锥齿轮的工艺加工.docx
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锥齿轮的工艺加工
锥齿轮的工艺加工
摘要
轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。
它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。
但在职业学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。
轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。
一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。
1.零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。
2.渗碳件加工工艺路线一般为：
下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。
3.粗基准选择：
有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。
对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。
且选择平整光滑表面，让开浇口处。
选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。
关键词：
工艺分析；基准选择；工艺路线；粗糙度
Abstract
Theaxisiscomposesthemachinerytheimportantcomponents,alsoisinthemachine-finishingoneofcommontypicalcomponents.Itsupportsotherrotorstorotateandtotransmitthetorque,simultaneouslythroughbearingandmachinerackconnection.Butinthevocationalschoolmachine-finishingpracticum,theaxisclasscomponentsprocessingisthestudentpracticestheturningskillthemostbasicalsomostimportantproject,butthestudentfinallyfinishestheworkpiecequalityverynottobealwaysideal,theprocessanalysismainlyisthestudentcountershaftclasscomponentscraftanalysistechnologicalprocessmakinginsufficientlyisreasonable.
Intheaxisclasscomponentsthetechnologicalprocessmaking,relatestheworkpiecequality,thelaborproductivityandtheeconomicefficiencydirectly.Componentsmayhaveseveraldifferentprocessingmethods,butonlythensomeonekindreasonable,inthemakingmachine-finishingtechnologicalprocess,mustpayattentiontofollowingseveral.
1.detaildrawingcraftanalysis,mustunderstandcomponentsspecificationsandsoonuniquefeature,precision,materialquality,heattreatment,alsoneedtostudytheproductassemblydrawing,thepartassemblydrawingandtheapprovalstandard.
2.cementationprocessingcraftrouteisgenerally:
Theyummytreats->forging->fire->roughmachining->semi-finishing->cementation->decarbonizationprocessing（todoesnothavetoenhancedegreeofhardnesspart）->thequenching->cuttingthread,thedrillholeorthemilling->roughgrinding->lowtemperatureeffectiveness->halfcorrectgrinding->lowtemperatureeffectiveness->correctgrinding.
3.thickdatumchoices:
Hasthenon-processingsurface,theelectednon-processingsurfacetakesthethickdatum.Castingaxisallmustprocesswhichtoallsurfaces,adjustsaccordingtotheprocessingremaindersmallestsurface.Alsothechoicesmoothsmoothsurface,makeswaytherunnerplace.Choosesthereliablereliablesurfaceisthethickdatum,simultaneously,thethickdatumcannotduplicateuses.
Keywords:
Craftanalysis；datumchoice；craftroute；roughness
目 录
引言
这次工艺学课程毕业设计是我们对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。
它一方面要求我们通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。
