圆柱齿轮加工工艺设计精编版.docx

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圆柱齿轮加工工艺设计精编版

MQSsystemofficeroom【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】

圆柱齿轮加工工艺设计精编版

摘要

本文对传动齿轮的加工工艺路线进行了设计。

其中包括了工艺分析，工艺要求，确定毛坯的制造形式，确定定位基准，粗基准的选择，精基准选择的原则，确定各表面加工方案，零件表面的加工方法的选择，提高齿轮的加工精度，工艺路线的拟定，工序的合理组合，加工阶段的划分，工艺路线，确定齿轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，毛双联坯形状、尺寸确定的要求，确定机械加工余量，确定毛坯尺寸，设计毛坯图，工序设计，选择加工设备，确定工序尺寸。

机械制造工艺规程的制定需选择机械加工余量，加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选择。

先锻件成型后进行表面热处理（正火、淬火、回火等）此次设计的主要内容在于如何使加工工序简单化、降低加工难度。

关键词：

工艺路线工序定位基准加工余量

1零件特点及其工艺性分析......................................................3

圆柱齿轮的特点...........................................3

圆柱齿轮的技术要求...........................................4

审查圆柱齿轮的工艺性.........................................4

确定圆柱齿轮的生产类型.......................................4

2机械加工工艺规程设计................................................5

选择毛坯.....................................................4

确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量.............................5

