齿轮类零件加工工艺分析及夹具设计.docx

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齿轮类零件加工工艺分析及夹具设计

齿轮类零件加工工艺分析及夹具设计

摘要

齿轮类零件是典型零件之一，它在机械主要用于传动，齿轮类零件主要有齿轮．齿轮轴，涡轮涡杆，在机械领域运用很广泛。

按传动形式分圆柱类齿轮、锥齿轮、齿条等。

按齿形状分：

齿轮、齿、字齿等。

按制作方法分：

铸造齿轮、烧结齿轮、轧制齿轮等。

我以齿轮加工工艺编制分析齿轮的加工要求，在生产实际中阐述齿轮的工艺过程，及工艺的合理性。

夹具在机械加工中有举足轻重的作用，好的夹具才是保障零件加工的方法。

我从夹具的分析、设计、计算、使用方面概述夹具的用途。

按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。

我这次设计的是盖板式钻夹具。

这是一种专用夹具，专为一工件的一道工序而设计的夹具。

关键词：

齿轮、夹具、工艺、设计

1.1工艺编制的总体步骤

1.分析零件的结构和技术要求

（1）分析图样资料

加工工艺表面的尺寸精度和形状精度

各加工表面之间以及加工表面和不加工表面之间的位置精度

加工表面的粗糙度及表面的其他要求

热处理及其他要求

（2）零件的结构工艺分析。

零件的结构工艺是指所设计的零件在满足性能的要求下，制造的经济性和可行性，包括整个工艺过程，有毛坯制作、切削加工、装配及维修等工艺。

2.明确毛坯的状况

（1）零件的材料及热处理，零件应根据不同工作条件和使用要求选不同的材料和热处理方式，以获得一定的强度、韧性及耐磨性。

（2）毛坯的形状和尺寸的确定

（3）毛坯的选用

3．拟定工艺路线

（1）确定加工方案

（2）划分加工工段

（3）选择定位基准

（4）加工顺序

4.设计工序内容

（1）确定余量，工序尺寸及其公差

（2）选择设备及工装

5.填写工艺卡

完成以上工作后，按要求填写工序卡片

2.齿轮类零件加工工艺编制及分析

2.1分析齿轮类零件的结构特点和技术要求

齿轮加工的过程由若干个工序组成，为了获得符合精度要求的齿轮，齿形加工是整个加工的关键。

以直齿圆柱齿轮工艺为例。

如下图：

齿轮的加工方法很多，按加工中有无切削，可分为有切削和无切削加工两大类。

其中无切削加工有：

热轧齿轮、冷轧齿轮、精煅等新工艺。

切削加工有：

成形法、展成法。

（1）齿轮类零件的结构特点和技术要求

圆柱齿轮的结构特点，按加工角度分圆柱齿轮分，为轮体和齿圈两部分分，按轮齿的分布形式分直齿、斜齿、人字齿等等。

圆柱齿轮的精度要求

根据齿轮的使用要求，对齿轮传动油以下几方面的要求：

.运动精度，传动比恒定，要求齿轮在转一圈时，转角误差不超过一定的范围。

B．工作平稳性，要求齿轮运动平稳，冲击，振动和噪声小

C．载荷分布均匀性，为了不致因载荷分布不均匀使接触应力过大，引起齿面早起磨损，要求齿面接触要均匀，并保证一定的接触面积和接触位置。

D.合理的齿侧间隙，要求齿轮在传动时，要有一定的齿侧间隙。

（2）分析结构和技术要求。

如图示，运动精度为7级，主要是公法线变动公差为Ｆw为0.0

036mm,径向公差为0.08mm,传动平稳性等级为6级，表面粗糙的为Ra1.6μm,端面与轴线有垂直度要求，齿轮表面需淬火，齿部硬度为52-54HRC.