另外，也为今后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。
我们通过机械制造工艺学课程设计，能得到以下锻炼， 能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位.夹紧以及工艺路线安排.工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量
本次的毕业设计是对锥齿轮轴工艺分析和加工，锥齿轮是分度曲面为圆锥面的齿轮，也叫伞齿轮。
锥齿轮传动是用于传递两相交轴之间的运动和动力，两轴间的夹角可以是任意的。
机械传动中应用最多的是两轴交角为90°的直齿锥齿轮传动。
锥齿轮单级传动比可到6，最大到8，传动效率一般为0.94～0.98。
锥齿轮广泛用于汽车、机床、拖拉机及其它机械的轴线相交的传动中。
本次毕业设计是S=90°的标准直齿锥齿轮传动。
我着重介绍直齿锥齿轮轴的工艺分析和加工方法！
下图图1是锥齿轴图形。
图1
第一章零件的分析
零件的作用
题目给出的零件是轴类零件。
轴是机械设备中轴承支撑的重要零件之一，它的主要作用是直接支撑回转零件，以实现回转运动并传递转距和动力，如齿轮，车轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的零件，都必须安装在轴上，才能实现它们的功用。
锥齿轮轴有联动和传动的作用。
由图2可知，减速器输出轴的一端铣有键槽，配合轴与轴上零件的使用；一端滚有锥齿轮，与其他齿轮配合传动。
圆锥齿轮传动用于传递相交的两个轴之间的运动和动力，圆锥齿轮的轮齿分布在一个截锥体上。
因此，它的齿形及模数沿轴线方向发生变化，即它的轮齿一端大而另一端小，齿厚由大端到小端逐渐变小，模数和分度圆也随齿厚而变化。
直齿圆锥齿轮易于制造，安装简单，适用于低速，轻载传动的场合，应用比较广泛。
本次的毕业设计为常用的两轴相交为90度直齿圆锥齿轴的加工。
它主要是通过两啮合角度的变化进而改变传动的方向。
下图2为本次加工的工件图。
图2
1.2零件的工艺分析
由图2可知，其材料为20CrMnTi,该种材料经过渗碳淬火后强度大，有较高的耐磨性，适合于制造承受中等载荷的耐磨零件。
该零件图的主要加工表面为外圆面，键槽，锥齿轮。
从表中可见，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
双联齿轮加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
毛坯锻造
正火
粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ30H12
拉花键孔
钳工去毛刺
上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求
检验
滚齿（z＝42），留剃余量0.07～0.10mm
插齿（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06mm
倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角）
钳工去毛刺
剃齿（z＝42），公法线长度至尺寸上限
剃齿（z＝28），采用螺旋角度为5°的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限
齿部高频淬火：
G52
推孔
珩齿
总检入库
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。
有参考文献[1]中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、但圆心位置不同的圆弧。
刀齿是铲背的，用钝后刃磨前面。
第二章确定毛坯及加工余量
根据零件材料确定毛坯为锻件。
下料Φ80的20CrMnTi锻件L=315mm。
本次加工为小批量生产。
根据零件图原图纸可知，直齿锥齿轮需要经过齿形表面淬火及低温回火处理。
齿面硬度：
HRC58—63，渗碳深度0.7—1.1mm。
参考文献[2]附表1—27轴类零件的机械加工余量可知，本零件的粗加工后余量为1.5mm，半精加工后余量为0.5mm，精车后为0.2mm.
参考文献[1]表5-1外圆加工中各种加工方法的加工精度和表面粗糙度可知，半精车可以达到的表面粗糙度为2.5—10微米，精车可以达到1.25—10微米，半精车可以达到0.63—2.5微米。
零件直径D/mm
零件总长L/mm
大于0
315
630
至315
630
1000
余量a与极限偏差
锻造精度等级F
大于
至
7±2
8±3
9±3
0
40
8±3
9±3
10±4
40
63
9±3
10±4
11±4
63
100
10±4
11±4
12±5
100
160
12±5
13±5
表1台阶轴类锻件加工余量与公差
对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。
这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。
经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。
编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。
也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。
在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。
背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。
对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。
编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。
表2.1为车削加工时的选择切削条件的参考数据。
表2.1车削加工的切削速度（m/min）
被切削材料名称
轻切削
切深0.5～10.mm