绘制圆柱齿轮铸造毛坯简图.....................................5

3数控加工工艺设计................................................6

数控加工工艺设计主要内容...............................................6

数控加工工艺的特点...........................................6

数控加工工艺分析的主要内容...............................................6

4拟定圆柱齿轮工艺路线................................................8

定位基准的选择...............................................8

表面加工方法的确定...........................................8

加工阶段的划分...............................................9

工序的集中与分散.............................................9

工序顺序的安排...............................................9

确定工艺路线.................................................10

齿轮加工工步.................................................14

机床设备及工艺装备的选用............................................15

5齿轮程序的编制............................................16

6切削用量、时间定额的计算............................................18

切削用量的计算................................................18

时间定额的计算...............................................19

7设计体会............................................................20

参考文献.............................................................21

1.零件工艺性分析

圆柱齿轮的特点

齿轮机构的优点有：

1、齿轮机构传递的功率和圆周速度分别可达100000kw、

300m/s。

2、齿轮机构的传动比恒定、寿命长、工作可靠性高。

3、齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。

齿轮机构的缺点有：

1、齿轮机构得制造成本过高。

2、齿轮机构不适用于远距离的传动。

3、低精度齿轮会产生有害的冲击、噪音和振动。

圆柱齿轮的技术要求及其参数

本次加工传动齿轮材料为：

45钢；

调制处理：

淬火硬度50~52HRC；

注意：

齿顶圆不许倒角。

根据圆柱齿轮的零件图纸将该圆柱齿轮的全部技术要求列于表1-1中。

表1-1圆柱齿轮零件技术要求表

加工表面

尺寸及偏差mm

公差及精度等级

表面粗糙度Ra

圆柱齿轮端面

IT8

圆柱齿轮内孔

Φ18

IT7

圆柱齿轮外圆

Φ

IT6

圆柱齿轮分度圆

Φ32

无

圆柱齿轮键槽

5H9

IT9

根据圆柱齿轮的零件图纸将该圆柱齿轮的全部参数列于表1-2中。

表1-2圆柱齿轮零件参数表

模数

m

4

齿数

Z

8

压力角

α

20°

变为系数

x

+

齿顶高

ha

全齿高

h

精度等级

7DGGB/T

跨越齿数

k

2

齿距积累公差

Fp

齿距极限偏差

fpt

±

齿形公差

ff

齿向公差

Fβ

公法线平均长度极限偏差

Ew

审查圆柱齿轮的工艺性

分析零件图可知，该圆柱齿轮只对齿轮端面、内孔和轮齿的粗糙度要求高，其它表面的粗糙度要求都稍微低些。

在零件的加工过程中，由于各加工表面要求的精度等级相差不是很大，采用半精加工即可以保证各加工表面技术要求。

零件的主要工作面虽然加工精度略高些，但都可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。

由此可见，该零件的工艺性较好。

确定圆柱齿轮的生产类型

由课程设计题目要求，该圆柱齿轮的生产类型为中、小批量生产。

2机械加工工艺规程设计

选择毛坯

由零件要求可知，零件的材料为45钢，考虑到本零件在具体工作的受力情况，为增强圆柱齿轮的强度和冲击韧度，毛坯选用锻件。

因为零件是中、小批量生产，并且精度要求不是非常高，为节约成本，宜采用精密锻造方法制造毛坯。

毛坯的拨模斜度为10°。

确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量

要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。

1）确定毛坯种类

根据零件尺寸符合≤H≤、d≤，所以确定毛坯为带孔圆盘类自由锻件。

2）机械加工余量与公差

根据零件尺寸选定a=46mm，公差F9；b=35mm，公差F9；c=15mm，公差F9。

绘制圆柱齿轮铸造毛坯简图

图1圆柱齿轮锻造毛坯简图

3数控加工工艺设计

数控加工工艺设计主要内容

在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：

数控加工工艺内容的选择、数控加工工艺性分析、数控加工工艺路线的设计。

1、数控加工工艺内容的选择

对于一个零件来说并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。

这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际、立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。

2、适于数控加工的内容

在选择时，一般可按下列顺序考虑：

1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容

2）通用机床难加工质量也难以保证的内容应作为重点选择内容

3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。

数控加工工艺的特点

数控加工工艺是数控编程的核心，只有将数控加工工艺合理、科学地融入数

控编程中，编程员才能编制出高质量和高水平的数控程序。

数控编程也是逐步完

善数控工艺的过程。

普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障，由于数控

加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制，使得数控加工工艺具有如下特

点：

1）数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂。

2）数控加工工艺设计要有严密的条理性。

3）数控加工工艺的继承性较好。

4）数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产。

数控加工工艺分析的主要内容

大量的实践证明，数控加工工艺分析主要包括如下几方面内容：

1）选择适合在数控机床上加工的零件确定工序内容。

2）分析要加工零件图样明确加工内容及技术要求在此基础上确定加工方案

制定数控加工工艺路线。

例如：

工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序

的衔接等。

3）设计数控加工工序。

例如：

工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的

选择、切削用量的确定等。

4）数控编程中有关工艺问题处理。

例如：

对刀点、换刀点的选择、加工路线的

确定、刀具的补偿。

5）分配数控加工中的容差。

6）处理数控机床上的部分工艺指令。

4拟定圆柱齿轮工艺路线

定位基准的选择

基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。

基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行，难以在工期内完成加工任务。

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。

1）精基准的选择

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后零件轴线为主要的定位精基准。

2）粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。

而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。

根据这个基准选择原则，本零件选择零件的圆柱齿轮端面为主要的定位粗基准。

表面加工方法的确定

根据圆柱齿轮零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表4-1。

表4-1表面加工方法

加工表面

尺寸精度等级

表面粗糙度Ra

加工方案

圆柱齿轮端面

IT8

粗车--精车

圆柱齿轮内孔

IT7

粗镗—精镗

圆柱齿轮外圆

IT6

粗车-精车

圆柱齿轮分度圆

无

滚齿

圆柱齿轮键槽

IT9

半精铣

加工阶段的划分

1）加工方法的选择

加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

2）加工方案确定的原则

零件上比较精确表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

该圆柱齿轮加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求，然后粗车圆柱齿轮端面外圆。

粗镗齿轮内孔、拉键。

工序的集中与分散

选用工序集中原则安排圆柱齿轮的加工工序。

该圆柱齿轮的生产类型为中、小批量，可以采用万能型机床配以专用工、夹具以提高生产率，而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

