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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：雙聯(lián)齒輪零件機械加工工藝及其典型夾具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年05月
雙聯(lián)齒輪零件機械加工工藝及其典型夾具設計
摘 要
通過對零件的分析，制定一套合理的工藝方案，并設計出可行的夾具。本文主要是圍繞雙聯(lián)齒輪零件的機械加工工藝以及對其中兩道工序的夾具設計來展開的。其主要內容有：首先分析了零件圖，確定生產類型和毛坯，確定加工設備，確定加工方案及裝夾方案，刀具的選擇，切削用量的選擇與計算，數據處理等。本次設計主要是對鉆28的孔和滾齒進行夾具設計，對夾具設計方案進行分析和選擇。選定方案后，通過查閱相關夾具設計書籍和相關圖例，最終完成鉆孔和滾齒的夾具設計。試圖找出一種簡單、實用的加工方法，以提高勞動生產率和降低成本。
關鍵詞：雙聯(lián)齒輪；工藝分析；工藝規(guī)程設計；夾具設計
I
The machining process and fixture design of the Dual gear
Abstract
Part of the analysis,to develop a reasonable process scheme, and design a feasible fixture.This paper is mainly about the Dual gear machining process and fixture design for the two processes to start. Its main contents are: the first analysis of the parts diagram, determine the production type and blank, determine the processing equipment, determine the processing scheme and clamping scheme, tool selection, selection and calculation of cutting parameters, data processing etc.. This design is mainly to drill 28 holes and hobbing fixture design, analysis and selection of design scheme of fixture. The selected solution, by consulting the related jia design books and related legend, fixture design finished drilling and hobbing. Trying to find a processing method of simple, practical, to improve labor productivity and reduce the cost.
Key words：Dual gear; Process analysis; Process design; fixture design
IV
目 錄
1 緒論 1
1.1設計內容及意義 1
1.2國內外相關研究情況 1
1.3課題背景知識 2
1.4夾具設計 5
2 工藝規(guī)程設計 7
2.1工藝分析 7
2.1.1零件的作用 7
2.1.2零件工藝分析 7
2.1.3生產綱領計算 8
2.2毛坯選擇 8
2.2.1選擇毛坯種類 8
2.2.2確定毛坯尺寸及機械加工總余量 9
2.2.3 繪制毛坯圖 10
2.3制定工藝路線 10
2.3.1定位基準選擇 10
2.3.2加工階段劃分 11
2.3.3工序的集中與分散 13
2.3.4工序順序的安排 13
2.3.5工藝路線擬定 13
2.3.6 加工設備及工藝裝備選擇 15
2.3.7工序尺寸確定 16
2.3.8切削用量及基本工時 17
3 滾齒夾具設計 26
3.1問題的提出 26
3.2確定定位方案 26
3. 3確定夾緊機構 26
3. 4確定其他裝置 26
3. 5繪制夾具總圖 27
3. 6夾具簡要說明 28
4 鉆夾具設計 29
4.1問題的提出 29
4.2定位基準的選擇 29
4.3確定夾緊機構 29
4.4繪制夾具裝配圖 29
4.5切削力和夾緊力計算 30
4.6定位誤差分析 31
4.7夾具簡要說明 31
5 結論 32
參考文獻 33
致謝 34
畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 35
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 36
畢業(yè)設計（論文）
1 緒論
1.1設計內容及意義
本次設計是在我們學完了大學的全部基礎課，技術基礎課以及專業(yè)課之后而進行的。此次的設計是對大學期間所學各課程及相關的應用繪圖軟件的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。其目的在于：
a．鞏固我們在大學里所學的知識，也是對以前所學知識的綜合性的檢驗；
b．加強我們查閱資料的能力，熟悉有關資料；
c．樹立正確的設計思想，掌握設計方法，培養(yǎng)我們的實際工作能力；
