雙聯(lián)齒輪加工工藝與夾具設計

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1、雙聯(lián)齒輪加工工藝及夾具設計 一、課程設計題目 編制零件的工藝規(guī)程及設計夾具： 雙聯(lián)齒輪如下圖所示，成批生產（每批100件），材料為40Cr鋼。編制此雙聯(lián)齒輪的工藝規(guī)程并為加工花鍵設計夾具。 要求：零件毛坯圖 夾具裝配圖（A0或A1） 設計說明書（附有工藝卡和工序卡） 二、雙聯(lián)齒輪的結構特點與技術要求 1、齒輪的結構特點 圓柱齒輪一般分為齒圈和輪體兩部分，根據(jù)齒輪輪體的結構形狀來劃分可知圖1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

2、鍵孔。 2、齒輪的技術要求 （1）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。 （2）由于零件是雙聯(lián)齒輪，軸向距離較小，根據(jù)生產綱領是選擇合理的加工工藝。 （3）齒輪要求加工精度高，要嚴格控制好定位。 （4）Φ32的花鍵孔是一比較重要的孔，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。 三、工藝規(guī)程設計 （一）、工藝過程分析

3、 圖1為一雙聯(lián)齒輪，材料為40Cr，精度為7FL級，齒部50HRC 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

4、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(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

5、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。 （二）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、面積較大的毛面作粗基準。因此選擇毛坯大端面作為粗基準。 （2）精基準的選擇 粗加工完成后，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

6、面時，可能會出現(xiàn)基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。 （三）、齒端加工 如圖2所示，齒輪的齒端加工有倒圓、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(jīng)滲碳淬火后很脆，在齒輪傳動中易崩裂。 圖2 齒端加工形式 用銑刀進行齒端倒圓，如圖3所示。倒圓時，銑刀在高速旋轉的同時沿圓弧作往復擺動(每加工一齒往復擺動一次)。加工完一個齒后工件沿徑向退出，分度后再送進加工下一個齒端。 圖3 齒端倒圓加工形式 齒端加工必須安排在齒輪淬火之前，通常多在滾(插)齒之后。 (四)、精基準修正 齒輪淬火后基準孔產生變形，

7、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，已取得較好效果。 對圓柱孔齒輪的修正，可采用推孔或磨孔，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。 （五）工藝路線的擬定 工藝路線的擬定 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。 由于生產綱領為批量生產，所以采用通用機床配以專用的工、夾、量具，并

8、考慮工序集中，以提高生產率和減少機床數(shù)量，使生產成本下降。 工藝路線： 鍛造、正火 1粗車外圓及端面 2拉花鍵孔 3去毛刺 4精車外圓及端面 5檢驗 6滾齒 7插齒 8倒角 9去毛刺 10剃齒 11

9、齒部高頻淬火 12推孔 13衍齒 14總檢 毛坯為鍛件，清理后進行正火處理，以消除內應力機械切削加工性能，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。 機械加工工藝過程卡 零件名稱 雙聯(lián)齒輪 方式 鍛造 毛坯 第 一 頁 零件生產批量 100 40Cr鋼 零件外形尺寸 大齒圈Φ87.5 小齒圈Φ56.5 工序號 工種 工序名稱 機床型號 夾具名稱 刀具名稱 輔助名稱 量 具 10 車 粗車外圓及端面留余量

10、1-1.5mm CA6140 三抓卡盤 高速鋼車刀 游標卡尺1500.02 20 車 鉆鏜花鍵孔至尺寸Φ28H7 C6136（專） 三抓卡盤 鉆擴復合鉆Φ28 1-50mm內徑千分尺 30 拉 拉花鍵孔至規(guī)格 L6120 拉床夾具 矩形花鍵拉刀 拉床夾頭 花鍵量規(guī) 40 鉗 去毛刺 50 車 上芯軸，精車外圓，端面及槽至設計尺寸 CA6140 上芯軸裝夾 高速鋼外圓，端面及車槽刀 游標卡尺1500.02 60 銑 滾齒（Z=33)留剃余量0.06-0.08mm Y3150E 上芯軸裝夾 高速

