端面齿盘的设计与加工.docx
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端面齿盘的设计与加工
毕业设计(论文)
论文题目:
端面齿盘的设计与加工
学院:
智能制造工程学院
专业名称:
机械设计制造及其自动化
学号:
学生姓名:
指导教师:
二O一九年四月
摘要
这个课题所研究的端面齿轮是一个非常重要的零件,故而若能良好衔接端面齿,将可有效减少现有的轴向尺寸,使其愈加紧凑,表现出尤其显著的可靠性。
由此可知,其尤为适用于某些对功率和速度要求甚高的领域。
与此同时,端面齿表现出尤为良好的齿面强度及其齿根强度,故而将能有效延长使用寿命,蕴含相对良好的可靠性。
除此之外,其还能实现自动定心,含有相对较高的精度,可以在高速环境下,保持转矩的及时传递。
并且可将极富复杂性的结构进行细致拆分,使其成为若干简洁结构,从而方便各种类型产品的设计过程以及相应的安装过程。
本课题着重于实践的关键性,通过理论与实践相结合的方式,根据提供的端面齿轮零件图及原始资料,对端面齿轮零件所需要的机械加工工艺过程进行设计。
通过认真分析零件图,进行制订工艺规程、确定加工余量、计算工艺尺寸以及分析定位误差等工作。
基于上述设计,将能针对各种类型零件的加工过程,进行相对深入的细致掌握,并可据此确定多样化零件所涉及的加工尺寸。
与此同时,还能帮助人们深入掌握工艺路线,以及确定恰当适宜的加工余量。
值得一提的是,所有尺寸均需和工厂机床的真实情况有机结合。
这不仅是对以前所学习过的知识的一种复习,也是为以后的工作做一个铺垫。
关键词:
端面齿轮;工艺设计;加工
ABSTRACT
Thefacegearstudiedinthissubjectisaveryimportantpart.Theconnectionofthefacetoothcangreatlyshortentheaxialdimension,compactandreliable,easytoassembleanddisassemble,suitableforhigh-speed,high-powerrotaryconnectionoccasions.Atthesametime,thefacetoothhashightoothsurfacestrengthandrootstrength,sotheservicelifeislong,thestabilityisgood,theproductcanbeself-centered,theprecisionishigh,thehightorquecanbetransmittedathighspeed,andthecomplexoverallstructurecanbeItisdividedintoseveralsimplestructurestofacilitatethedesign,manufacture,installationandmaintenanceofindustrialproducts.
Thissubjectisbasedonpractice,combiningtheorywithpractice.Accordingtotheprovidedfacegearpartsdrawingandoriginaldata,themachiningprocessofthefacegearpartsisdesigned.Throughcarefulanalysisofthepartdrawing,processspecification,machiningallowancedetermination,processsizecalculationandpositioningerroranalysisareperformed.
Throughthesedesigns,wenotonlyhaveamorecomprehensiveunderstandingofthemachiningprocessoftheparts,thedeterminationofthemachiningdimensions,butalsoletusknowthatthedeterminationoftheroutingandmachiningallowancemustbecompatiblewiththeactualmachinetoolofthefactory.Thisreviewofthepreviouslylearnedknowledgeisalsoasteppingstoneforfuturework.