d．通過對雙聯(lián)齒輪零件的機械制造工藝設計，使我們在機械制造工藝規(guī)程設計，工藝方案論證，機械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術文件及查閱技術文獻等各個方面受到一次綜合性的訓練。初步具備設計一個中等復雜程度零件的工藝規(guī)程的能力。
e. 能根據被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計，初步具備設計出高效，省力，經濟合理并能保證加工質量的專用夾具的能力。
f．通過零件圖，裝配圖繪制，使我們對于AutoCAD繪圖軟件的使用能得到進一步的提高[1]。
本次設計的主要內容為：首先運用AutoCAD軟件繪制雙聯(lián)齒輪零件的二維零件圖，然后根據圖紙的技術要求等確定生產類型，其次進行工藝分析，確定毛坯類型和制造方法，雙聯(lián)齒輪零件的材料為45鋼，擬采用以鍛造的形式進行毛坯的制造，并確定零件的機械加工工藝路線，完成機械加工工序設計，進行必要的經濟分析。最后，對某道加工工序進行夾具裝配圖及主要零件圖的設計。
1.2國內外相關研究情況
建國初期，當時基本上沒有齒輪產品的生產能力。經過第一、二個五年計劃的建設，我國初步形成了一套包括機床、汽車、重型機械、電站設備，石油化工與通用設備等機械制造能力。同時，相應的齒輪制造業(yè)也隨著發(fā)展起來，到1963年左右，我國已不僅能成批生產齒輪及其裝置，而且普通規(guī)格的齒輪機床、刀具、量儀也能由國內制造。1970年后，國家為了上水平，新建與改建一批生產齒輪及齒輪箱的專業(yè)廠與車間，并從國外引進一批關鍵設備，使齒輪產品的生產能力和水平上了一個臺階。到1980年初，當時結合發(fā)展硬齒面齒輪制造技術與齒輪產品的更新?lián)Q代，進一步裝備了一批齒輪制造企業(yè)，這就基本上形成了我國齒輪制造業(yè)的完整體系。
齒輪傳動在我國的發(fā)展是從漸開線齒廓起步的。漸開線齒輪在技術上最成熟，應用最具備條件，因而使用也最普遍，并在機械傳動設計中，占有主導地位。70年代末，隨著國外機械產品的引進與齒輪制造水平的提高，齒面經滲碳淬火、氮化或感應淬火處理的所謂硬齒面漸開線齒輪開始為人們所重視。這種齒輪由于齒面硬度高與輪齒精度好而大大提高承載能力和使用壽命，并因結構尺寸小使齒輪裝置的成本大為降低。目前，我國已頒布各項齒輪國家標準88項，齒輪行業(yè)標準283項。其中大多數齒輪技術標準，均已與國際接軌，達到了國際通用技術水平[2]。
1.3課題背景知識
1.3.1零件的結構特點
圓柱齒輪一般分為齒圈和輪體兩部分，根據齒輪輪體的結構形狀來劃分可雙聯(lián)齒輪為盤類齒輪，有兩個齒圈，在齒圈上切出直齒齒形，在輪體上帶有花鍵孔。雙聯(lián)齒輪零件如圖1.1所示。
圖1.1 雙聯(lián)齒輪三維圖
1.3.2機械制造工藝技術相關知識
a．根據零件圖和產品裝配圖，對零件進行工藝分析
在對雙聯(lián)齒輪零件進行工藝規(guī)程設計時，應掌握該零件在部件或總成中的位置、公用以及部件或總成對該零件提出的技術要求，明確零件的主要工作表面，以便在擬定工藝規(guī)程過程中采取措施予以保證。
掌握零件的結構形狀、材料、硬度及熱處理等情況，了解該零件的主要工藝特點，形成工藝規(guī)程設計的總體構想。
分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等方面的技術要求；明確哪些表面是主要加工表面，以便在選擇表面加工方法及擬定工藝路線時重點考慮；對全部技術要求應進行歸納整理[3]。
b．計算零件的生產綱領，確定生產類型
根據零件圖查表可知，雙聯(lián)齒輪零件為輕型零件，根據生產要求將確定該零件為大批量生產。
c．確定毛坯種類和制造方法
機械加工中毛坯種類有很多種，如鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件及焊接組合件等。根據雙聯(lián)齒輪零件圖所選擇的材料，雙聯(lián)齒輪零件加工過程中應達到的技術指標和加工特點，零件生產的經濟性，如何選擇合適的毛坯種類也是設計重點。其次，如何選擇毛坯制造方法也是設計中必不可少的環(huán)節(jié)，一般地，選擇毛坯的制造方法應考慮以下幾個方面因素：材料的工藝性能、毛坯尺寸、形狀和精度要求、零件生產綱領、采用新型材料、新工藝、新技術的可能性。
d．確定毛坯尺寸和公差
如何確定毛坯尺寸，也就是如何確定加工余量，對確保加工質量、提高生產率和降低成本都有重要的意義。余量不能確定過大或是過小，所以應當選擇合適的方法來確定加工余量，保證零件加工各項尺寸及技術指標。同時，選擇合適的尺寸公差對零件加工和零件生產的經濟性也有很大的影響。
e．擬定工藝路線
擬定工藝路線包括：定位基準的選擇；各表面加工方法的確定；加工階段的劃分；工序集中程度的確定；工序順序的安排。
f．確定各個工序的加工余量，計算工序尺寸及公差
g．選擇各個工序的機床設備及刀具、量具等工藝裝備
h．確定各個工序的切削用量和時間定額
i．編制工藝文件
1.3.3機床夾具的作用
在機械制造的各個加工工藝過程中，必須使工件在工藝系統(tǒng)中處于正確的位置，以保證加工質量，并提高生產效率。把為了使工件處于正確位置上所使用的各種工藝裝備，稱為夾具。
在機床上對工件進行切削加工時，為了保證加工精度，必須正確地安放工件，使工件相對于刀具和機床占有正確的位置，這一過程稱為“定位”。為了保護這個正確位置在加工過程中穩(wěn)定不變，應該對工件施加一定的夾緊力，這個過程稱為“夾緊”。這兩個過程總稱為“安裝”。在機床上實現安裝任務的工藝裝備，就是“機床夾具”。
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣泛的是通用夾具，如車床上用的三爪卡盤和銑床上用的平口虎鉗等。這類夾具的規(guī)格尺寸已經標準化，由專業(yè)廠進行生產。而用于批量生產，專門為工件某加工工序服務的專用夾具，則必須由各個制造廠自行設計制造[4]。
