，要保證個加工面均有余量；第二，這是一個裝配件，所以要有適當(dāng)?shù)拈g隙，并且要保證均勻；此外還應(yīng)該能夠保證定位基準(zhǔn)、加緊可靠。最先進行機械加工的是兩個端面，保證

5、長度要求，再就是兩個端面的中心孔，保證定位和加緊。這時可選擇的加緊方案為，用三抓卡盤固定一端，對另一端進行平整加工。打中心孔。調(diào)頭加工另外一端面，打中心孔，保證長度。用尾座頂尖頂住中心孔，保證加工軸面的平穩(wěn)，及加工的精度。在確定定位和夾緊方案時應(yīng)注意以下幾個問題：（1）盡可能做到設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計算基準(zhǔn)的統(tǒng)一；（2）盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后能加工出部待加工表面；（3）避免采用占機人工調(diào)整時間長的裝夾方案；（4）夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。一、擬訂定位與夾緊方案1.定位方案 根據(jù)錐齒輪的結(jié)構(gòu)特點，其定位方案和夾緊方案如圖3-2所示： 根據(jù)加工的相關(guān)要求

6、，應(yīng)當(dāng)限制5個自由度在銑鍵槽時。方案：當(dāng)工件以直徑42的兩個外圓在四個互相垂直的平面上定位。即可以對它的五個自由度進行基本限制。2.對刀方案鍵槽銑刀只需要在一個方向上對刀，可采用直角對刀塊，因為只要加工一個鍵槽，故只需要一個對刀塊即可滿足要求。3.夾具體與定位鍵為了保證安裝穩(wěn)定夾具在工作臺，應(yīng)該根據(jù)夾具的高度比小于等于1.26的原則來對其寬度確定，并設(shè)置耳座在它的兩端，以便于固定。為了使槽的兌成度要求得到保證，應(yīng)該設(shè)置定位鍵在夾具體的底面。為了使夾具的安裝誤差減小，B型定位鍵通常會被采用。夾具總圖上的尺寸，公差和技術(shù)要求1.夾具的最大輪廓尺寸為長400mm,寬200mm,高140mm.。2.

7、刀塊表面對刀塊的位置尺寸h限位基準(zhǔn)的距離。最小位移量使加工尺寸增大的時候h=H±s-imin當(dāng)最小位移量使加工尺寸縮小時h=H±s+imin試中h 對刀塊的位置尺寸H 定位基準(zhǔn)至加工表面的距離s 塞尺厚度。計算塞尺厚度為imin=Xmin/2Xmin是圓孔和圓柱面之間的最小的配合間隙。但本設(shè)計中是以V型板定位，故imin=0。將各環(huán)準(zhǔn)換為平均尺寸，分別算出h1, h2的平均尺寸。h1=（9.9785+4.91）mm=14.8885mm（基本尺寸）h2=(35.042÷2-4.91)mm=12.6111mm（基本尺寸）4.影響對刀精度的尺寸：塞尺的厚度尺寸5h8=5

8、0-0.018mm.加工精度分析由于零件是兩V型板定位，由于面與軸面接觸時即使摩擦力很大，也無法保證軸在軸向的橫向移動。所以在銑槽時可以產(chǎn)生直線位移誤差。由于誤差對銑鍵槽的影響很小，可忽略不計。具體見下分析。3.2.6.1銑鍵槽側(cè)面對軸線的平行度的加工精度。1.定位誤差D 因為定位基準(zhǔn)是該工件的軸線，對稱度的工序基準(zhǔn)亦是該軸線，所以得出B=0.因為V形塊的對中性，Y=0.所以，對稱度的定位誤差為0.2.安裝誤差A(yù) 如下圖a所示，可以得出A=X=0.027mm。如果在兩定位鍵外，就可按照下圖b計算出A為 +X3.對刀誤差T 因為塞尺厚度和對稱度的對刀誤差的公差相等，所以T=0.018mm。4.夾

9、具誤差J J=0.03+0.03=0.06mm。鍵槽側(cè)面對軸線的平行度的加工誤差1.定位誤差D 因為V形塊之間相互位置的誤差極小，可看作一個長的V形塊，故D=0。2.安裝誤差A(yù) 定位鍵的位置如圖a中所示時，工作臺導(dǎo)軌相對于工件的軸線是平行的，故A=0。如圖b所示定位鍵，由于工件的軸線和工作臺導(dǎo)軌之間有轉(zhuǎn)角誤差，使鍵槽側(cè)面和軸線產(chǎn)生了平行度誤差，所以A=3.對刀誤差T 由于平行度不受塞尺厚度的影響，T=0。4.夾具誤差J 因為是定位鍵側(cè)面B的平行度0.03mm和工位V型板設(shè)計心軸軸線影響平行度的制造誤差的，因此J=0.03mm。 二、確定夾具方案 參考資料，利用V型板定位，夾緊。如圖3-4所示.