Keywords:
facegear;processdesign;processing
1.绪论1
1.1研究的背景1
1.2研究的意义1
2.零件的分析2
2.1零件结构分析2
2.2零件工艺性分析3
2.2.1齿端加工4
2.2.2精基准修正4
3.齿轮毛坯成型5
3.1齿轮毛坯材料选择5
3.2端面齿轮毛坯锻造工艺5
4.齿轮毛坯加工工艺设计7
4.1加工阶段划分的原则及作用7
4.1.1加工阶段划分的原则7
4.1.2加工阶段的划分的作用7
4.2热处理工序作用分析7
4.3基准的选择7
4.3.1粗基准的选择7
4.3.2精基准选择的原则7
4.4设计工艺路线8
4.5工艺路线的拟定及工艺方案的分析8
4.6机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定13
4.7各工序的定个位夹紧方案及切削用量的选择13
4.7.1粗车外圆及端面,钻镗花键底孔至尺寸φ2813
4.7.2扩孔14
4.7.3倒角14
4.7.4拉花键孔14
4.7.5齿轮加工15
4.8各工序的基本工时15
结论17
致谢18
参考文献19
1.绪论
1.1研究的背景
现如今,科学技术的发展进步日新月异,经济联系日益紧密,无论是我们的经济建设、生活活动,还是农业生产,甚至国防建设都已经无法离开机械制造业,无法离开机械加工工艺设计。
本文所针对性研究的端面齿,即为机械领域当中尤为关键的零件之一。
其中所涉及的端面齿盘,对于各种类型的分度设备来说至关重要,可以切实保障MCT、等分转台以及多样化分度设备所提出的运行精度要求。
值得一提的是,其所能实现的分度精度,甚至高达±0.5。
从本质上而言,端面齿所表现出的基本结构,基本和法兰盘一致,区别在于其基于法兰盘端面,添设相应的齿形。
当进行转矩传递时,两者的受力部件表现出一定的差异性。
其中,端面齿当中连接的部件,实则借助于端面齿形的作用,来实现转矩的有效传递,而并非借助于拉紧螺栓来实现。
一般情况下,当处于正常工况的条件下,由于连接螺栓并不会受到相应的剪切力,而仅仅受到一定的轴向拉紧力,故而传递转矩将可通过若干齿牙来实现共同分担,此过程的受力极为均匀,能够有效规避可能发生的应力集中现象,故而螺栓将能保持一定的高效性。
与此同时,端面齿还可发挥出一定的定心效用,这将能够有效规避因为连接件转轴中心的差异性,而产生的偏摆现象。
这一特性尤其适用于高速旋转的多样化连接件。
若能良好衔接端面齿,将可有效减少现有的轴向尺寸,使其愈加紧凑,表现出尤其显著的可靠性。
由此可知,其尤为适用于某些对功率和速度要求甚高的领域。
与此同时,端面齿表现出尤为良好的齿面强度及其齿根强度,故而将能有效延长使用寿命,蕴含相对良好的可靠性。
除此之外,其还能实现自动定心,含有相对较高的精度,可以在高速环境下,保持转矩的及时传递。
并且可将极富复杂性的结构进行细致拆分,使其成为若干简洁结构,从而方便各种类型产品的设计过程以及相应的安装过程。
除此之外,由于齿间接触往往表现为面面接触,故而实则含有更为良好的稳定性,可表现出更为良好的转速以及相应的提速性能,该元件也因此在当前时期西方发达国家,所涉及的航空领域及其核主泵领域当中,均获得相对广泛的实际应用。
1.2研究的意义
这个课题以实践为主,通过理论与实践相结合的方式,根据提供的端面齿盘零件图及原始资料,通过对端面齿盘零件进行功能、特点及技术要求方面的分析,对材料毛坯、刀具、夹具、量具进行选择,能够切实提升自身针对零件图,进行深入的分析能力;以及针对恰当适宜的加工设备,进行合理选择的能力;此外,还涉及到针对现有的设计方案,制定出科学完善的工艺规程的能力。