機床夾具在機械加工中起著重要的作用，所以應用十分廣泛。歸納起來有以下幾個方面的作用：
a. 保證工件的加工精度，穩(wěn)定產品質量
夾具在機械加工中的基本作用就是保證工件的相對位置精度。由于采用了能直接定位的夾具，因此，可以準確地確定工件相對于刀具和機床切削成形運動中的相互位置關系，不受或者少受各種主觀因素的影響，可以穩(wěn)定可靠地保證加工質量。
b. 提高勞動生產率和降低加工成本
提高勞動生產率，降低單件時間定額的主要技術措施是增大切削用量和壓縮輔助時間。采用機床夾具，既可以提高工件加工時的剛度，有利于采用較大的切削用量，又可以省去劃線找正等工作，使安裝工作的輔助工時大大減小，因此能顯著地提高勞動生產率和降低成本。
c. 改善工人勞動條件
采用夾具后，工件的裝卸顯然比不用夾具方便、省力、安全。使用專用夾具安裝工件，定位方便、迅速，夾緊可采用增力、機動等裝置，因此可以減輕工人的勞動強度。還可設計保護裝置，確保操作者安全。
d. 在流水線生產中，便于平衡生產節(jié)拍
工藝過程中，當某些工件所需要工序時間特別長時，可以采用多工位或高效夾具等，以提高生產效率，使生產節(jié)拍能夠比較平衡。
1.3.4機床夾具的分類
a. 專用夾具
專用夾具是針對某一種工件的一定工序而專門設計的。因為不需要考慮通用性，所以夾具可以設計得結構緊湊、操作方便。還可以按需要采用各種省力機構、動力裝置、分度裝置等。因此，此類夾具可以保證較高的加工精度和勞動生產率，主要在產品固定和工藝穩(wěn)定的較大批量生產中應用。這類夾具也是本課程研究的主要對象。
b. 可調式夾具
可調式夾具的特點是：加工完一種零件后，通過調整或更換夾具中的個別元件，即可加工形狀相似、尺寸和加工相近的多種零件。
可調式夾具又可以分為通用可調夾具和專用可調夾具。通用可調夾具如滑柱式鉆模等，使用范圍較大。專門化可調夾具常稱為成組夾具，通常配合成組技術，用于裝夾和加工一組結構與工藝相似的工件。
c. 專門化拼裝夾具
專門化拼裝夾具是針對其工件的特定工序加工要求，由實現制造好的通用性較強的標準化元件和部件拼裝組成。從這個特點來看，這類夾具具有很大的通用性，但同時又是為某一種特定工序而專門拼裝的夾具。因此，這類夾具又具有專門夾具的優(yōu)點。
d. 自動化生產用夾具
自動化生產用夾具駐澳是自動線上所使用的夾具?；旧戏譃閮深悾阂活愂枪潭ㄊ綂A具，它與一般專用夾具相似；一類是隨行夾具，它除了具有一般家具所擔負的安裝工件任務外，還擔負著沿自動線輸送工件的任務，即在這工件從一個工位移動到下一個工位。故稱為“隨行夾具”[4] 。
1.4夾具設計
1.4.1夾具設計的特點
a．針對性強，設計人員必須全面掌握工藝和生產現場的實際情況。
專用夾具是為某零件的某工序設計的，設計人員必須全面了解和掌握產品零件的要求，工藝工程的安排以及所使用的機床、刀具，鋪具的具體情況才可能提出合理可行的最佳方案，確定最合理的定位、夾緊裝置。
b．保證加工質量和勞動生產率是夾具設計的兩項主要任務，而保證加工質量又是第一位的。因此，設計時應重點把住定位方案的確定和精度分析這兩道關。對于制造精度要求不高的零件，其夾具設計應該重點保證提高勞動生產率和改善勞動條件。
c．夾緊機構對整個夾具結構起決定性作用。
夾緊裝置的結構形式和種類很多，選用的靈活性很大，特別是夾緊裝置中力源及傳動機構的設計對夾具結構的影響最大。因此，在同樣能保證工序要求的情況下，每個人設計的結構可能大不相同。而不同復雜程度的夾具在不同的生產規(guī)模條件下其經濟效果也不一樣，設計人員必須使自己的設計和生產規(guī)模相適應，不可片面追求高精度而忽視了經濟性。
d．夾具的制造多屬于單件生產，因此，設計時應考慮采用組合加工，修配和調整等措施來保證夾具的制造精度，盡可能地考慮設置修配和調整環(huán)節(jié)，而不能完全依靠用完全互換的辦法保證制造精度。
e．設計周期短，一般不進行強度剛度計算。
夾具設計是直接為產品生產服務的生產技術準備工作，其設計周期要求短，因此設計時多采用參照法或是憑經驗確定的辦法來保證受力件的強度和剛度，通常不進行詳細計算，有時采用簡便公式或用圖表做為設計參考。倒是應注意，在設計一些具有較高精度的夾具時，應該對定位精度、夾緊力等進行必要的計算和分析[5]。
1.4.2設計的基本要求
夾具設計的原則是經濟和實用，它可以概括為“好用、好造、好修”這六個字，其中好用是主要的，但好用也必須以不脫離生產現場的實際制造和維修水平為前提。具體要求為：
a．夾具的構造應與其用途和生產規(guī)模相適應，正確處理好質量、效率、方便性與經濟性四者的關系。
b．保證工件精度。
c．保證使用方便，要便于裝卸、便于夾緊、便于測量、便于觀察、便于排屑排液、便于安裝運輸，保證安全第一。
d．注意結構工藝性，對加工、裝配、檢驗和維修等問題應通盤考慮，以降低制造成本。
6
畢業(yè)設計（論文）
2 工藝規(guī)程設計
2.1工藝分析
2.1.1零件的作用
雙聯(lián)齒輪是一些機械設備變速箱中，通過操作機構相結合，滑動齒輪，從而實現變速。32花鍵孔有較高精度。雙聯(lián)齒輪零件如圖2.1所示。
圖2.1 雙聯(lián)齒輪零件
2.1.2零件工藝分析
該零件是齒輪類零件，形狀規(guī)則，尺寸精度和形位精度要求均較高，零件的主要技術分析如下：
a．齒輪端面對準A的圓跳動公差不超過0.05mm，主要是保證端面平整光滑，雙聯(lián)是利用花鍵軸和花鍵孔進行配合定位，因此必須保證花鍵孔的尺寸精度。雙聯(lián)齒輪之間嚙合要求嚴格，要保證雙聯(lián)齒輪的齒形準確及同軸度較高。