10、表3：機械加工階段劃分設(shè)計題目汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計課題類型工藝設(shè)計課題類別軟件機械加工階段劃分加工階段的劃分錐齒輪加工工藝過程大致要經(jīng)過如下幾個階段：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準(zhǔn)修正及齒形精加工等。齒號齒號模數(shù)22基節(jié)偏差±0.016±0.016齒數(shù)2842齒形公差0.0170.018精度等級7GK7JL齒向公差0.0170.017公法線長度變動量0.0390.024公法線平均長度21.36 00.0527.6 00.05齒圈徑向跳動0.0500.042跨齒數(shù)45加工的第一階段是齒坯最初進入機械加工的階段。由于齒輪的傳動精度主要決定于齒形

11、精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時采用的定位基準(zhǔn)（孔和端面）的精度有著直接的關(guān)系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準(zhǔn)備精基準(zhǔn)，使齒的內(nèi)孔和端面的精度基本達到規(guī)定的技術(shù)要求。在這個階段中除了加工出基準(zhǔn)外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應(yīng)盡量在這一階段的后期加以完成。第二階段是齒形的加工。對于不需要淬火的齒輪，一般來說這個階段也就是齒輪的最后加工階段，經(jīng)過這個階段就應(yīng)當(dāng)加工出完全符合圖樣要求的齒輪來。對于需要淬硬的齒輪，必須在這個階段中加工出能滿足齒形的最后精加工所要求的齒形精度，所以這個階段的加工是保證齒輪加工精度的關(guān)鍵階段。應(yīng)予以特別注意。加工的第三階段是熱處理階段。在這個階段中主要對

12、齒面的淬火處理，使齒面達到規(guī)定的硬度要求。加工的最后階段是齒形的精加工階段。這個階段的目的，在于修正齒輪經(jīng)過淬火后所引起的齒形變形，進一步提高齒形精度和降低表面粗糙度，使之達到最終的精度要求。在這個階段中首先應(yīng)對定位基準(zhǔn)面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內(nèi)孔和端面均會產(chǎn)生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準(zhǔn)進行齒形精加工，是很難達到齒輪精度的要求的。以修整過的基準(zhǔn)面定位進行齒形精加工，可以使定位準(zhǔn)確可靠，余量分布也比較均勻，以便達到精加工的目的。選擇定位基準(zhǔn)時各外圓的位置公差，采用基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，即全部以工件的兩中心孔定位，同時也為了保證各外圓的形狀與位置公差，在軸的初加工過程

13、中，用油石研磨中心孔，中心孔的表面粗糙度Ra值逐次減小，精度也逐次提高。為了達到軸的精度要求，工序分為粗車，精車，磨削。零件外圓的粗糙度要求不統(tǒng)一，在加工過程中考慮到時間的原因，先加工最低等級要求3.2，最后進行研磨達到0.6。鍵槽端外圓公差等級為IT8.該齒輪精度較低，所以工序安排在刨齒滲碳淬火后，不再進行磨齒，如果齒輪精度要求高于7級，應(yīng)增加磨齒工序，因在滲碳淬火后，有產(chǎn)生變形的可能。齒輪輪齒外表面對軸心線的圓跳動；45mm右端面對軸心線的圓跳動的檢查，可采用兩中心孔定位裝夾在偏擺儀上進行檢測。錐齒輪的錐角可用游標(biāo)萬能角度尺或?qū)Ｓ脴影暹M行檢查。有關(guān)方面和孔加工的經(jīng)濟精度，及機床能達到的位置

14、精度可知，上述技術(shù)要求是可以達到的，零件的結(jié)構(gòu)工藝性也是可行的。專用于切削各種錐齒輪齒形的齒輪加工刀具。錐齒輪加工刀具按被切齒輪的種類可分為直齒錐齒輪刀具、弧齒錐齒輪刀具和延長外擺線錐齒輪刀具3類。直齒錐齒輪刀具 主要有成對刨刀、成對銑刀盤、拉-銑刀盤和錐齒輪定裝滾刀等(圖1直齒錐齒輪刀具)。成對刨刀 常用于加工模數(shù)為 0.320毫米的直齒錐齒輪。刨刀的齒形角等于被切齒輪的公稱壓力角，刀體上有前角，但無后角（見刀具）。工作后角是靠刨刀斜裝于刀座而獲得。加工時，兩把刨刀分布在相鄰齒槽內(nèi)加工一個輪齒的兩側(cè)面。成對銑刀盤 工作原理與成對刨刀基本相同（見齒輪加工）；但刀盤直徑大(150600毫米)、齒

