汽车锥齿轮的加工工艺设计大学论文.docx
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汽车锥齿轮的加工工艺设计大学论文
毕业设计类别工艺设计
汽车工程学院
毕业设计
汽车锥齿轮的加工工艺设计
指导教师陈秀华
学生姓名尹平
专业名称汽车制造与装配技术
班级名称班级装配1202
2015年4月
目录
汽车锥齿轮的加工工艺设计0
表1：
零件图2
表2：
机械加工定位基准的选择4
表2：
机械加工阶段划分8
表4：
机械加工顺序安排12
表5：
机械加工工艺过程15
参考文献：
17
致谢18
表1：
零件图
设计题目
汽车锥齿轮的加工工艺设计
课题类型
工艺设计
课题类别
软件
零件图
此次毕业设计选择的汽车齿轮零件图如下图所示：
技术要求
1、渗碳淬火硬度58~63HRC；3、未注明倒角为2×45°
渗碳深度0.7~1.1mm。
4、未注明圆角为R2m=3.5α=20°
2、两轴端中心孔为A5/10.65、材料20CrMnTi.Z=19精度等级8GK
图3-2
表2：
机械加工定位基准的选择
设计题目
汽车锥齿轮的加工工艺设计
课题类型
工艺设计
课题类别
软件
机械加工定位基准的选择
定位基准的选择定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。
轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。
锥轮的齿形加工常采用两种定位基准。
对于齿轮加工基准的选择常因齿轮的结构形状不同而有所差异。
带轴齿轮主要采用顶点孔定位；对于空心轴，则在中心内孔钻出后，用两端孔口的斜面定位；孔径大时则采用锥堵。
顶点定位的精度高，且能作到基准重合和统一。
对带孔齿轮在齿面加工时常采用以下两种定位、夹紧方式。
（1）以内孔和端面定位
这种定位方式是以工件内孔定位，确定定位位置，再以端面作为轴向定位基准，并对着端面夹紧。
这样可使定位基准、设计基准、装配基准和测量基准重合，定位精度高，适合于批量生产。
但对于夹具的制造精度要求较高。
（2）以外圆和端面定位
当工件和加剧心轴的配合间隙较大时，采用千分表校正外圆以确定中心的位置，并以端面进行轴向定位，从另一端面夹紧。
这种定位方式因每个工件都要校正，故生产率低；同时对齿坯的内、外圆同轴要求高，而对夹具精度要求不高，故适用于单件、小批生产。
综上所述，为了减少定位误差，提高齿轮加工精度，在加工时应满足以下要求：
1）应选择基准重合、统一的定位方式；
2）内孔定位时，配合间隙应近可能减少；
3）定位端面与定位孔或外圆应在一次装夹中加工出来，以保证垂直度要求。
精基准的选择：
轴端面的孔是一个设计基准，C面为一个装配基准，用它做基准能够使加工遵循“基准重合”的原则，实现轴体零件“一面两空的典型定位方式；
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，要求选择轴的重要端面孔和主要面来作基准：
第一，要保证个加工面均有余量；第二，这是一个装配件，所以要有适当的间隙，并且要保证均匀；此外还应该能够保证定位基准、加紧可靠。
最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和加紧。
这时可选择的加紧方案为，用三抓卡盘固定一端，对另一端进行平整加工。
打中心孔。
调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。
用尾座顶尖顶住中心孔，保证加工轴面的平稳，及加工的精度。
在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：
（1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；
（2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出部待加工表面；
（3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；
（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。
一、拟订定位与夹紧方案
1.定位方案根据锥齿轮的结构特点，其定位方案和夹紧方案如图3-2所示：
根据加工的相关要求，应当限制5个自由度在铣键槽时。
方案：
当工件以直径42的两个外圆在四个互相垂直的平面上定位。
即可以对它的五个自由度进行基本限制。
2.对刀方案
键槽铣刀只需要在一个方向上对刀，可采用直角对刀块，因为只要加工一个键槽，故只需要一个对刀块即可满足要求。
3.夹具体与定位键
为了保证安装稳定夹具在工作台，应该根据夹具的高度比小于等于1.26的原则来对其宽度确定，并设置耳座在它的两端，以便于固定。
为了使槽的兑成度要求得到保证，应该设置定位键在夹具体的底面。
为了使夹具的安装误差减小，B型定位键通常会被采用。
夹具总图上的尺寸，公差和技术要求
1.夹具的最大轮廓尺寸为长400mm,宽200mm,高140mm.。
2.刀块表面对刀块的位置尺寸h限位基准的距离。
最小位移量使加工尺寸增大的时候
h=H±s-imin
当最小位移量使加工尺寸缩小时
h=H±s+imin
试中h对刀块的位置尺寸
H定位基准至加工表面的距离
s塞尺厚度。
计算塞尺厚度为imin=Xmin/2
Xmin是圆孔和圆柱面之间的最小的配合间隙。
但本设计中是以V型板定位，故imin=0。
将各环准换为平均尺寸，分别算出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.影响对刀精度的尺寸：
塞尺的厚度尺寸5h8=50-0.018mm.
加工精度分析
由于零件是两V型板定位，由于面与轴面接触时即使摩擦力很大，也无法保证轴在轴向的横向移动。
所以在铣槽时可以产生直线位移误差。
由于误差对铣键槽的影响很小，可忽略不计。
具体见下分析。
3.2.6.1铣键槽侧面对轴线的平行度的加工精度。
1.定位误差ΔD因为定位基准是该工件的轴线，对称度的工序基准亦是该轴线，所以得出ΔB=0.