b．由于零件是雙聯(lián)齒輪，軸向距離較小，根據生產綱領選擇合理的加工工藝。
c．齒輪要求加工精度高，要嚴格控制好定位。
d．32的花鍵孔是比較重要的孔，也是以后機械加工各工序中的主要定位基準。因此加工花鍵孔的工序是比較重要的。要在夾具設計中考慮保證到此孔精度及粗糙度要求。
2.1.3生產綱領計算
零件的生產類型是指企業(yè)（或車間、工段、班組、工作地等）生產專業(yè)化程度的分類，它對工藝規(guī)程的制訂具有決定性的影響。生產類型一般可分為大量生產、成批生產和單件生產三種類型，不同的生產類型有著完全不同的工藝特征。零件的生產類型是按零件的年生產綱領和產品特征來確定的。生產綱領是指企業(yè)在計劃期內應當生產的產品產量和進度計劃。年生產綱領是包括備品和廢品在內的某產品年產量。零件的生產綱領N可按下式計算：
（2.1）
式中 ----零件的生產綱領
----產品的年產量（臺、輛/年）
----每臺（輛）產品中該零件的數量（件/臺、輛）
---備品率，一般取2%-4%
---廢品率，一般取0.3%-0.7%
根據上式就可以計算求得出零件的年生產綱領，再通過查表，就能確定該零件的生產類型[7]。
根據本零件的設計要求，Q=10000臺，m=1件/臺，分別取備品率和廢品率3%和0.5%，將數據代入生產綱領計算公式得出N=10351件/年，可知本設計零件的生產類型為大批量生產。
2.2毛坯選擇
2.2.1選擇毛坯種類
機械加工中毛坯的種類有很多種，如鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件、焊接組合件等，同一種毛坯又可能有不同的制造方法。為了提高毛坯的制造質量，可以減少機械加工勞動量，降低機械加工成本，但往往會增加毛坯的制造成本。選擇毛坯的制造方法一般應當考慮一下幾個因素。
a. 材料的工藝性能
材料的工藝性能在很大程度上決定毛坯的種類和制造方法。例如，鑄鐵，鑄造青銅等脆性材料不能鍛造和沖壓，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造組合毛坯，而只能用鑄造。低碳鋼的鑄造性能差，很少用于鑄造；但由于可鍛性能，可焊接性能好，低碳鋼廣泛用于制造鍛件、型材、沖壓件等。
b. 毛坯的尺寸、形狀和精度要求
毛坯的尺寸大小和形狀復雜程度也是選擇毛坯的重要依據。直徑相差不大的階梯軸宜采用棒料；直徑相差較大的宜采用鍛件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模鍛或壓鑄、特種鑄造方法制造，而適宜采用自由鍛造或是砂型鑄造。形狀復雜的毛坯，不宜采用型材或自由鍛件，可采用鑄件、模鍛件、沖壓件或組合毛坯。
c. 零件的生產綱領
選擇毛坯的制造方法，只有與零件的生產綱領相適應，才能獲得最佳的經濟效益。生產綱領大時宜采用高精度和高生產率的毛坯制造方法，如模鍛及熔模鑄造等；生產綱領小時，宜采用設備投資少的毛坯制造方法，如木模砂型鑄造及自由鍛造[8]。
根據上述內容的幾個方面來分析本零件，零件材料為45鋼，首先分析材料的性能，具有較高的強度，塑性和耐磨性，由于零件結構簡單，尺寸較小，且有臺階軸，力學性能要求較高，精度較高且要進行大批量生產，所以選用模鍛件，其加工余量小，表面質量好，機械強度高，生產率高。毛坯的尺寸精度要求為IT11—12級。
2.2.2確定毛坯尺寸及機械加工總余量
雙聯(lián)齒輪是一些設備變速箱中，通過與操縱機構相結合，滑動齒輪，從而實現變速。要求配合精度較高，力學性能較好，且生產綱領是大批量生產，所以毛坯選用模鍛件，再給以正火處理，以消除鍛件在鍛造過程中的內應力。
查文獻[13]該種鍛件的公差等級為CT7~9級，故取CT為9級。
由文獻[13]可用查表法確定各表面的總余量，但由于用查表法所確定的總余量與生產實際情況有些差距，故還應根據工廠具體情況進行適當的調整。
由文獻[13]可查出鍛件主要尺寸的公差，先將調整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表2.1所示：
表2.1 零件毛坯尺寸及公差 mm
主要面尺寸
零件尺寸
總余量
毛坯尺寸
87.5外圓
87.5
4
91.5
57.5外圓
57.5
4
61.5
42
42
4
46
42長
42
4
46
18厚
18
3
21
23厚
23
2
25
由此可繪出零件毛坯圖。
2.2.3 繪制毛坯圖
雙聯(lián)齒輪零件毛坯圖如圖2.2所示。
圖2.2 雙聯(lián)齒輪零件毛坯圖
2.3制定工藝路線
2.3.1定位基準選擇
定位基準的選擇在工藝規(guī)程制定中直接影響到工序數目，各表面加工順序，夾具結構及零件的精度。
定位基準分為粗基準和精基準，用毛坯上未經加工的表面作為定位基準成為粗基準，使用經過加工表面作為定位基準稱為精基準。在制定工藝規(guī)程時，先進行精基準的選擇，保證各加工表面按圖紙加工出來，再考慮用什么樣的粗基準來加工精基準。
a. 粗基準的選擇原則
為保證加工表面與不加工表面之間的位置精度，則應以不加工表面為粗基準。若工件上有很多個不加工表面，應選其中與加工表面位置精度要求較高的表面為粗基準。
為保證工件某重要表面的余量均勻，應選重要表面為粗基準。
應盡量選光滑平整，無飛邊，澆口，冒口或其他缺陷的表面為粗基準，以便定位準確，夾緊可靠。
粗基準一般只在頭道工序中使用一次，應盡量避免重復使用。
b. 精基準的選擇原則
“基準重合”原則 應盡量選擇加工表面的設計基準為定位基準，避免基準不重合引起的定位誤差。
“基準統(tǒng)一”原則 盡可能在多數工序中采用同一組精基準定位，以保證各表面的位置精度，避免因基準變換產生的誤差，簡化夾具設計與制造。