15、數(shù)多，生產(chǎn)率較刨齒高24倍。在加工齒輪時，齒數(shù)相等的兩把銑刀盤在同一齒槽內(nèi)分別切出左右側(cè)面的齒形。但刀齒互相錯開，一把銑刀盤的刀齒斜插在另一銑刀盤的兩齒間。刀盤的直線切削刃分布在一個3° 30左右的凹錐面上，因此能方便地切出鼓形齒，有利于嚙合。拉-銑刀盤 用于加工模數(shù)為6毫米以下的直齒錐齒輪，刀盤直徑為400600毫米。刀體上裝有1517個扇形刀塊，每塊上有45個刀齒。粗切刀齒的頂刃逐漸升高,齒升量約為0.1毫米，它們逐漸地切入齒輪的齒槽直到全部深度,粗切刀齒部分最后7個刀齒的頂刃沒有齒升量，只用于修整齒槽的兩側(cè)面和槽底。粗切刀齒一般有1820個,頂刃沒有齒升量。在精切刀齒前的缺口內(nèi)

16、,可安裝一把成形刀,對齒頂進行倒角。拉-銑刀盤的切削是拉削和銑削的復(fù)合過程，是粗、精加工的混合過程。工作時刀盤一面旋轉(zhuǎn)，同時作左、右往復(fù)移動。刀盤轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)可切好一個齒槽,生產(chǎn)率很高。拉-銑刀盤的刀齒均制成半徑相等、但圓心位置不同的圓弧。刀齒是鏟背的，用鈍后刃磨前面。齒端加工必須在淬火之前進行，通常都在滾（插）齒之后，剃齒之前安排齒端加工。 4、輪加工過程中的熱處理要求 在齒輪加工工藝過程中，熱處理工序的位置安排十分重要，它直接影響齒輪的力學(xué)性能及切削加工性。一般在齒輪加工中進行兩種熱處理工序，即毛坯熱處理和齒形熱處理   表4：機械加工順序安排設(shè)計題目汽車錐齒輪的加

17、工工藝設(shè)計課題類型工藝設(shè)計課題類別軟件機械加工順序安排加工順序的安排 錐齒輪的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序等，這些工序的順序直接影響到齒輪的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本。一、切削加工工序的安排原則1、 基面先行原則 用作精基準(zhǔn)的表面，應(yīng)該先加工。因為定位錐齒輪基準(zhǔn)的表面越精確，裝夾失誤就越小。所以總是先定位錐齒輪基準(zhǔn)面記性粗加工和半精加工，必要時還要進行精加工。（1）車左端面及打中心孔，根據(jù)上面分析采用三爪卡盤裝夾、90外圓硬質(zhì)合金車刀和5的鉆頭。加工中為防止由工件過長而產(chǎn)生的嚴重顫動，裝夾時裝夾到42的左端面處。（2）粗車左端各外圓面、齒背面，由零件左端階梯軸各軸段之間的

18、段差相差不大，編程是采用G71循環(huán)指令。零件的加工段太長，相當(dāng)于細長軸的加工，為防止加工中零件由于切屑力而產(chǎn)生的彎曲變形從而難以滿足各軸段的精度要求，所以工件采用一夾一頂?shù)耐瑫r還要采用跟刀架。軸類零件的機械加工余量可知，粗加工后余量為1.5mm，本工序的切削速度為600r/min，進給量f=0.5mm/r。 2、先粗后精原則錐齒輪的各個表面的加工順序一般按照粗加工-半精加工-精加工-光整加工順序進行，這樣才能逐步提高加工齒輪表面的精度和表面粗糙度。（1）精加工左端格外圓柱面、齒背面，精加工后軸的表面粗糙度可達到1.2510，即可完成除45和50的所有外圓柱面，加工時采用35度硬質(zhì)合金外圓車刀，

