盘角齿轮加工工艺及钻孔夹具设计.docx

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盘角齿轮加工工艺及钻孔夹具设计

摘要

在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。

在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。

[关键词]：

工序，工艺，工步，加工余量，定位方案，夹紧力

[论文类型]：

研究应用型

Abstract

Enableproducingthetargetinprocessofproduction（rawmaterials,theblank,stateofqualityandquantityonpartbecomealways）takeplacedirectcourseofchangeaskcraftcourse,iftheblankismade,machining,heattreatment,assembleetc.andcallitthecraftcourse.Inthecourseofmakingthecraft,isitconfirmeveryerectorlocationandworkerstepthatprocessneedthisofprocesstowant,thelocomotiveofprocessing,thisprocess,andtheenteringthegivingamountofthelathe,cutdepth,therotationalspeedofthemainshaftandspeedofcutting,thejigofthisprocess,thecutterandmeasuringtool,aonehundredsheetsofnumberoftimesstillleavesandaonehundredsheetsoflengthleaves,calculatebasictimeofthisprocess,auxiliarytimeandservicetimeofplaceofworkingfinally.

[Keywords]：

Theprocess,Workerone,Worker'sstep,Thesurplusofprocessing,Orientthescheme,Clampstrength

[Thesistype]：

AppliedResearch

1盘角齿轮加工工艺

1.1盘角齿轮的工艺分析

盘角齿轮是东风汽车后轮驱动的从动齿轮，因为其零件尺寸较小，结构形状也不是很复杂，但齿形和内孔及端面的精度要求较高，此外还有端面上的10个

孔要求加工，其各孔的位置度精度要求较高。

盘角齿的定位内孔表面粗糙度要求

0.8，定位端面表面粗糙度要求

1.6,所以都要求精加工。

另外,盘角齿的齿形接触精度要求较高,故主动齿轮与从动齿轮需要进行配对研磨。

因此,盘齿轮的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响东风汽车后驱动的装配质量，进而影响整台汽车性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。

1.2盘角齿轮的工艺要求及工艺分析

一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。

而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

设计者要考虑加工工艺问题。

工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。

1.2.1盘角齿轮的技术要求

其加工有三组重要的加工。

定位用内孔和端面、端面上的10个

孔、以及齿形的接触精度。

⑴．定位用内孔和端面为主要加工表面，其内孔

的粗糙度要求是

端面的粗糙度要求是

，其与基准面A的垂直度要求是0.05。

⑵．另一组加工端面上的10个

孔，其内孔表面粗糙度要求

但其对基准面A的位置度要求是

。

⑶．盘角齿的齿形接触精度要求较高,故主动齿轮与从动齿轮需要进行配对研磨,保证接触印痕:

凸面:

离小端3～7㎜,齿长方向占40～60%,齿高方向占50%左右;凹面:

中间偏小端,齿长方向占40～60%,齿高方向占50%。

单边余量一般在

，模锻毛坯，年产量是5000件，由[7]《机械加工工艺手册》表2.1-3可知是中批量生产

1.3加工工艺过程

由以上分析可知。

该盘类零件的主要加工表面是齿形、平面及孔系。

一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。

因此，对于盘角齿轮来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。

由上面的一些技术条件分析得知：

盘角齿轮的尺寸精度，形状以及位置精度要求都很高，给加工带来了困难，必须重视。

1.4确定各表面加工方案

一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。

设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。

对于我们设计的盘角齿轮加工工艺来说，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。

除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。

在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较低的机床。

1.4.1在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素

⑴．要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。

⑵．根据生产类型选择，在大批量生产中可选用专用的高效率设备。

在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。

如、柴油机连杆小头孔的加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。

⑶．要考虑被加工材料的性质，例如，淬火钢必须采用磨削或电加工；而有色金属由于磨削时容易堵塞砂轮，一般都采用精细车削，高速精铣等。

⑷．要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。

⑸．此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。

选择加工方法一般先按这个零件主要表面的技术要求选定最终加工方法。

再选择前面各工序的加工方法，如加工某一轴的主要外圆面，要求公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.63μm，并要求淬硬时，其最终工序选用精磨，前面准备工序可为粗车——半精车——淬火——精磨。