“自為基準”原則 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均勻，應選該加工表面本身為精基準，該表面與其他表面之間的位置精度由先行工序保證。
“互為基準”原則 當兩個表面相互位置精度及尺寸、形狀精度都要求較高時，可采用“互為基準”方法，反復加工。
所選的精基準應能保證定位準確、夾緊可靠、夾具簡單、操作方便[10]。
2.3.2加工階段劃分
雙聯(lián)齒輪零件加工質量要求較高，可將加工階段分為粗加工，精加工幾個階段。
a. 工藝過程分析
圖2.1為一雙聯(lián)齒輪零件圖，材料為45鋼，精度為7FL級，齒部50HRC。
齒輪的加工工藝過程大致要包括以下內容：毛坯熱處理、齒坯加工、齒形加工、齒端加工、齒面熱處理、精基準修正及齒形精加工等。
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精度和齒距分布均勻性，而這與切齒時采用的定位基準（孔和端面）的精度有著直接的關系，所以，這個階段主要是為下一階段加工齒形準備精基準，使齒的內孔和端面的精度基本達到規(guī)定的技術要求。在這個階段中除了加工出基準外，對于齒形以外的次要表面的加工，也應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，經過這個階段就應當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鍵階段，應予以特別注意。
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，在于修正齒輪經過淬火后引起的齒形變形，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對定位基準面（孔和端面）進行修整，因淬火以后齒輪的內孔和端面均會產生變形，如果在淬火后直接采用這樣的孔和端面作為基準進行齒形精加工，是很難達到齒輪精度的要求的。以修整過的基準面定位進行齒形精加工，可以使定位準確可靠，余量分布也比較均勻，以便達到精加工的目的[10]。
b. 基準的選擇
零件在加工、測量和裝配過程中所采用的基準稱為工藝基準。零件的尺寸精度需通過正確的定位才能保證，故對基準的選擇應予以分析。
(1) 粗基準的選擇
按照粗基準的選擇原則，選擇加工余量小的、較準確的、表面質量好的、面及較大的毛面作為粗基準。因此選擇毛坯大端面作為粗基準。
(2) 精基準的選擇
在加工完32花鍵孔以后選擇一孔（花鍵孔）兩面（端面和圓面）作為精基準。這樣就滿足了基準重合的原則和互為基準的原則。在加工某些表面時，可能會出現基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。
c. 齒端加工
如圖2.3所示，齒輪的齒端加工有倒角、倒尖、倒棱和去毛刺等。倒圓、倒尖后的齒輪，沿軸向滑動時容易進入嚙合。倒棱可去除齒端的銳邊，這些銳邊經滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動中容易崩裂。
圖2.3 齒端加工形式
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。
d. 精基準修正
齒輪淬火后基準孔產生變形，為保證齒形精加工質量，對基準孔必須給予修正。
對外徑定心的花鍵孔齒輪，通常用花鍵推刀修正。推孔時要防止歪斜，有的工廠采用加長推刀前引導來防止歪斜，已取得較好的效果。
對圓柱孔齒輪的修正，可采用推孔和磨孔，推孔生產率高，常用于未淬硬齒輪；磨孔精度高，但生產率低，對于整體淬火后內孔變形大硬度高的齒輪，或內孔較大、厚度較薄的齒輪，則以磨孔為宜。磨孔應以齒面定位，符合互為基準原則。
2.3.3工序的集中與分散
本零件采用工序集中原則安排零件的加工工序。本零件的生產類型為大批量生產，可以采用各種機床配以專用工具、夾具、以提高生產率；而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，不但可縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求[10]。
2.3.4工序順序的安排
a. 機械加工順序
（1） 遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準，即在前面加工階段先加工上下端面。
（2） 遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3） 遵循“先主后次”原則，先加工主要表面端面，后加工次要表面及各孔。
（4） 遵循“先面后孔”原則，先加工下端面，上端面，后加工孔。
b. 熱處理工序
毛坯為鍛件，清理后進行正火處理，以消除內應力提高機械切削加工性能。
c. 輔助工序
在對本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、終檢工序。
2.3.5工藝路線擬定
為保證達到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術要求，必須制定合理的工藝路線。
由于生產綱領為大批量生產，所以采用通用機床配以專用的工具、夾具、量具，并考慮工序集中，以提高生產率和減少機床數量，使生產成本下降。
工藝路線一：
鍛造、正火
工序1：粗車外圓及端面
工序2：拉花鍵孔
工序3：去毛刺
工序4：精車外圓、端面
工序5：檢驗
工序6：滾齒
工序7：插齒
工序8：倒角
工序9：去毛刺
工序10：剃齒
工序11：齒部高頻淬火
工序12：推孔
工序13：衍齒
工序14：總檢
工藝路線二：
鍛造、正火
工序1：粗車外圓及端面
工序2：拉花鍵孔
工序3：去毛刺
工序4：精車外圓及端面
工序5：檢驗
工序6：滾齒
工序7：倒角
工序8：去毛刺