19、編程時應(yīng)在45和50留余0.5的精加工余量以供磨削加工。 3、先主后次原則 錐齒輪的工作面及裝配精度要求較高的表面，屬于主要表面，應(yīng)先加工。自由表面、鍵槽、光孔等表面，精度要求低，屬于次要表面?？纱┎暹M行，一般安排在主要表面達到一定的精度后，最終精加工之前加工。（1）鍵槽的加工， 在立式銑床上采用和鍵槽寬度相同的銑刀，進行鍵槽的加工。鍵槽寬 10mm,上偏差為0下偏差-0.046，長50mm。圖 1 鍵槽深h上偏差 h上=+0.05-(-0.2)=+0.25mm h下=+0.034h=35mm-30mm=5mm則鍵槽深度為h5,可以一次切削（參考文獻7表623），切削深度為5mm。二、熱處理工

20、序的安排為了提高錐齒輪的力學(xué)性能，改善材料的切削加工性和消除內(nèi)應(yīng)力，在工藝過程中要適當(dāng)安排一些熱處理工藝。1、改善錐齒輪切削加工性能的熱處理（如退火、正火、調(diào)質(zhì)等），一般安排在切削加工之前。2、為了消除錐齒輪內(nèi)應(yīng)力而進行的熱處理（如人工時效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后。 3、為了改善錐齒輪的里學(xué)物理性能，半加工之后，精加工之前常安排淬火、滲碳淬火等熱處理工序。對于整體淬火的錐齒輪，淬火前應(yīng)該將所有的切削加工表面進行完。 4、對于高精密錐齒輪，在淬火后安排冷處理（使零件在低溫介質(zhì)中繼續(xù)冷卻到零下80度）以穩(wěn)定齒輪的尺寸。 三、輔助工序的安排 輔助工序主要包括對齒輪的：檢驗、清洗、去毛刺

21、、去磁、防銹和平衡等。其中檢驗工序是主要的輔助工序，是保證錐齒輪質(zhì)量的只要措施之一。除了各工序操作者自檢外，在粗加工階段結(jié)束后，重要的關(guān)鍵工序權(quán)后、生產(chǎn)車間之間周轉(zhuǎn)前后，以及齒輪全部加工結(jié)束后，一般安排檢驗工序。表5：機械加工工藝過程設(shè)計題目汽車錐齒輪的加工工藝設(shè)計課題類型工藝設(shè)計課題類別軟件機械加工工藝過程設(shè)計1、零件圖樣分析 1）齒輪輪齒外表面對軸心線的圓跳動公差為0.025mm。 2）45mm右端面對軸心線的圓跳動公差為0.010mm。 3）滲碳淬火硬度5863HRC；滲碳深度過0.71.1mm。 4）齒輪精度等級8GK。 5）材料20CrMnTi。 2、錐齒輪軸機械加工工藝過程卡（表2

22、-33）表2-33 錐齒輪軸機械加工工藝過程卡工序號工序名稱工序內(nèi)容工藝裝備1下料棒料80mm×200mm鋸床2鍛造鍛造尺寸為55mm×230mm+85mm×52mm3熱處理正火4粗車夾55mm×230mm一端，粗車右端，車端面，見平即可，車外圓至76mm，長48mm ,鉆中心孔A5/10.6C6205粗車倒頭，夾76mm外圓（中間工藝尺寸）并按外圓找正，車左端，車端面，?？傞L265mm，車外圓至48mm與76mm接刀，鉆中心孔A5/10.6C6206精車以兩中心孔定位裝夾工件，精車右端齒輪部分錐面保角度20°04，大端外圓尺寸73.16mm。

23、C6207精車倒頭，以兩中心孔定位裝夾工件，精車左端各部，35mm外圓留磨量0.5mm，45mm兩處外圓留磨量0.5mm（兩處尺寸要求一致）。車72°09（齒部左側(cè)面），保證尺寸31.411mm（或33mm）。車圓角R5，53mm，14mm尺寸留磨量0.3mm。車42mm兩處至圖樣要求尺寸，端部倒角2×45°C6208劃線劃10mm鍵槽線9銑以兩處45mm（工藝尺寸加相同的磨量）定位，按線找正，裝夾工件，銑健槽10mm至圖樣尺寸，保證與軸線對稱X52K組合夾具10刨齒以45mm軸徑定位裝夾工件，精刨齒m=3.5，z=19至圖樣尺寸要求Y23611熱處理齒部滲碳淬火，按圖樣要求滲碳深度0.71.1mm滲碳淬火硬度為5863HRC12磨以兩中心孔定位裝夾工件，磨35mm，兩處45mm至圖樣要求尺寸。并靠磨14mm端面至圖樣尺寸?？磕A角R5M143213檢驗按圖樣要求檢查各部尺寸及精度14入庫入庫 3、工藝分析 1）該齒輪精度較