1.4.2平面的加工

由参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.1-12可以确定，盘类零件端面的粗糙度为

，其加工方案为：

精车—磨削，。

1.4.3孔的加工方案

⑴．由参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.1-11确定，以

内孔的表面粗糙度为0.8，则其内孔的加工顺序为：

精车——磨削。

⑵．端面的10个

孔采取的加工方法是：

因为孔的表面粗糙度是

，要求不高，所以我们采用一次钻孔的加工方法。

1.4.4齿形的加工方案

根据螺旋齿轮加工的特点和精度要求，因其精度为DIN39659级，尤其是对齿面的接触精度要求较高，故其齿形采取的加工方法为：

粗切齿—精切齿---研磨。

1.5确定定位基准

1.5.1粗基准的选择

选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。

粗基准选择应当满足以下要求：

⑴．粗基准的选择应以加工表面为粗基准。

目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。

如果工件上表面有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。

以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。

⑵．选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

例如：

机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。

因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。

这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

⑶．应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

这样可以保证该面有足够的加工余量。

⑷．应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。

有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需粗加工。

⑸．粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。

多次使用难以保证表面间的位置精度。

要从保证孔与孔、孔与平面、孔与齿形之间的位置，能保证盘角齿轮在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从盘角齿轮零件图分析可知，选择端面为加工粗基准。

1.5.2精基准选择的原则

⑴．基准重合原则。

即尽可能选择设计基准作为定位基准。

这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。

⑵．基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。

基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。

例如：

轴类零件常用顶针孔作为定位基准。

车削、磨削都以顶针孔定位，这样，不但能在一次装夹中加工大多数表面，而且保证了各外圆表面的同轴度及端面与轴心线的垂直度。

⑶．互为基准的原则。

选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。

例如：

对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。

⑷.自为基准原则。

有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。

例如：

磨削机床导轨面时，是以导轨面找正定位的。

此外，像拉孔在无心磨床上磨外圆等，都是自为基准的例子。

此外，还应选择工件的精度高尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。

并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。

要从保证孔与孔、孔与平面、内孔与齿形之间的位置，能保证盘角齿轮在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。

从盘角齿轮零件图分析可知，它的端平面与齿形面平行而且占有的面积较大，故采用内孔和端面作为精基准使用。

则基本上可以满足整个加工过程中都采用统一基准定位的要求。

选择精基准考虑的原则，重点是有利于保证工件的加工精度并使装夹准确。

1.6工艺路线的拟订

对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。

盘角齿轮加工的第一个工序也就是加工统一的基准。

具体安排是先以端面定位,粗、精加工定位用端面和内孔。

后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。

1.6.1工序的合理组合

确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。

确定工序数的基本原则：

⑴．工序分散原则

工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。

便于采用通用设备。

简单的机床工艺装备。

生产准备工作量少，产品更换容易。

对工人的技术要求水平不高。

但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。

⑵．工序集中原则

工序数目少，工件装夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人和生产面积，也简化了生产管理，一次装夹能加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。

使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。

但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。

一般情况下，单件小批生产中，为简化生产管理，多将工序适当集中。

但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。

结构简单的专用机床和夹具组织流水线生产。

加工工序完成以后，将工件清洗干净。

清洗是在

的含0.4%—1.1%苏打及0.25%—0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。

清洗后用压缩空气吹干净。

保证零件内部杂质、铁屑、毛刺等的残留量不大于

。

1.6.2工序的集中与分散

制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。

所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。

工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。

加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。

由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中，而不至于花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。

1.6.3加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：

⑴．粗加工阶段

粗加工的目的是切去绝大部分多余的材料，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。

粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切削用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。