工序9：剃齒
工序10：齒部高頻淬火
工序11：推孔
工序12：衍齒
工序13：總檢
兩個工藝方案中除第七道工序不同外，其他的工序都相同，這二道工序都是為了獲得Z=21的切削加工。方案一是對Z=33的齒形進行滾齒加工后再對Z=21的齒輪進行插齒加工，這樣能保證切削加工順利地進行下去。方案二是對Z=33的齒坯進行滾齒加工后繼續(xù)對Z=21的齒輪進行滾齒加工，由于該零件是雙聯(lián)齒輪，兩齒輪間隔很小，若再對Z=21的齒坯進行滾齒加工需得有專門的設備，增加了成本和加工難度。
另外，選擇方案時還應考慮工廠的具體條件等因素，如設備，能否借用工具、夾具、量具等、本次設計選擇工藝路線方案一。根據工序方案一制定出詳細的工序劃分如下所示：
毛坯為鍛件，清理后進行正火處理，以消除內應力提高機械切削加工性能，在毛坯車間，對其認真檢驗分析，達到毛坯的技術要求，然后送到機械加工車間來加工。
毛坯鍛造、正火
工序1：粗車外圓及端面，鉆、鏜花鍵底孔至尺寸28H12
工序2：拉花鍵孔
工序3：鉗工去毛刺
工序4：上心軸，精車外圓，端面及槽
工序5：檢驗
工序6：滾齒（Z=33）
工序7：插齒（Z=21）
工序8：倒角
工序9：鉗工去毛刺
工序10：剃齒（Z=33）
工序11：剃齒（Z=21）
工序12：齒部高頻淬火
工序13：推孔
工序14：衍齒
工序15：總檢入庫
根據此工序安排，編出機械加工工藝過程卡及工序卡。見附表機械工藝加工過程卡，附表機械加工工藝卡。
2.3.6 加工設備及工藝裝備選擇
a. 機床的選擇
依據參考文獻資料[8]，選擇各加工工序所用機床如下：
（1） 車，外圓及端面、倒角，選用CA6140臥式車床，專用車夾具和游標卡尺。
（2） 鉆鏜花鍵孔，選用Z304016鉆床，專用鉆夾具和內徑千分尺。
（3） 拉花鍵孔，選用L6120拉床，專用拉夾具和花鍵量規(guī)。
（4） 滾齒（Z=33），選用Y3150E滾齒機，上芯軸裝夾
（5） 插齒（Z=21），選用Y5132插齒機，上芯軸裝夾
（6） 剃齒，選用Y4232C剃齒機，上芯軸裝夾
b. 夾具的選擇
本零件的生產類型為大批量生產 ，為提高生產效率，所用的夾具應為專用夾具。
c. 刀具的選擇
依據參考文獻資料[8]，選擇各加工工序所用刀具如下：
（1） 車刀，選擇刀片材料為YG6、刀桿尺寸為16mm×25mm的高速鋼車刀
（2） 鉆孔選用高速鋼麻花鉆鉆頭，=28mm
（3） 拉花鍵孔，選擇矩形花鍵拉刀
（4） 倒角（15o牙角）選用75o外圓車刀
（5） 滾齒（Z=33），選用高速鋼剃前齒輪滾刀
（6） 插齒（Z=21），選用盤形直齒插齒刀
（7） 剃齒，選用盤形剃齒刀
（8） 推孔，選用總長為255mm，推削長度為18~50mm的矩形花鍵推刀
（9） 珩齒，選用珩磨輪
d. 量具的選擇
量具主要根據生產類型和所檢驗的精度來選擇。在單件小批量生產中應采用通用量具，在大批量生產中則采用各種量規(guī)和一些高生產率的專用量具。根據零件的表面的精度要求，尺寸和形狀特點，參考相關資料，選擇如下：
（1） 加工面的量具用讀數值為0.02mm的游標卡尺測量。
（2） 選擇加工孔量具。
因為孔的加工精度介于IT7～IT9之間，選擇測量范圍為1-50mm的內徑千分尺即可?；ㄦI孔量具選擇花鍵量規(guī)。
2.3.7工序尺寸確定
（1）外圓
根據毛坯尺寸為91.5mm，毛坯的余量為4mm，粗加工單側余量為1.5mm，查參考文獻[13]表2.3-8確定工序尺寸及余量。
粗車 89mm 2z=1.5mm
精車 87.5mm
（2）端面
根據毛坯尺寸為21mm，毛坯的余量為3mm，粗加工余量為1mm，查參考文獻[13]表2.3-8確定工序尺寸及余量。
粗車 19mm z=1mm
精車 18mm
（3）外圓
根據毛坯尺寸為61.5mm，毛坯的余量為4mm，粗加工單側余量為1.5mm，查參考文獻[13]表2.3-8確定工序尺寸及余量。
粗車 59mm 2z=1.5mm
精車 57.5mm
（4）端面
根據毛坯尺寸為25mm，毛坯的余量為2mm，粗加工余量為1.5mm，查參考文獻[13]表2.3-8確定工序尺寸及余量。
粗車 24mm z=1mm
精車 23mm
（5）孔
加工長度為46mm，毛坯的余量為4mm。毛坯為實心、不沖出孔，孔內要求精度介于IT8～IT9之間。查參考文獻[13]表2.3-8確定工序尺寸及余量。
鉆 26mm 2z=2mm
鏜 28mm
（6）滾齒 2z=0.1mm
（7）插齒 2z=0.06mm
2.3.8切削用量及基本工時
工序1 粗車外圓及端面
a. 加工條件
機床：CA6140臥式車床
刀具：高速鋼車刀，刀片材料為YG6、刀桿尺寸為16mm×25mm
b. 計算切削用量
（1） 粗車的端面
1) 確定端面最大加工余量：已知毛坯的高度是46，粗車余量總共為3mm，單邊為1.5，由于是粗車，可一次性加工到位，精度暫時不要求。
2) 確定進給量f：根據參考文獻[14]表3.29，當刀桿尺寸為16mm×25mm，≤3mm以及工件直徑為87.5mm時，=0.6-0.8mm/r，取=0.6mm/r
3) 計算切削速度：
刀具材料YG6
由參考文獻[14]，查得切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）
（2.2）
其中：kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81
∴==0.87(m/s)
4) 確定機床主軸轉速：
n===181r/min （2.3）
按機床說明書，與181r/min相近的機床轉速為160r/min及200r/min，現選取200r/min，所以實際切削速度=0.96m/s
5) 計算切削工時：
按參考文獻[14]查表12.1車削基本時間的計算