因为V形块的对中性，ΔY=0.所以，对称度的定位误差为0.
2.安装误差ΔA如下图a所示，可以得出ΔA=X=0.027mm。
如果在两定位键外，就可按照下图b计算出ΔA为
+X
3.对刀误差ΔT因为塞尺厚度和对称度的对刀误差的公差相等，所以ΔT=0.018mm。
4.夹具误差ΔJΔJ=0.03+0.03=0.06mm。
键槽侧面对轴线的平行度的加工误差
1.定位误差ΔD因为V形块之间相互位置的误差极小，可看作一个长的V形块，故ΔD=0。
2.安装误差ΔA定位键的位置如图a中所示时，工作台导轨相对于工件的轴线是平行的，故ΔA=0。
如图b所示定位键，由于工件的轴线和工作台导轨之间有转角误差，使键槽侧面和轴线产生了平行度误差，所以
ΔA=
3.对刀误差ΔT由于平行度不受塞尺厚度的影响，ΔT=0。
4.夹具误差ΔJ因为是定位键侧面B的平行度0.03mm和工位V型板设计心轴轴线影响平行度的制造误差的，因此
ΔJ=0.03mm。
二、确定夹具方案
参考资料，利用V型板定位，夹紧。
如图3-4所示.
表3：
机械加工阶段划分
设计题目
汽车锥齿轮的加工工艺设计
课题类型
工艺设计
课题类别
软件
机械加工阶段划分
加工阶段的划分
锥齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：
毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。
齿号
Ⅰ
Ⅱ
齿号
Ⅰ
Ⅱ
模数
2
2
基节偏差
±0.016
±0.016
齿数
28
42
齿形公差
0.017
0.018
精度等级
7GK
7JL
齿向公差
0.017
0.017
公法线长度变动量
0.039
0.024
公法线平均长度
21.360－0.05
27.60－0.05
齿圈径向跳动
0.050
0.042
跨齿数
4
5
加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。
由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。
在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。
第二阶段是齿形的加工。
对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。
对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。
应予以特别注意。
加工的第三阶段是热处理阶段。
在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。
加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。
这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。
在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。
以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。
选择定位基准时各外圆的位置公差，采用基准统一原则，即全部以工件的两中心孔定位，同时也为了保证各外圆的形状与位置公差，在轴的初加工过程中，用油石研磨中心孔，中心孔的表面粗糙度Ra值逐次减小，精度也逐次提高。
为了达到轴的精度要求，工序分为粗车，精车，磨削。
零件外圆的粗糙度要求不统一，在加工过程中考虑到时间的原因，先加工最低等级要求3.2，最后进行研磨达到0.6。
键槽端外圆公差等级为IT8.
该齿轮精度较低，所以工序安排在刨齿渗碳淬火后，不再进行磨齿，如果齿轮精度要求高于7级，应增加磨齿工序，因在渗碳淬火后，有产生变形的可能。
齿轮轮齿外表面对轴心线的圆跳动；Φ45
mm右端面对轴心线的圆跳动的检查，可采用两中心孔定位装夹在偏摆仪上进行检测。
锥齿轮的锥角可用游标万能角度尺或专用样板进行检查。
有关方面和孔加工的经济精度，及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
专用于切削各种锥齿轮齿形的齿轮加工刀具。
锥齿轮加工刀具按被切齿轮的种类可分为直齿锥齿轮刀具、弧齿锥齿轮刀具和延长外摆线锥齿轮刀具3类。
直齿锥齿轮刀具主要有成对刨刀、成对铣刀盘、拉-铣刀盘和锥齿轮定装滚刀等（图1[直齿锥齿轮刀具]）。
成对刨刀常用于加工模数为0.3～20毫米的直齿锥齿轮。
刨刀的齿形角等于被切齿轮的公称压力角，刀体上有前角，但无后角（见刀具）。
工作后角是靠刨刀斜装于刀座而获得。
加工时，两把刨刀分布在相邻齿槽内加工一个轮齿的两侧面。
成对铣刀盘工作原理与成对刨刀基本相同（见齿轮加工）；但刀盘直径大（150～600毫米）、齿数多，生产率较刨齿高2～4倍。
在加工齿轮时，齿数相等的两把铣刀盘在同一齿槽内分别切出左右侧面的齿形。
但刀齿互相错开，一把铣刀盘的刀齿斜插在另一铣刀盘的两齿间。
刀盘的直线切削刃分布在一个3°30左右的凹锥面上，因此能方便地切出鼓形齿，有利于啮合。
拉-铣刀盘用于加工模数为6毫米以下的直齿锥齿轮，刀盘直径为400～600毫米。
刀体上装有15～17个扇形刀块，每块上有4～5个刀齿。
粗切刀齿的顶刃逐渐升高,齿升量约为0.1毫米，它们逐渐地切入齿轮的齿槽直到全部深度,粗切刀齿部分最后7个刀齿的顶刃没有齿升量，只用于修整齿槽的两侧面和槽底。
粗切刀齿一般有18～20个,顶刃没有齿升量。
在精切刀齿前的缺口内,可安装一把成形刀,对齿顶进行倒角。
拉-铣刀盘的切削是拉削和铣削的复合过程，是粗、精加工的混合过程。
工作时刀盘一面旋转，同时作左、右往复移动。
刀盘转一转可切好一个齿槽,生产率很高。
拉-铣刀盘的刀齿均制成半径相等
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