一般粗加工的公差等级为IT11~IT12。

粗糙度为Ra80~100μm。

⑵．半精加工阶段

半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。

半精加工的公差等级为IT9~IT10。

表面粗糙度为Ra10~1.25μm。

⑶．精加工阶段

精加工阶段主要目的是保证零件的形状位置精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。

精加工应采用高精度的机床，小的切削用量，工序变形小，有利于提高加工精度．精加工的加工精度一般为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra10~1.25μm。

⑷．光整加工阶段

对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺寸精度改善很少。

一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为IT5~IT6,表面粗糙度为Ra1.25~0.32μm。

此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。

由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。

但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。

在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输、装夹麻烦的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。

必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。

例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小孔之类的粗加工。

1.7盘角齿轮的毛坯尺寸及机械加工工艺过程的确定

盘角齿轮的制造，其材料是

，硬度156～207HBS，生产类型为中批量生产，采用模锻精化毛坯。

1.7.1毛坯的结构工艺要求

⑴．盘角齿轮为盘类零件，对毛坯的结构工艺有一定要求：

①、锻件的壁厚应合适、均匀，不得有突然变化。

②、锻造圆角要适当，不允许出现锐角。

③、铸件结构要尽量简化，并要有合理的模锻斜度，应尽量选用较小的模锻斜度,同时要注意充分利用锻件的固有斜度。

④、锻件的选材要合理，应有较好的可锻性。

⑤、连皮的厚度要适当,不可太薄或太厚。

⑵．设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：

①、各加工面的几何形状应尽量简单。

②、工艺基准以设计基准相一致。

③、便于装夹、加工和检查。

④、结构要统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。

在确定毛坯时，要考虑经济性。

虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。

因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。

在毛坯的种类

形状及尺寸确定后，必要时绘出毛坯图。

1.7.2盘角齿轮的机械加工工艺过程的确定

根据上述分析,列出如下机械加工作业指导过程卡:

机械加工作业指导

过程卡

产品型号

零件名称

螺旋锥齿轮

产品名称

零件图号

毛坯种类

模锻

材料

20CrMnTi

工序

号

工序名称

各零件对应各自工序,经过工序О表示,不经过Ф表示

使用设备

单件时间（分）

主要工装

型号

名称

编号或型号

名称及规格

5

粗坯检验（见粗坯图）

10

精车

O

CK6450

数控车床

外购

电动卡盘/软爪

15

精车

O

CK6450

数控车床

外购

电动卡盘/软爪

20

钻孔

O

Z525

钻床

J31-0006

钻孔夹具接盘

25

粗切齿

O

№606

铣齿机

J21-0480

铣齿夹具

30

精切齿

O

№607

铣齿机

J21-0480

铣齿夹具

35

打厂标

O

钳工台

钳工台

F02-0001

厂标字头

40

清洗

O

45

热处理

O

50

磨内孔

O

M2120

磨床

J17-0008

磨孔夹具

55

倒棱

O

YMDV-50

磨棱倒角机

60

配对

O

YB9550

配对机

L65-0014

配对夹具

65

研齿

O

YB2550

研磨机

J24-0172

研磨夹具

70

修齿顶

O

MGF-100

风动磨光机

机械加工作业指导

过程卡

产品型号

零件名称

螺旋锥齿轮

产品名称

零件图号

毛坯种类

模锻

材料

20CrMnTi

工序

号

工序名称

各零件对应各自工序,经过工序О表示,不经过Ф表示

使用设备

单件时间（分）

主要工装

型号

名称

编号或型号

名称及规格

75

终检

O

80

清洗

O

85

涂油包装

O

2钻孔夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。

在加工盘角齿轮零件时，需要设计专用夹具。

根据任务要求中的设计内容，需要设计加工

孔钻孔夹具一套。

钻孔用机床为多轴钻床,使用刀具为标准麻花钻。

在多轴钻床上一次性将10个

全部钻出，并要求保证尺寸公差和形位公差要求。

2.1加工零件的工艺分析

2.1.1加工零件的原始工艺资料

1、加工零件工艺特征

加工零件为锥齿轮（见产品图），也称盘角齿轮，外形特征属盘、套类零件。

其直径大，厚度薄，容易造成上下两端面的扭曲变形。

2、生产类型为中批量生产。

3、机床：

1）使用数控车床加工端面和内孔。

2）使用数控车床精车内孔、端面及加工成形表面。

3）使用立式多轴专用钻床加工

内孔，并用冷却液冷却。

4刀具：

使用

标准麻花钻头。

2.1.2齿坯的机械加工工艺分析

对于盘齿类零件，由于其直径大，厚度薄，故如何解决孔、端面、轮齿与内、外圆表面的几何精度，对保证齿形精度具有重大影响。

为了保证齿轮精度，应尽可能在一次安装下切出全部齿形加工用的基面，当难以实现时，则应采取可靠的工艺措施保证基准精度。

1、根据产品图，画车、钻工序图。

并按IT9级经济精度确定工序尺寸和表面粗糙度。

具体尺寸由参考文献[7]《机械加工工艺手册》表2.1-11确定如下：

1）齿轮材料为

，毛坯为模锻件，热处理正火，硬度为156～207HBS；

2）内孔

尺寸至

即留磨量0.6㎜，表面粗糙度

3.2。

3）内孔深度尺寸16.5至16.3,即留磨量0.2㎜,表面粗糙度

3.2。

4）其余长度尺寸、形位公差、表面粗糙度均按产品图要求加工。

2、根据车、钻工序图的要求，齿坯的加工过程为：

1）加工阶段的划分为：

粗车—半精车-精车；

2）以端面B为粗基准定位，加工端面D见光，

至要求，表面粗糙度

；

3）以端面D为精基准，加工端面B,保证尺寸27.5。

加工尺寸

至

、16.3至16.1和退刀槽至要求。

并保证垂直度要求（即要求一刀落）。

此为后续车工工序和钻孔工序准备精基准。

4）以端面D为精基准，数控车精车端面、内孔，保证尺寸16.3，尺寸

，

5）以端面C和内孔

为精基准定位，在数控车床上加工各外圆、端面及表面粗糙度至要求。

5）以

内孔和端面C定位,在钻孔夹具上钻孔至要求。

2.2钻孔夹具设计分析

2.2.1钻孔夹具总体结构方案的设计构思

1、由于生产类型为中批量生产，且拟在立式多轴专用钻床上加工，在一次装夹中将全部孔同时加工完。

2、根据上述要求，可将钻孔夹具设计成固定式钻模，将其固定在立式钻床的工作台上，这样可保证钻头与工件间的相对位置固定不变，而获得稳定的加工精度，又可节省大量的对刀、找正等辅助时间。

从而获得较高的生产效率。

3、钻孔夹具的结构型式拟设计为可卸式钻模板，此结构形式钻孔精度较高，装卸工件较费时，但由于工件较小，故钻模板也不太大，如辅以快速拆装钻模板的形式，生产效率应仍然较高。

4、钻模板下表面离工件加工上表面保持15㎜距离，这样便于钻孔时的容屑、排屑，有利于保证加工精度，延长刀具的使用寿命。

5、确定工件的定位方案

1）工件为盘类零件，根据定位原理，应采用内孔与端面共同定位方式，因此，采用以端面C和

内孔为精基准定位。

定位公差取工件位置度公差的

，产品图要求位置度公差为

，即：

㎜。

取定位盘定位尺寸为

，则工件的工序尺寸定为：

公称尺寸：

上偏差：

；

下偏差：

。

故：

钻孔工序的内孔定位工序尺寸为：

2）为防止工件转动，在圆周方向采用平键定位。

6、确定工件的夹紧方案

1）采用六个圆柱支承销组成一个压紧平面，用于对工件端面C的夹紧。

由于每个支承销的着力点都在加工位置附近，这样，可保证工件有最可靠的夹紧力。

因此，这种压紧方式对于盘类零件是最合适的。

2）夹紧方式采用螺栓+开口垫圈手动夹紧。

因此，装卸工件时，压紧螺母只要旋转不到一圈，即