11、鋼剃前齒輪滾刀 CD320G光柵式多能單面嚙合檢查儀 70 銑 插齒（Z=19)留剃余量0.03-0.05mm Y5132 上芯軸裝夾 盤形直齒插齒刀 CD320G光柵式多能單面嚙合檢查儀 80 車 倒角（1,2齒15o牙角） CA6140 上芯軸裝夾 75o外圓車刀 90 鉗 去毛刺 100 銑 剃齒（Z=33)公法線長度至尺寸上限 Y4232C 上芯軸裝夾 盤形剃齒刀 CD320G光柵式多能單面嚙合檢查儀 110 銑 剃齒（Z=19)公法線長度至尺寸上限 Y4232C 上芯軸裝夾 盤形剃

12、齒刀 CD320G光柵式多能單面嚙合檢查儀 120 熱處理 齒部高頻淬火 130 銑 推孔 140 銑 珩齒 砂輪  （六）工序卡 工序名稱 工序簡圖 粗車 中國礦業(yè)大學 第 1 頁 機床名稱 機床型號 車床 CA6140 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 三爪卡盤 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 10 粗車外圓

13、及端面，留余量1-1.5mm 750 56.5 0.4 硬質合金車刀 游標卡尺150*0.02 工序名稱 工序簡圖 鉆鏜花鍵孔 中國礦業(yè)大學 第 2 頁 機床名稱 車床 機床型號 C6136(專） 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 鉆Φ28孔夾具 輔助夾具 冷卻液 乳化液 序號 工序內容 轉數(shù)∕ （r∕min） 切削速度∕ （m∕min） 進給量 （mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 20 鉆花鍵孔至尺寸Φ28H7 750 56.5 0.4 麻花

14、鉆，YG8硬質合金鏜刀 0-250內徑千分尺 工序名稱 工序簡圖 拉花鍵孔至規(guī)格 中國礦業(yè)大學 第 3 頁 機床名稱 拉床 機床型號 L6120 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 拉夾具 輔助夾具 冷卻液 乳化液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 30 拉花鍵孔至規(guī)格 280 3.6 2.5 矩形花鍵拉刀 花鍵量規(guī) 工序名稱 工序簡

15、圖 鉗工去毛刺 中國礦業(yè)大學 第 4 頁 工具名稱 銼刀 毛坯材料 40Cr鋼 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 40 鉗工去毛刺 銼刀 工序名稱 工序簡圖 精車 中國礦業(yè)大學 第 5 頁 機床名稱 車床 機床型號 CA6140 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 三爪卡盤 輔助夾具 冷卻液 乳化液 序號 工序內容

16、轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 50 上芯軸精車外圓、端面及槽至要求 750 56.5 0.4 高速鋼車刀 游標卡尺100*0.02 工序名稱 工序簡圖 滾齒Z=33 中國礦業(yè)大學 第 6 頁 機床名稱 滾齒機 機床型號 Y3150E 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上芯軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 乳化液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具

17、名稱 60 滾齒（Z=33)留齒余量0.06-0.08mm 64 32.4 2.5 高速鋼滾刀 工序名稱 工序簡圖 插齒Z=19 中國礦業(yè)大學 第 7 頁 機床名稱 插齒機 機床型號 Y5132 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上芯軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 油 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 70 插齒（Z=21)留齒余量0.04-0.06mm 18.3 0.32 高速鋼插刀

18、 工序名稱 工序簡圖 車倒角 中國礦業(yè)大學 第 8 頁 機床名稱 車床 機床型號 CA6140 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上芯軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 80 車倒角（15o） 750 56.5 0.4 45o外圓車刀 游標卡尺 工序名稱 工序簡圖 鉗工去毛刺 中國礦業(yè)大學 第 9頁 機床

19、名稱 機床型號 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 90 鉗工去毛刺 銼刀 工序名稱 工序簡圖 剃齒Z=33 中國礦業(yè)大學 第 10頁 機床名稱 剃齒機 機床型號 Y4232C 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上芯軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速

20、度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 100 剃齒（Z=33) 230 130 0.35 盤形剃齒刀 工序名稱 工序簡圖 剃齒Z=19 中國礦業(yè)大學 第 11頁 機床名稱 機床型號 剃齒機 Y4232C 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上芯軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 110 剃齒（Z=19) 230 13