2.2明确毛坯尺寸

（1）齿轮的材料与毛坯

根据齿轮的工作条件和失效形式，制造齿轮的齿轮有锻钢、铸钢，铸铁，特殊情况时有有色金属和非金属材料。

（2）齿轮的毛坯形式主要有棒料，锻件和铸件

（3）齿轮的热处理，齿轮粗加工前常安排预热处理，其目的是改善加工性能。

本零件可运用正火，正火可以消除内应力，提高

强度和韧性，改善加工性能，齿轮毛坯正火一般在粗加工之前。

正火处理后的硬度为160—220HBW。

2.3拟定加工工艺路线

根据齿轮材质和热处理要求，齿轮结构和尺寸大小，精度要求，生产批量和车间设备条件而定，一般工艺路线如下：

毛坯制造→毛坯热处理→齿坯加工→齿形加工→齿圈热处理→齿轮定位表面热处理→齿圈的精整加工

（1）确定加工方案

A．齿坯加工：

齿形加工中，主要保证基准孔的尺寸精度，位置精度，基准端面相对于基准孔的位置精度。

齿形的公差及表面粗糙度如下表：

B．齿形加工：

齿形加工一般采用滚齿，插齿，对于8级以下可以直接加工，6—7齿轮采用剃→垳齿，该齿轮采用滚齿，

该齿轮的精加工采用剃→垳齿

（2）划分加工阶段

齿轮的加工工艺阶段可分为：

毛坯制造，毛坯热处理，齿坯加工，齿形加工，齿端加工，齿面热处理，齿轮定位表面精加工，齿形精加工。

（3）选择定位基准

A．以内孔和端面定位：

确定齿轮中心和轴向位置，并采用面向端面的夹紧方式。

使设计基准，装配基准，测量基准重合，又使齿形加工等工序统一。

B，以外圆和端面定位：

工件和夹具心轴间隙大时，采用千分表找正中心的方法；从另一端夹紧，也可以找正。

（4）加工顺序安排：

工艺路线：

毛坯制造→正火→齿轮毛坯粗，精车→滚齿→齿圈淬火→齿轮定位表面内锥孔磨削→垳齿

2.4设计工序内容

A．确定工序尺寸，粗车各端面，外圆，内孔按图样加工尺寸每部留1.5mm余量；

精加工，内锥孔磨削和垳齿加工到图样规定尺寸，满足其技术要求。

B．选择设备工装，C6132，CA6140，滚齿机

齿轮加工夹具，心轴，节圆专用夹具

2.5填写工艺文件（如下表）

3对齿轮类零件加工工艺进行合理性及加工成本进行分析

A．严格安照了典型零件加工的工艺过程进行工艺编制，条例清晰，五大步骤，路线明确

B．遵循了基准重合，基准统一原则，在2.3（3）选择定位基准时，以内孔和端面定位，这种方式可使定位基准、设计基准、装配基准、测量基准重合，又能够使齿形加工等工序基准统一。

提高了定位精度。

C．严格按照了先粗后精、先主后次的加工工序安排。

D．科学有序的安排工艺，合理的安排了工时，运用普通机床，减少了成本。

4夹具设计的要求

1）夹具应满足零件加工工序的精度要求。

特别对于精加工工序，

应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。

2）夹具应达到加工生产率的要求。

特别对于大批量生产中使用的夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。

3）夹具的操作要方便、安全。

按不同的加工方法，可设置必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。

4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。

夹具元件的材料选用将直接影响夹具的使用寿命。

因此，定位元件以及主要元件宜采用力学性能较好的材料。

在大批量生产中。

宜采用气压、液压等高效夹紧装置；而小批量生产，则宜采用较简单的夹具结构。

5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。

选用标准化元件，

特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。

6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。

以上要求有时是互相矛盾的，故应在全面考虑的基础上，处理好主要矛盾，使之达到较好的效果。

5夹具设计的特点

5.1确定夹具的类型

按使用范围，夹具可分为通用夹具和专用夹具两类。

通用夹具适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。

这类夹具是作为附件与机床一起配套供应的。

专用夹具是专门为某一工件在某一工序进行加工而设计的夹具，如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具