基于此次毕业设计,将能有效增强自身对于数控加工等领域的知识储备。
提高动手能力和工程绘图方面的能力,以及对AUTOCAD等制图软件达到熟练掌握的程度。
在数控领域当中,尤为关键的部分即为数控加工以及相应的编程。
故而本文旨在借助于数控原理、数控编程以及数控机床等元素,进行相对深入的细致结合,以此来达到良好实践的效果。
2.零件的分析
2.1零件结构分析
齿轮按照齿坯形状进行划分可以分为轴类和盘类,包括圆盘齿轮、轴齿轮、套筒齿轮、扇形齿轮,这种分类主要是根据齿轮体的分布方式进行分类。
如图1.1所示。
通常情况下,在加工轴类的过程中,将能借助于双顶尖孔定位的基本方法,来实现一系列加工工序。
值得一提的是,盘类齿轮所遵循的定位基准,需要与设计基准以及和轴连接的装配基准(圆孔和花键孔等)相一致。
盘类齿轮的端面可以作为辅助定位基准。
因此在齿坯加工的时候,端面对内孔的圆跳动不可以大于0.04mm。
图1.1圆柱齿轮基本结构示意图
在上图显示的多样化齿轮结构当中,应用范围最为广泛的即为盘齿轮,其中所含的绝大多数内孔,均表现为圆柱形孔以及相应的花键形孔,故而含有极为优良的精度。
其轮缘位置存在若干齿圈。
在这之中,最为良好的结构工艺即为单齿环齿轮。
其能够适用于所有齿形加工基本方式。
值得一提的是,双环齿轮详见图1b,如果轮缘彼此之间所表现出的轴向距离很短,则将对小齿圈轮廓的加工方法进行选择有局限性,正常情况下只可以使用插齿。
如果小齿圈的精度高而且需要精加工或者进行磨削加工,并且在设计中不允许增加轴向距离的情况下,就可以将多齿圈制成单齿圈组合结构,以此来改善加工工艺。
上文介绍了许多结构形式的齿轮。
在本篇论文中,旨在针对端面齿轮进行更深层次的细致研究。
其中,端面齿轮一般在两个相交轴所涉及的传动装置中进行使用,主要应用于大负荷、长期使用的场合下的标准直齿或螺旋齿的端面齿轮传动,主要结构如图1.2所示。
图1.2端面齿轮结构图
m=2.5α=20°z=19;精度7FL;齿部50HRC
图1.3端面齿轮,材料为40Cr
2.2零件工艺性分析
本论文研究的端面齿轮如图1.3所示。
为了保证对端面齿轮进行正常操作及易加工,齿轮主表面的表面粗糙度、尺寸公差和位置公差必须符合一定的标准。
①端面齿轮所表现出的齿面粗糙度Ra,本文设定为1.6um。
②φ32H10孔所表现出的表面粗糙度,本文设定为1.6um;与此同时,28H7孔所表现出的表面粗糙度,本文设定为3.2um
③齿轮端面跳动允差为0.05mm
对于任意齿轮而言,其在实际加工时,往往会历经下述基本阶段:
其中重点涵盖粗锻、齿坯加工、齿端加工以及相应的精基准矫正等。
首先,需要针对胚料进行细致加工。
因为齿轮在传动过程中所表现出的精度,往往和齿廓自身的精度,以及齿距分布状态所呈现出的均匀性息息相关。
与此同时,其还和切齿过程中所采用的定位基准精度存在紧密的联系。
由于此阶段实则为以下阶段做前期准备,故而基于该方式将能切实保障内孔断面以及齿轮端面,均尽数满足基础的精度需求。
除此之外,在此阶段中,还应尽可能地处理除齿形之外的次要表面。
其次,需要针对齿形进行细致加工。
若某些齿轮无需进行淬火,则仅需进行到此阶段即可。
在此之后,需要成功加工出所有切实满足一系列图纸要求的相关齿轮。
值得一提的是,某些齿轮必须硬化,故而在该阶段中,必须使得齿轮富有良好的齿廓精度,由此得知,此阶段至关重要。
随后,即为热处理阶段。
通常情况下,该阶段旨在借助于将齿淬火的作用,来满足既定的硬度要求。
最后,即为齿廓所涉及的精加工阶段。
此阶段旨在纠正因为齿轮淬火而出现的齿廓变形现象。