=3 =3 =0
==0.363min （2.4）
（2） 粗車的外圓表面
1) 已知87.5外圓長度方向上的加工余量為3mm，實際加工余量為1.5mm，故分一次加工，長度加工公差為IT11級取-0.19mm
2) 確定進給量：
根據參考文獻[14]表3.29，當刀桿尺寸為16mm×25mm，≤3mm以及工件直徑為87.5時，=0.6-0.8mm/r，取=0.6 mm/r
3) 計算切削速度：
按參考文獻[14]，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）
刀具材料YG6
（m/s） （2.5）
其中：=158 =0.15 =0.4 =0.2
外圓縱車：=1.0；
∴=3m/s
4) 確定機床主軸轉速：
n===623r/min
按機床說明書，與623r/min相近的機床轉速為560r/min及710r/min，現選取560r/min。所以實際切削速度=2.7m/s
5) 計算切削工時：
按參考文獻[14]查表12.1車削基本時間的計算
=21mm =0 =0 =0
==0.063min
(3) 粗車的外圓表面
1) 進刀量計算得加工一次加到58.5，由61.5到58.5單邊加工余量Z=1.5，即=1.5，58.5到57.5，Z =0.5，即=0.5
2) 進給量由上步=0.6mm/r
3) 計算切削速度：
按參考文獻[14]，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）
刀具材料YG6
（m/s）
其中：=158 =0.15 =0.4 =0.2
外圓縱車：=1.0；
∴=3m/s
4) 確定機床主軸轉速：
n===623r/min
按機床說明書，與623r/min相近的機床轉速為560r/min及710r/min，現選取560r/min。所以實際切削速度=2.7m/s
5) 計算切削工時：
按參考文獻[14]，車削基本時間的計算
=23mm =0 =0 =0
==0.068min
工序2 鉆孔
a. 加工條件
機床：Z304016鉆床
刀具：麻花鉆
b. 計算切削用量
由參考文獻[14]表2.4-39得：進給量=0.56mm/r
切削速度： =0.283m/s
機床主軸轉速：
n= =r/min
取n=200 r/min
實際切削速度：
== m/s （2.6）
被切削層長度： =46mm
刀具切入長度：
=+（1~2）=cot45+1=15mm (2.7)
刀具切出長度： =0mm
根據參考文獻[14]可得
==32.6s
工序3 拉花鍵孔
a. 加工條件
機床：L6120拉床
刀具：矩形花鍵拉刀
b. 計算切削用量
單面齒升：根據有關手冊，確定拉花鍵孔時花鍵拉刀的單面齒為0.06mm
拉削速度： =0.06m/s(3.6m/min)
切削工時： = （2.8）
式中： 單面余量2mm(由28mm拉削到32mm)；
拉削表面長度，42mm；
考慮校準部分的長度系數，取1.2；
考慮機床返回行程系數，取1.4 ；
拉削速度（m/min）；
拉刀單面齒升；
拉刀同時工作齒數，Z=；
拉刀齒距。
=(1.25~1.5)=1.35=9mm
∴拉刀同時工作齒數==≈5
∴其本工時 ==0.20min
工序4 精車外圓及端面
a. 加工條件
機床：CA6140 臥式車床
刀具：高速鋼車刀
b. 計算切削用量
(1) 精車端面
刀具不變，且由于工序對端面進行了粗加工，且精度的未加工的毛坯高，所以這次夾緊后對工件車削可大些。
1) 背吃刀量為0.7mm
2) 進給量，查參考文獻[14]表3.29，=0.6-0.8 mm/r，取=0.6mm/r
3) 由工序1得到的轉速，尺寸相差不大，且可直接不更換使用=0.87m/s
4) 確定機床主軸轉速
n===181r/min
按機床說明書，與181r/min相近的機床轉速為160r/min及200r/min，現選取200r/min.所以實際切削速度=0.96m/s
5) 計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
==30.5 =3 =3 =0
==0.308min
(2) 精車外圓
1）單邊切削余量為Z=0.55mm，則=0.55mm
2）進給量查參考文獻[14]表3-29，=0.6-0.8 mm/r，取=0.6mm/r
3）由工序一得到的轉速，尺寸相差不大，且可直接不更換使用=0.87m/s
4）確定機床主軸轉速
n===181r/min
按機床說明書，與181r/min相近的機床轉速為160r/min及200r/min，現選取200r/min.所以實際切削速度=0.96m/s
5）計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
=18mm =0 =0 =0
==0.15min
（3）精車外圓
1）單邊切削余量為Z=0.55mm，則=0.55mm
2）進給量，查實用參考文獻[14]表3.29，=0.6-0.8 mm/r，取=0.6mm/r
3）由工序一得到的轉速，尺寸相差不大，且可直接不更換使用=0.87m/s
4）確定機床主軸轉速
n===181r/min
按機床說明書，與181r/min相近的機床轉速為160r/min及200r/min，現選取200r/min.所以實際切削速度=0.96m/s
5） 計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
=20mm =0 =0 =0
==0.19min
工序5 滾齒
a. 加工條件
機床：Y3150E滾齒機
刀具：高速鋼滾刀
b. 計算切削用量
（1）切削用量：
本工序為滾齒，工作時每轉滾刀軸想進給量=2.4～2.8mm/r
依據參考文獻[14]表2.19的計算公式確定齒輪滾刀的切削速度