５.２钻模的主要类型

钻床专用夹具一般通称为“钻模”。

可按钻模有无夹具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：

A．固定式钻模

这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。

用于在立轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。

这种加工方式的钻孔精度比较高。

B．回转式钻模

回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或分布在圆周上的径向孔。

Ｃ．翻转式钻模

主要用于加工小型工件不同表面上的孔。

使用翻转式钻模可减少工件装夹的次数，提高工件上各孔之间的位置精度

６．工件夹紧计算及选择

６.1工件的夹紧

６.１.１夹紧基本原理理论

夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。

夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。

设计夹紧装置时，应满足下述主要要求：

[2]

A.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位，为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。

B.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。

C.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。

D.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿

６.２夹紧力的选择

A．夹紧力方向

在保证安装的真确可靠，减少工件的变形，定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下，夹具的夹紧方向和工件重力方向和切削方向相同。

B.夹紧力的作用点

夹紧力的作用点是指夹紧元件与工件相接触的一小块面积。

现在夹紧力的方案已定。

考虑夹具的结构尺寸特征可以确定夹紧力的作用点个数为2个。

考虑夹紧力作用点的一般要求：

1夹紧力的作用点应能保持工件定位稳定，而不至引起工件发生位移和偏转；

2夹紧力的作用点，应使被夹紧的夹紧变形尽可能的小些；

3夹紧力的作用点应尽可能靠近加工表面，以提高定位稳定性。

6.3夹紧力的计算及精度分析

夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G，重力是可认为不变的，而切削力在切削的过程中是变化的。

影响切削力的大小因素很多，如工件质量的不均匀，加工质量的不均匀，刀具磨损以及切削用量的变化等等。

工件的加工误差：

造成表面位置的加工误差包括下列四方面：

1）△A——夹具位置误差，即定位元件相对机床的切削成形运动的位置误差。

△A1——定位元件定位面对夹具体基面的误差；

△A2——夹具的安装连接误差。

2）△D——定位误差，即由定位引起的工序基准的位置误差。

3）△T——刀具相对夹具的位置误差，即对刀导向误差。

4）△G——与加工过程中一些因素有关的加工误差。

包括机床误差、刀具误差以及工艺系统

的受力变形（如夹紧误差）、热变形、磨损等因素造成的加工误差。

△B=hmax-hmin=δh2

7夹具的结构分析及设计

7.1夹具的夹紧装置和定位装置[1][2]

夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。

定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。

典型的螺旋夹紧机构的特点：

（1）结构简单；

（2）扩力比大；

（3）自琐性能好；

（4）行程不受限制；

（5）夹紧动作慢。

7.2夹具的导向

在钻床上加工孔时，大都采用导向元件或导向装置，用以引导刀具进入正确的加工位置，并在加工过程中防止或减少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的刚性，从而保证零件上孔的精度，在钻床上加工的过程中，导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等

钻套

8总体分析夹具

8.1

夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床夹具等。

我这次设计的是盖板式钻夹具。

这是一种专用夹具，专为一工件的一道工序而设计的夹具。

在选定设计方案之前，我们到了实习，让我们对夹具设计有了很直观的认识，

比如说对零件的装夹，定位和精度分析等等。

我们之中也在学校的数控实训中心参观，并请教了中心的老师。

这也让我们更多的了解了夹具设计的注意事项。

9致谢

大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。

   感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校襄阳职院了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢襄阳职院的老师和同学们三年来的关心和鼓励。

老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。

这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师黄师对我的关心和支持尤为重要。

每次遇到难题，我最先做的就是向黄老师寻求帮助，而黄老师每次尽管或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。

黄老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向黄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

机械1002

曾凯

2013-4-25