该阶段将可有效增强现有的齿廓精度,持续减少表面的粗糙度,以此来切实满足良好的精度要求。
当位于此阶段当中,首先,需要针对定位基准进行恰当适宜的修整;其次,当完成淬火工序时,需要促进齿轮内孔以及端面,表现出一定的变形现象。
需要注意的是,假设当完成淬火时,径直将上述齿轮内控以及端面,运用至齿形精加工过程当中,则将难以切实满足齿轮精度所提出的实际要求。
唯有通过恰当的修整,才能有效保障定位的可靠性,并实现余量分布的良好均匀性,以此来实现精加工。
2.2.1齿端加工
详见图1.4,可以看出,齿轮端部在实际加工过程中,一般表现为倒尖角、倒棱边和去毛刺四种方式。
倒圆角齿轮在进行轴向滑动的过程中,往往会出现啮合现象。
而倒棱边旨在磨平齿端的尖锐边缘,其在经由渗碳工序以及淬火工序时,通常表现为脆性,并且在齿轮的传动中容易开裂。
图1.4齿端基本加工形式示意图
借助于铣刀的作用来使得齿端倒圆,这种形式详见图1.5。
当进行倒圆的过程中,铣刀将会基于高速旋转的前提下,顺着弧线产生频繁运动。
一旦成功加工某特定的齿,工件即会顺着径向后退出,而且在分度之后,进行下一个齿端的加工。
通常在齿轮淬火之前,在滚子插入后,必须安排齿端部加工。
图1.5齿端倒圆基本加工形式示意图
2.2.2精基准修正
当齿轮已经完成淬火工序时,基准孔通常会产生变形现象。
为切实保障齿形所含有的精加工质量,需要针对当前的基准孔,进行持续精准的校正。
通常情况下,花键孔齿轮主要借助于花键推刀的作用,来完成一系列校正工序。
为了防止推孔过程中的出现的歪斜,一些工厂通过使用长推杆来引导前部以此来防止歪斜,这已获得了非常好的效果。
为实现针对圆柱孔齿轮的良好校准,可借助于推孔基本方式亦或为磨孔基本方式的作用。
在这之中,前者表现出相对较高的实际生产率,一般适用于尚未硬化的相关齿轮;后者虽然表现出尤为显著的精度,然而生产率却不高,通常适用于硬度较高的齿轮。
此外,磨削孔应以齿面进行定位,这与互为基准原理一致。
3.齿轮毛坯成型
3.1齿轮毛坯材料选择
当选择恰当适宜齿轮的过程中,需要基于现有的工作条件来进行综合考量。
通常情况下,齿轮材料所含有的适用性,将会对齿轮所表现出的加工性能以及相应的使用寿命,产生极其深远的影响。
若某些齿轮处于低速和重载的运转状态时,齿面将会因为受到一定的挤压作用,而产生相应的塑性变形,此时齿极易发生断裂。
由此得知,必须选择以18CrMnTi为例的含有显著机械性能的相关材料,与此同时,还可借助于38Cr-MoAlA材料的作用,通过氮化处理的基本方式,来有效预防齿面出现疲劳点蚀现象。
除此之外,若某些齿轮需要承受过大的荷载,则最好选择韧性极佳的材料。
在绝大多数情况下,齿轮主要采用以20Cr以及20CrMnTi为例的中碳结构钢。
本文所涉及的端面齿轮毛坯,旨在采用40Cr,材料,其基本性能如下:
根据标准GB/T3077-1999:
化学成分(质量分数,%)C0.37~0.44、Si0.17~0.37、Mn0.50~0.80、Cr0.80~1.10、Ni≤0.30。
(1)力学性能。
一般情况下,首次淬火加热温度表现为850℃,并借助于油的作用来进行冷却。
与此同时,二次淬火回火温度表现为520℃,通常借助于水与油混合的形式来达到冷却效果。
值得一提的是,经由热处理工序的材料,所表现出的抗拉强度为
,屈服点为
;此外,断后伸长率为
,并且断面收缩率为
,布氏硬度为
。
(2)冷压毛坯软化处理规范。
首先,将温度环境设定在740-760℃的范围内;其次,将保温时间设定在4~6h的范围内。
随后,秉持5~10℃/h的冷却速率,将温度锐减至≤600℃,再出炉使其空冷。