工序顺序的安排

1）机械加工工序

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。

遵循“先基准后其他”原则：

首先加工基准——圆柱齿轮左端面和内孔。

遵循“先粗后精”原则：

先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

遵循“先主后次”原则：

先加工主要表面，后加工次要表面。

遵循“先面后孔”原则：

先加工主要表面，后加工孔。

2）热处理工序

在加工之前，为了保证齿轮工作的可靠性，提高其使用寿命，齿轮的材料及

其热处理应根据实际的工作条件和材料的特点来选取。

齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。

在本文的一些条件下，对齿轮材料的基本要求是：

应使齿面具有足够的硬度

和耐磨性、齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、

热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。

在《材料成形原理与工艺》中对齿轮材料的基本要求如下：

1）齿面要硬,齿芯要韧；

2）易于加工及热处理；

3）软齿面齿轮齿面配对硬度差为30-50HBS。

因此，坯料锻坯成型后正火，进行调质，调质硬度为50~52HRC，并进行酸洗、喷丸处理。

喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳对机械加工带来的不利影响。

3）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。

4）辅助工序

在粗加工后，安排中间检验工序，精加工后，安排去毛刺、清洗和

终检工序。

确定工艺路线

1）确定走刀路线和安排工步顺序

走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内

容，也反映出工步顺序。

走刀路线是编写程序的依据之一。

在确定走刀路线时

主要考虑以下几点：

（1）寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率；

（2）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀,中连续加工出来；

（3）刀具的进、退刀切入与切出路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓切削中停刀，切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕，也要避免在工件轮廓面上垂直上下刀而划伤工件；

（4）要选择工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排定刀路线。

2）确定定位基准与夹紧方案

在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列四点：

（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，尽量可能做到在一次装夹后就能加工出全部待加工表面；

（3）避免采用占机人工调整装夹方案。

（4）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

此外，还要记住六点定位原理，在夹具中适当的布置六个支承，使工件与六个支承接触，就可以限制工件的六个自由度，使工件的位置完全的确定。

这种采用布置恰当的六个支承点来限制六个自由度的方法，称为“六点定位”。

3）夹具的选择

由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先

要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标

系的尺寸。

除此之外，主要考虑下列几点：

（1）当零件加工批量小时，尽量采用组合夹具，可调式夹具及其它通用夹具；

（2）当小批量或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单；

（3）夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀，如产生碰撞等；

（4）装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间，有条件时，批量较大的零件应采用气动或液压夹具、多工位夹具。