进给量
0.05～0.3mm/r
一般切削
切深1～4mm
进给量
0.2～0.5mm/r
重切削
切深5～12mm
进给量
0.4～0.8mm/r
优质碳素结构钢
10#
100～250
150～250
80～220
45#
60～230
70～220
80～180
合金钢
σb≤750MPa
100～220
100～230
70～220
Σb>750MPa
70～220
80～220
80～200
第三章零件的工艺安排
3.1定位基准的选择
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全部待加工表面；
（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。
如图2.6a薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。
在夹紧图2.6b所示的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，而应作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形。
3.2制定工艺路线
根据各表面加工要求和各加工方法如下：
键槽外圆面：
粗车—精车；Φ45的外圆：
粗车—精车—半精磨；Φ42的外圆：
粗车—精车；轴：
和锥齿轮相接的外圆粗车—精车—半精磨；锥齿轮面；粗车—精车；可以分别达到零件规定的尺寸及等级要求；根据先面后孔、先主要面面后次要表面和先粗加工后精加工的加工原则，先再调头完成一端的粗加工后再精加工，加工另一端。
然后在铣床上进行洗键槽，和加工锥齿轮，最后进行修磨加工。
为改善工件材料的力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行，这样可以减少次要表面与淬硬表面的位置公差。
根据机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：
1、先加工定位基准，再加工其他表面。
2、先加工主要表面，后加工次要表面。
3、先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
4、先加工平面，后加工孔。
为了减少工件的换位带来的加工误差，可以在一次装夹中通过换刀来完成几个工序的加工。
对于位置精度较高的孔系，应在同一工位安排该孔的相关表面的加工工作，以消除工件更换装夹误差对孔系位置精度要求的影响。
综上所述，制定的工艺路线见附件工序卡片。
3.3工艺装备的选择
由于生产类型为少批量生产，所以所选择设备以通用机床为主，我们就采用我们学校的FANUC操作系统的卧式数控车床。
根据工件的总长度可选用游标卡尺作为量具。
刀具的选择，粗车外圆可用90度硬质合金外圆刀具，精车可用35度硬质合金外圆车刀。
钻孔、所选刀具见（参考文献[2]第五篇金属切削刀具，第2、3节），采用相匹配的钻头，检具。
铣键槽：
选择X60W卧式铣床选择与键槽宽度相同型号的刀具。
采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。
铣齿轮：
采用卧式铣床，夹具三抓卡盘，刀具M为3.5的铣刀，及检具。
磨外圆面Φ45和Φ73的外圆面：
选择外圆磨床M1311（参考文献[2]表4—10），
专用夹具，游标卡尺。
修磨轮齿：
选用内圆磨床M2110（参考文献[2]表4—12）专用量具，夹具。
3.4加工工序设计
工序1、车左端面及打中心孔，根据上面分析采用三爪卡盘装夹、90外圆硬质合金车刀和Φ5的钻头。
加工中为防止由工件过长而产生的严重颤动，装夹时装夹到Φ42的左端面处。
工序2、粗车左端各外圆面、齿背面，由零件左端阶梯轴各轴段之间的段差相差不大，编程是采用G71循环指令。
零件的加工段太长，相当于细长轴的加工，为防止加工中零件由于切屑力而产生的弯曲变形从而难以满足各轴段的精度要求，所以工件采用一夹一顶的同时还要采用跟刀架。
参考文献[2]附表1—27轴类零件的机械加工余量可知，粗加工后余量为1.5mm，本工序的切削速度为600r/min，进给量f=0.5mm/r
工序3、精加工左端格外圆柱面、齿背面，精加工后轴的表面粗糙度可达到1.25~10，即可完成除Φ45和Φ50的所有外圆柱面，加工时采用35度硬质合金外圆车刀，编程时应在Φ45和Φ50留余0.5的精加工余量以供磨削加工。
工序4、键槽的加工，在立式铣床上采用和键槽宽度相同的铣刀，进行键槽的加工。
键槽宽
Φ10mm,上偏差为0下偏差-0.046，长50mm。
图2
键槽深h上偏差
h上=+0.05-（-0.2）=+0.25mm
h下=+0.034
h=35mm-30mm=5mm
则键槽深度为h5
可以一次切削（参考文献[7]表6—23），切削深度为5mm。
工序5、直齿锥齿轮的加工
根据锥齿轮的尺寸和精度要求，可在卧式铣床上进行加工，以Φ45
mm轴径定位装夹工件，使工件抬起一个齿根角度数进行装夹。
精刨齿M=3.5,Z=19至图样尺寸要求。
3.5填写机械加工工序卡
工序号
工序名称
工序内容
工艺装备
1
下料
棒料Φ80mm×272mm
锯床
2
锻造
锻造尺寸为Φ55mm×230mm+Φ85mm×52mm
3
热处理
正火
4
粗车
夹Φ55mm×230mm一端，粗车右端，车端面，见面即可，车外圆至Φ76mm，长48mm，中心孔钻
C620
5
粗车
倒头，夹Φ76mm外圆（中间工艺尺寸）并按外圆找正，车左端面，保总长265mm,车外圆至Φ48mm与Φ76mm接刀，钻中心孔A5/10.6
C620
6
精车
以两中心孔定位装夹工件，精车右端齿轮部分锥面，保证角度20°04´，大端外圆尺寸Φ73.16
mm
C620
7
精车
倒头，以两中心孔定位装夹工件，精车左端各部，Φ35
mm外圆留，磨量0.5mm，Φ45
mm两外圆磨量0.5mm（两处尺寸要求一致），车72°09´（齿部左侧面）保证尺寸31.411mm（或33mm）。
车圆角R5，Φ53mm，14
mm尺寸留磨量0.3mm。
车Φ42mm两处至图样要求尺寸，端部倒角2×45°
8
划线
划10
mm键槽线
9
铣
以两
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