其中,尚未正式处理之间的硬度表现为≤217HBS,而在已经软化的情况下,所表现出的硬度为≤163HBS。
(3)调质处理规范。
首先,将淬火温度设定在850℃±10℃的范围内,并借助于油的作用来进行冷却。
其次,将回火温度设定在520℃±10℃的范围内,借助于水与油混合的形式来达到冷却效果。
从本质上而言,中碳调制钢等材料无需耗费高昂的经济成本,即可表现出良好的韧性以及耐磨性。
若处于550-570℃的温度范围内来实现回火工序,将可使得钢材具备卓越的力学性能。
事实上,此类钢所含有的淬透性优于45钢,故而通常适用来高频淬火等工序。
(4)供货状态以及相应的硬度。
其中,供货状态表现为退火态,与此同时,硬度≤207HBS。
(5)40Cr弹性模数。
本文所选用的弹性模量为
,此外,本文所选用的切变模量为
,适用于锻造耐磨齿轮。
通过对上面材料40Cr材料的介绍满足双联齿轮的力学性能等技术要求,所以可以选择40Cr,即选用模锻。
3.2端面齿轮毛坯锻造工艺
端面齿轮基本示意图,详见图1.3,其所选用的材料为40Cr。
由于其齿尖半径为R0.3,并且齿深表现为5+0.1mm,相对较小,故而将会有效提高成形难度。
温锻成型的本质为现今尤为典型的净形加工工艺之一,其在当前时期已经于汽车等领域,逐步获得相对广泛的实际应用。
其优势在于消耗变形力不大,无需进行磷化以及相应的退火处理,并且表面质量尤其显著,还能实现组织连续生产。
当针对各种类型的温锻成形件,进行实际设计的过程当中,需要针对其可行性及其所涉及模具的使用寿命,进行综合考量。
其次,应当考虑通过何种方式,来切实满足成品所提出的基本要求,有效降低不必要的加工工序。
在此过程中,需要首先处理不容易进行精加工的位置,还应保证良好的协调性。
详见图1.3,将能得知,端面齿形所表现出的齿宽,实则为19mm。
当进行温锻的过程中,需要保留适当的拔模斜度,从而便于成形件的即刻脱模,尽可能规避对凹模模壁造成损伤。
故而无论从外圆亦或为高度的角度来看,均需保留适当的余量。
除此之外,若将齿槽以及齿顶所形成的圆角半径,从本来的R0.3mm,调整为R0.5mm,则将可有效增强齿形凸模自身的使用寿命,尽可能规避应力集中的频繁发生。
需要注意的是,下料毛坯所表现的长度与直径,应当满足下述关系:
L/D≤2.5;假设超过这一比例,则锻件将会出现故障,甚至引发闷车现象。
4.齿轮毛坯加工工艺设计
4.1加工阶段划分的原则及作用
4.1.1加工阶段划分的原则
(1)如果工件需要进行热处理,则至少要把工艺路线分为两个阶段,主要是便于合理安排热处理。
(2)当零件刚性有待提高时,应该划分阶段。
(3)当零件所需满足的加工精度很高的情况下,应该划分阶段,筛选出工件刚度良好以及加工余量不高的相关工件。
4.1.2加工阶段的划分的作用
(1)切实保障现有的加工质量;
(2)优先实现粗加工,规避材料浪费;
(3)科学运用多样化设备,完善车间布置;
(4)有助于推进热处理工序,促进冷热工序的完美衔接;
(5)最后再进行精加工,以免破坏表面。
4.2热处理工序作用分析
当针对齿轮毛坯,进行正火处理的过程中,必须对其进行锻造,才能保证海量坯料含有完全一致的硬度,有利于后期切削加工的均匀性。
调质处理工序将能赋予齿轮尤为显著的机械性能,从而有效增强齿轮中心位置的韧性,使其承载能力有效提高。
高频淬火以及相应的低温回火工序,将可有助于齿轮提高自身的表面性能,借助于隐晶马氏体的作用,能够使得齿轮表面有效抵御疲劳破坏。
两者结合还能有效预防出现研磨裂纹现象。
4.3基准的选择
对于零件加工而言,尤为关键的环节即为选择恰当适宜的定位基准,这将会对工件所表现出的加工质量以及实际生产率,产生极其深远的影响。