合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。

该齿轮的毛坯形状规则，采取四爪自定心卡盘中心定位即可，在加工齿轮轮齿的时候，要用弹簧液压自定心夹具、通用夹具来装夹。

这样即可保证零件的数控加工技术要求。

4）刀具选择

根据加工要求需选择刀具如下：

1号刀：

宽2mm的硬质合金滚齿滚刀；

2号刀：

4mm宽的铣刀；

3号刀：

镗刀；

4号刀：

车外圆刀；

钻孔：

Φ17的麻花钻。

5）确定刀具与工件的相对位置

对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，

这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。

对刀点是指通过对刀确定刀具与工件

相对位置的基准点。

对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零

件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。

对刀点的选择原则如下：

1、所选的对刀点应使程序编制简单；

2、对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；

3、对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；

4、对刀点的选择应有利于提高加工精度。

换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为

这些机床在加工过程中要自动换刀。

对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。

为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。

6）工艺路线的制定

综合上述分析按照由右至左、由内到外、先粗后精的原则确定该齿轮的工艺路线如下：

齿轮毛坯加工路线：

下料→车右端面→粗车外圆→精车外圆→钻孔→粗镗孔→精镗孔→切槽→卸下掉头装夹→车左端面→检验。

齿轮的加工工序、路线及方法：

1、车。

用通用车床加工出齿轮的大径，直径为毫米的外圆，以及粗镗内孔。

2、检。

检验是否符合要求。

3钳。

大件班。

给要加工的齿轮端面攻两个M10的螺孔，以便于滚齿时方

便固定。

4、滚齿。

用滚刀滚出牙齿。

5、SC（热处理）。

把滚出来的齿轮放在锅炉中进行热处理。

6、喷丸。

热处理之后在进行表面处理。

7、车。

车削齿轮的大面及精镗内孔、倒角。

8、磨。

把车削完的大面用砂轮磨平，以便作为另一端加工的一个基准面。

9、平磨。

把没有加工过的小面磨平，以便于加工。

10、车。

车直径为18mm的内孔及倒角。

11、磨齿。

把齿轮尖锐的地方用砂轮磨平。

12、检。

交检。

13、插齿。

在齿轮的内孔插齿，以便齿轮的固定。

14、钳——大件班。

15、终检。

按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工路线，采用循环指令对内轮廓进行粗加工，再精加工。

对刀时转速不能太快，要胆大心细，先对Z向把刀尖靠到工件右端面，输入为零，对X方向的对刀方法是试车的方法，把测量值输入到机床中，这样就完成第一把刀的对刀。

调用4号刀的程序就可以加工了在车右端面的倒角时要降低进给量和切削速度，太快刀容易坏，车直径18的孔时，需要调用第二把刀，对刀的方法和第一把刀对刀方法一样，车精度高的孔的时候要保证右边有足够的余量，因为机床的精度不是很高，一般要走三四刀才能达到精度要求，三号刀在对刀的时候靠在右端面的面上，按测量刀具，选长度2输入-32就可以把Z方向确定下来了，X方向还是采用试切的方法，按长度1输入测量值，这样第三把刀也对好了，因为吃刀量比较大，所以进给量要小以保证不损坏刀片，在加工条件下的工件的对刀就很快了，直接按零点偏置就可以调整每把刀的偏移量，而不需要对每把刀，加快了加工的速度，提高了加工的效率。

齿轮加工工步

1、齿轮右端加工工步：

工序1：

下料,用切割机切Φ46的45#热轧圆钢，长度为35mm。

工序2：

装夹齿轮左端加工零件右端

装夹毛坯左端，加工右端,棒料伸出卡盘外约30mm,找正后夹紧。

具体加工工步如下：

（1）用4号刀采用G01进行零件右端面的轮廓循环粗加工。

主轴转速为600r/min,每转进给F=r。

（2）用4号刀采用G01进行零件右端面的轮廓循环精加工。

主轴转速为800r/min,每转进给F=r。

2、齿轮左端加工工步：

工序3：

掉头装夹零件右端加工零件左端内外型面；

卸下工件，用铜皮包住已加工过的Φ的外圆,找正后加紧。

具体工步如下：

（1）用4号刀采用G01进行零件左端面的轮廓循环粗加工。

主轴转速为600r/min,每转进给F=r。

（2）用4号刀采用G01进行零件左端面的轮廓循环精加工。

主轴转速为800r/min,每转进给F=r。

（3）用麻花钻Φ17的麻花钻，钻中心孔，主轴转速为400r/min,每转进给F=r。

（4）用3号刀，镗刀，镗孔Φ18主轴转速为500r/min,每转进给F=r。

（5）用2号刀（宽2mm的硬质合金焊接铣刀）切键槽，主轴转速为400r/min,每转进给F=r，割完后暂停2秒。

割槽时需开切削液。

3、齿轮加工工步

工序4：

用弹簧液压夹具，通用，把齿轮毛坯夹紧夹好。

具体工步如下：

用1号刀，宽2mm的硬质合金滚齿滚刀，滚齿轮轮齿，主轴转速为500r/min,每转进给F=0.5mm/r。

机床设备及工艺装备的选用

根据被加工零件的外形、材料与加工精度等条件,选用大连机床厂生产的配

备FANUC0iMateTB数控系统。

机床设备选用C620卧式车床。

工艺设备：

包括刀具、量具。

5齿轮程序的编制

零件的左面的加工工序：

掉头车削直径18mm的孔，装夹好后校正的端面和节圆跳动在以内，节圆校正是通过内孔校正的。

N10T04D01；

N20M4S160；

N30G00X50Z3；

N40M8；

N50Z-1；

N60；

N70G00X17Z1；

N80Z-2；

N90；

N100G00X17Z0；

N110Z-3；

N130；

N140；

N150G00X17Z30；

N160T05D01；

N170M4S250；

N180M8；

N190G00X17Z1；

N200；

N210X17；

N220G00Z1；

N230；

N240；

N250X18；

N260G00Z1；

N270X1