21、0 0.35 盤形剃齒刀 工序名稱 工序簡圖 熱處理 中國礦業(yè)大學 第 12頁 機床名稱 電阻加熱爐 毛坯材料 45鋼 夾具名稱 淬火件掛鉤 輔助夾具 淬火介質 水 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 120 齒部高頻淬火 控溫儀 工序名稱 工序簡圖 推孔 中國礦業(yè)大學 第 13頁

22、 機床名稱 機床型號 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 130 修正花鍵底孔 工序名稱 工序簡圖 珩齒 中國礦業(yè)大學 第 14頁 機床名稱 研磨機 機床型號 毛坯材料 40Cr鋼 夾具名稱 上心軸裝夾 輔助夾具 冷卻液 序號 工序內容 轉數(shù)∕（r∕min） 切削速

23、度∕（m∕min） 進給量∕（mm∕r∕min） 刀具名稱 量具名稱 140 珩齒 280 20 0．0068 砂輪 四、機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 （一）、毛坯尺寸的確定，畫毛坯圖 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(xiàn)變速。要求配合精度較高，力學性能較好，且生產綱領是成批生產，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。 由文獻1，該種鍛件的公差等級為CT7~9級，故取CT為9級。 由文獻1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

24、還應根據(jù)工廠具體情況進行適當?shù)恼{整。 由文獻1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，如下表所示： 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 φ87.5外圓 87.5 5 92.5 Φ57.5外圓 57.5 4 61.5 41長 41 5 46 18厚 18 3 21 23厚 23 2 25 花鍵孔 28 3 25 由此可繪出零件毛坯圖 （二）、選擇工序加工余量 1.粗車外圓及端面，鉆鏜花鍵底孔至尺寸φ28 （1）已知φ87.5外圓長度方向上的加工余量為3mm ,故分一次加工，長度加工公差為IT11級，

25、標準公差0.013mm。 （2）進給量《切削簡明手冊》當?shù)稐U尺寸為16mm25mm,ａｅ≤３mm時，以及工件直徑為Φ87.5時， 按CA6140車床說明書 取。 由于存在間歇加工所以進給量乘以 所以：實際進給量 按CA6140 車床說明書 （3）計算切削速度。按《切削簡明手冊》表1.27 ， 切削速度的計算公式為（壽命選T=60min） 刀具材料YG6 查表得：Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2 修正系數(shù)Ko見《切削手冊》表1.28 kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04

26、 kBV=0.81 得： （4）確定機床主軸轉速 按CA6140 車床說明書 所以實際切削速度 ａ、按機床進給強度決定進給量：根據(jù)表2.9 , 當 可確定。 按CA6140車床說明書 取 。 所以實際切削速度 ｂ、鉆頭最大磨損量取0.8 ，壽命. ｃ、切削速度 由《切削用量簡明手冊》得 Ｖ=21m/min 由機床技術資料得和334.4接近的有280n/m和400n/min 取 取。實際。 ｄ、 基本工時，。 入切量及超切量由表 查出 所以 2、擴孔 刀具直徑；刀具幾何參數(shù)同上。 由于兩孔直徑相差不大，為了節(jié)省

27、停車和調換走刀量等輔助時間，n和f都不變，所以Tm同上 倒角刀具15锪鉆，由于兩孔直徑相差不大，以表面粗度要不高手動進給。 3、倒角 刀具：專用刀具。此工序使用到專用刀具與手動進給。 檢驗機床功率 按《切削用量簡明手冊》表 可以查出 當 按CA6140 車床說明書 主電機功率Ｐ＝11ｋｗ 4 拉花鍵孔 單面齒升：根據(jù)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 v=0.06m/s(3.6m/min) 切削工時 式中： Zb 單面余量2.5mm(由Φ27mm拉削到Φ32mm)；