4.3.1粗基准的选择
基于粗基准面所秉持的基本准则,应当优先选择A、B端面。
4.3.2精基准选择的原则
(1)基准重合基本原则
为秉持这一准则,需要统一采用设计基准,来规避误差。
(2)基准一致基本原则
对于相同基准定位零件而言,需要遵循若干表面。
(3)自为基准基本原则
存在某些应当满足高质量要求的精加工工序,必须将加工表面,当做为相应的定位基准。
(4)互为基准基本原则
某特定工件当中的两个表面,均需满足高质量的精度需求。
在此情况下,应当使其彼此之间互为基准来实现加工。
(5)方便装夹基本原则
精基准必须切实保障工件所蕴含可靠性,并且夹具设计尤其简洁。
通常情况下,对于齿形加工过程而言,其所涉及的加工精度往往取决于定位基准所表现出的实际精度。
在此过程中,轴类齿轮主要借助于顶尖孔定位的方式。
除此之外,端面齿轮所涉及的齿形加工过程,一般借助于下述定位基准的作用。
1)内孔与端面而构建的定位基准:
该基准旨在使得齿形加工过程所涉及的工序基准,能够保持完全一致。
由于其生产率相对较高,故而一般适用于成批生产当中。
2)外圆与端面而构建的定位基准:
此方式需要将齿坯内孔放置于通用芯轴表面来进行安装,,故而必须优先定位中心位置,找正效率不高,通常仅适用于单件生产。
4.4设计工艺路线
当针对多样化零件表面所涉及的加工方法,进行恰当适宜的选择过程中,应当切实保障加工表面含有良好的精度以及粗糙度,并不能耗费过高的经济成本,还需结合零件自身的实际特点以及各类技术要求。
本零件的的加工面有:
端面、外圆、花键槽及花键孔及齿形。
端面:
其表面粗糙度实则为Ra3.2μm,应当对其予以粗车。
外圆:
其所表现出的公差等级为H11。
与此同时,其表面粗糙度实则为Ra3.2μm,粗车-精车。
花键槽:
其所表现出的公差等级为H12。
与此同时,其表面粗糙度实则为Ra3.2μm,应当对其予以粗镗-精镗。
花键:
其所表现出的公差等级为H7。
与此同时,其表面粗糙度实则为Ra1.6μm要求比较高我们可以利用拉床拉花键。
齿形:
公差等级为7FL,表面粗糙度为Ra1.6μm。
4.5工艺路线的拟定及工艺方案的分析
为切实保障零件尺寸精度及其多样化技术能够满足实际要求,应当积极制定出科学完善的工艺路线。
本文旨在实现批量生产,故而均采用通用工具,从而尽可能降低机床数量,有效增强既定的生产率。
一般情况下,普通的工艺路线详细如下:
工序00:
旨在负责锻造以及正火
工序10:
旨在负责粗车外圆及其端面
工序20:
旨在负责拉花键孔
工序30:
旨在负责去毛刺
工序40:
旨在负责精车外圆及其端面
工序50:
旨在负责检验
工序60:
旨在负责滚齿
工序70:
旨在负责倒角
工序80:
旨在负责去毛刺
工序90:
旨在负责齿部高频淬火
工序100:
旨在负责衍齿
工序110:
旨在负责总检
表3.1端面齿轮加工基本工艺流程细表
工序号
工序名称
工序内容
设备
00
锻
锻造并正火,检查
模锻锤
10
车
粗车外圆及端面,留余量1.5~2mm
CA6140
20
车
钻镗花键孔至尺寸Φ28H12
C6136
30
拉
拉花键孔至规格
L6120
40
钳
去毛刺
50
车
上芯轴,精车外圆,端面及槽至要求
CA6140
60
铣
滚齿(Z=33),留剃余量0.07-0.12mm
Y3150E
70
车
倒角(15°牙角)
CA6140
80
钳
去毛刺
90
热处理
高频感应淬火,齿部淬硬(50HRC),检查
100
铣
珩齿
110
检验
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