= （2.9）
式中=364 y=0.85 T=240min =2.65mm/r m=0.5 m=2.5 x=-0.5 k=0.8×0.8=0.64
=m/min
根據Y3150型滾齒機主軸轉速表5.8，選n=165r/min 實際切削速度為=15.78m/min
加工時的切削功率按下式計算表2.20
= （2.10）
式中=124 =0.9 =1.7 =-1.0 =0 =2.65mm/r m=2.5mm =87.5 Z=33 =13.78m/min =1.2 =0.27kw
Y3150型滾齒機的主電動機功率=3kw，查表5.79，因＜，故所選擇的切削用量可在滾齒機床上使用。
（2）計算切削工時
根據參考文獻[14]表2.5-16，用滾刀滾圓柱齒輪的基本時間為
= （2.11）
式中=18mm =0° Z=33 =1 =2.75r/s =2.65mm/r
=+(2～3) =+(2～3)=24.5mm
=3mm
==3.43min
工序6 插齒
a. 加工條件
機床：Y5120A 插齒機
刀具：盤形直齒插刀
b. 計算切削用量
本工序為插齒。進給量應取較小值，即=0.32mm，往復=0.024mm，往復切削速度=20m/min
（1）插齒刀的行程長度
（2.12）
式中—被加工齒輪寬度
插直齒時，5~6
（2） 插齒刀每分鐘雙行程數
（2.13）
（3） 計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
d=52.5mm
（2.14）
工序7 倒角
a. 加工條件
機床：CA6140臥式車床
刀具：75o外圓車刀
b. 計算切削用量
此工步使用到專用刀具手動進給。
檢驗機床功率，按參考文獻[13]可查出，當σｂ＝160～245HBS，2.8mm，0.6mm/r，41m/min，＝3.4kw
主電機功率＝11kw，可見比小得多，所以機床功率足夠所用，切削用量符合要求。
工序8 剃齒
a. 加工條件
機床：Y4232C剃齒機
刀具：盤形剃齒刀
b. 計算切削用量
（1） 剃齒Z=33
依據參考文獻[14]表2.4-137得
工件每轉工作臺的縱向進給量=0.35~0.4mm/r，圓周速度=2.16m/s，機床主軸轉數n=230r/min
計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
（2.16）
（2） 剃齒Z=21
查參考文獻[14]表2.4-137得
工件每轉工作臺的縱向進給量=0.20~0.30mm/r，圓周速度=2.16m/s，機床主軸轉數n=230r/min
計算切削工時：
按參考文獻[13]查表12-1車削基本時間的計算
工序9 珩齒
依據參考文獻[17]得，珩齒余量單邊為0.01～0.02mm，珩磨輪轉速在為1000r/min，縱向進給量為0.05～0.065mm/r。一般工作臺3～5個往復行程即可完成珩齒，生產率很高。
25
畢業(yè)設計（論文）
3 滾齒夾具設計
3.1問題的提出
本夾具主要用來滾齒（Z=33），以齒輪花鍵孔和端面作為定位基準，在加工本工序以后還要進行剃齒，因此，在加工本道工序時，主要應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度。
3.2確定定位方案
選擇既是設計基準又是測量和裝配基準的內孔作為定位基準，既符合“基準重合”原則，又能使齒形加工等工序基準統(tǒng)一，只要嚴格控制內孔精度，在專用芯軸上定位時不需要找正。故選擇下面的方案：以花鍵孔和端面為主要定位基準，采用花鍵心軸和中間墊圈做定位元件?；ㄦI心軸限制了五個自由度、、、、，中間墊圈限制了一個自由度 。滾齒定位夾緊方案如圖3.1
圖3.1 滾齒定位夾緊方案
3. 3確定夾緊機構
此夾具選用支承墊圈和夾緊墊圈來進行夾緊，使用時通過螺帽來壓緊球面墊圈，從而將夾緊墊圈夾緊，夾緊墊圈將齒輪夾緊。而花鍵心軸裝在底座的1：10的錐孔里，錐孔鍥緊后能自鎖，心軸不會發(fā)生轉動。
3. 4確定其他裝置
由于心軸的長度較長，為了增加其剛性，故在螺母的頂端加一個固定扶架，同時襯套和底座處用螺釘連接。
3. 5繪制夾具總圖
滾齒夾具裝配圖如圖3.2所示。
圖3.2 滾齒夾具裝配圖
3. 6夾具簡要說明
使用本夾具時，按以下步驟進行：
（1）將襯套套在心軸的錐度端，錐孔能自鎖，使心軸不能發(fā)生轉動。
（2）將花鍵心軸和襯套一起裝入底座里，將襯套用螺釘固定在底座上。
（3）然后把花鍵心軸上依次裝上支撐墊圈，雙聯(lián)齒輪和中間墊圈。
（4）套上夾緊墊圈，在夾緊墊圈上固定好球面墊圈，并用螺母固定好，螺母壓緊夾緊墊圈后，使夾緊墊圈壓緊工件，在螺母上端加上固定扶架。
（5）滾齒結束以后，將工件取出。
31
4鉆夾具設計
4.1問題的提出
本夾具主要用來鉆孔，以小齒輪外圓表面和大端面作為定位基準，為了保證技術要求，最關鍵就是找到定位基準。同時，應考慮如何提高勞動生產率和降低勞動強度
4.2定位基準的選擇
出于定位簡單和快速的考慮，選擇小齒輪外圓表面和大齒輪端面為主要定位基準，工件以外圓定位加工內孔，保證同軸度。由零件圖可知，設計基準為齒輪的中心線，采用形塊定位，既能用于精基面定位，又能用于粗基面定位，既能用于完整的圓柱面，也能用于局部的圓柱面，而且具有對中性，但需要考慮定位誤差，保證齒輪的裝配精度[18]。采用支承釘做定位元件，支承釘限制了三個自由度，，，形塊限制了兩個自由度，。鉆孔定位夾緊方案圖4.1所示。
圖4.1 鉆孔定位夾緊方案
4.3確定夾緊機構
此夾具選用螺栓式定心夾緊機構進行夾緊，使用時通過手柄使雙向螺桿轉動，帶動滑座上的形塊和壓板，從而夾緊雙聯(lián)齒輪。這種夾緊機構結構簡單,工作行程大，通用性好。
4.4繪制夾具裝配圖
鉆孔夾具裝配圖如圖4.2所示。