28、L 拉削表面長度，42mm； η 考慮校準部分的長度系數(shù)，取1.2； k 考慮機床返回行程系數(shù)，取1.4 ； v 拉削速度（m/min）； fz 拉刀單面齒升； Z 拉刀同時工作齒數(shù)，Z=l/p； P 拉刀齒距。。 ∴拉刀同時工作齒數(shù) ∴其本工時 5.齒輪加工 （1）滾齒加工33齒 由文獻2表 V=312/T0.33S0.5 N=0.124s0.9m1.7/D S=2.5，T=240min，m=4 （2）插齒加工19齒 由文獻2表10-174 V=49/T0.2s0.5m0.3

29、N=17910-4sm2/20.11 又由文獻2表10-189,10-192 S=0.32，T=300min， 代入上式得 V=18.3m/min， P=0.062kw 由（1）、（2）計算它們均小于機床所能提供的功率，故符合要求。 6．齒部高頻淬火 7．珩齒 精磨工件，砂輪寬度b=2mm 縱向進給量： 工作臺單行程的橫向進給量 五、花鍵加工夾具設計 夾具是一種裝夾的工藝裝備，廣泛的應用在機械加工、裝配、檢驗、熱處理、焊接等工藝過程中。 在機械加工過程中，為了使加工的工件符合圖樣要求，就必須使工件相對于

30、機床和刀具的位置正確，并保持其位置不變。這就要用到夾具。 機床夾具可以保證工件加工精度，穩(wěn)定產品質量；擴大機床使用范圍，充分發(fā)揮機床潛力；縮短裝夾時間，提高勞動生產率；減輕工人的勞動強度等。機床夾具分為通用夾具、專用夾具、組合夾具和可調夾具，本次設計的夾具是用來加工花鍵，屬于專用夾具。夾具由定位元件，夾緊元件等組成。 一、 工件在夾具中的定位 設計的夾具，工件以圓柱孔和端面定位，定位基準是夾具上端面和圓柱孔內表面。造成定位誤差的原因有兩個，一是定位基準與工序基準不重合；二是定位基準與限位基準不重合。 二、 工件的夾緊 工件的夾緊采用球面壓板，通過兩個螺栓壓緊壓板，是球

31、面壓板能平衡的壓緊工件使工件在有較好精度的同時，又能使成本降低結構簡單。因為在裝卸工件時，擰螺母可能使螺栓打滑，需要工人用扳手從下面固定螺栓，而在留扳手工作余地時需要在底下留足夠的空間，要開兩個空間，所以只能用兩個螺栓，因此降低了夾緊力的平衡，降低了加工精度。 六、主要參考文獻 1、《金屬切削機床夾具設計手冊》；上海柴油機廠編；機械工業(yè)出版社 2、《機械制造工藝與夾具》；卞洪元編；北京理工大學出版社 3、《機械制造技術基礎課程設計》；陳立德編； 等教育出版社 4、《機械制造工程原理》；馮之敬編；清華大學出版社 5、《現(xiàn)代機床夾具設計》、《現(xiàn)代機床夾具典型結構圖冊》；吳拓編；化學工業(yè)

32、出版社 6、《機床夾具設計手冊》；楊黎明編；國防工業(yè)出版社 七、課程設計心得 本次的課程設歷時3周，獨立完成，從各方面搜集資料再以自己的思路有所創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)自己學過的教材才是根本，只有熟悉了解掌握了教材，才能找到方向，只有詳細查閱了教材，才能從書中得到設計的開端，網(wǎng)絡是一個巨大的學習平臺，從中可以找到好多設計思路，剛開始沒有一點頭緒，等找到了思緒，設計思路就立刻在腦中形成，就可以馬上開工，有了思路后就和同學一起去圖書館，借相關資料，找到對自己設計有力的知識點，書上的東西雖然是基礎的，但有了基礎我們才能向更深的領域邁進，沒有這個基礎我們永遠都不會享受到成功的喜悅。設計時要把大部分時間花在設計思路上，只有思路清晰了才能有序的進行下一部工作，在繪制各種零件圖或毛坯圖的時候，思想要集中因為圖紙比較繁瑣，一點點的忽略就可能導致圖紙的錯誤，從機械圖的繪制又重新復習了一次CAD，這種基礎工具要經(jīng)常要上手，不然就會忘記，總之經(jīng)歷了3周的課程設計，掌握了自己好久所沒法學習到的知識，在此非常感謝輔導老師對我們的教導。 - 33 -