A齒輪零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程及及進(jìn)行滾齒加工用的夾具設(shè)計(jì)

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1、 齒輪零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程及進(jìn)行滾齒加工用的夾具設(shè)計(jì) 第一部份　　齒輪零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程 1、定位基準(zhǔn)的選擇 在零件的加工過(guò)程中,合理的選擇定位基準(zhǔn)對(duì)保證零件的尺寸精度和位置度有著決定性的作用。根據(jù)工件加工要求確定工件應(yīng)限制的自由度數(shù)后，某一方向自由度的限制往往會(huì)有幾個(gè)定位基準(zhǔn)可選擇，則提出了如何正確選擇定位基準(zhǔn)的問(wèn)題。定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分。 1.1. 粗基準(zhǔn)的選擇原則： （1）盡量選擇不要求加工的表面作為粗基準(zhǔn).這樣可使加工表面與不加工表面之間的位置誤差量最小,同時(shí)還可以在一次裝夾中加工出更多的表面。 （2）若零件的所有表面都要加工,應(yīng)選擇加工余量和公差最小的表

2、面作為粗基準(zhǔn).這樣可保證作為粗基準(zhǔn)的表面在加工時(shí),余量均勻。 （3）選擇光潔 、平整、面積足夠大、裝夾穩(wěn)定的表面作為粗基準(zhǔn)。 （4）粗基準(zhǔn)一般只在第一到工序中用,以后應(yīng)避免重復(fù)使用。 1.2．精基準(zhǔn)的選擇原則: 基準(zhǔn)重合的選擇原則。盡可能的用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn),這樣可避免因定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差,以保證加工表面與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)間的位置精度。 基準(zhǔn)同一原則.一盡可能多的表面加工都用同一個(gè)定位基準(zhǔn),這樣有利于保證各加工面之間的位置精度。 選擇面積大、精度較高、安裝穩(wěn)定的表面作為精基準(zhǔn),而且所選的基準(zhǔn)使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝夾和加工方便。 綜合上面的粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇原則,為

3、使基準(zhǔn)同一和基準(zhǔn)重合,齒輪加工時(shí)常選內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)加工外圓和齒輪,用作精基準(zhǔn)的端面和內(nèi)孔要在一次裝夾中加工出來(lái)以保證兩者之間的垂直度,但是在加工大型齒輪時(shí)可用外圓作找正基準(zhǔn),但此時(shí)應(yīng)保證內(nèi)孔與外圓同軸。所以加工本設(shè)計(jì)齒輪用齒輪外圓和端面作為粗基準(zhǔn),用內(nèi)孔和端面作為精基準(zhǔn)。 2.、裝夾方法 在加工齒輪時(shí)在滾齒機(jī)上一般用心軸裝夾,滾齒心軸夾具 3.、加工工藝問(wèn)題 (1)、基準(zhǔn)修正 齒形表面淬火后,內(nèi)孔會(huì)受到影響而變形:一般的孔直徑會(huì)縮小0.01-0.05mm,因此淬火后應(yīng)安排精基準(zhǔn)修正工序.修正的方法有推孔和磨孔,也可以用鏜孔。推孔是用推刀進(jìn)行的,用壓力機(jī)將推刀強(qiáng)行從孔中間推過(guò)既可

4、。此法生產(chǎn)率較高,一般不要留推孔余量。對(duì)精度要求較高的或是淬硬后的孔、直徑大而短的孔則應(yīng)采用,磨孔工藝,磨孔必須留有磨削余量。 (2)、齒輪加工方案 保證齒輪精度是齒輪加工的主要工藝問(wèn)題,輪齒的加工方案主要取決于加工精度和熱處理要求。 根據(jù)各個(gè)加工精度等級(jí)的加工方案如下: 8級(jí)以下精度的齒輪多采用:滾(插)齒→齒端加工→熱處理→修正內(nèi)孔。因熱處理后的齒面不再加工,為彌補(bǔ)熱處理變形,熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比設(shè)計(jì)圖紙上的精度要求要提高一級(jí)。 6-7級(jí)精度的齒輪有兩個(gè)方案。剃-珩方案:滾(插) →齒端加工→剃齒→表面淬火→修正基準(zhǔn)→珩齒。此方案生產(chǎn)率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低,一般用于6級(jí)

5、精度或熱處理變形較大時(shí)。 5級(jí)以上精度的齒輪采用的方案為粗滾(插)齒→精滾(插)齒→齒端加工→淬火→修正基準(zhǔn)→粗磨齒→精磨齒。此方案精度最高,但成本高,生產(chǎn)率最低。 參考文獻(xiàn)<<金屬工藝學(xué)>>表2.3.2齒形加工方案,得出各方案所達(dá)到的齒面加工質(zhì)量如下表: 加工方案精度等級(jí)齒面的表面粗糙度Ra/mm適用范圍 成形法銑齒9級(jí)以下6.3～3.2單件小批生產(chǎn)中加工直齒和螺旋齒輪及齒條 展成法 滾齒8～73.2～1.6各種批量生產(chǎn)中加工直齒、斜外嚙合圓柱輪和蝸輪 插齒8～71.6各種批量生產(chǎn)中加工內(nèi)外圓柱齒輪、雙聯(lián)齒輪等 剃齒7～60.8～0.4大批量生產(chǎn)中滾齒或插齒后未經(jīng)

6、淬火的齒輪精加工 珩齒7～61.6～0.4大批量生產(chǎn)中高頻淬火硬齒形的精加工 磨齒6～30.8～0.2單件小批生產(chǎn)中淬硬或不淬硬的精加工 研齒0.4～0.2淬硬齒輪的齒形精加工,可有效地減小齒面的Ra 值 由設(shè)計(jì)圖紙給出的加工精度和熱處理要求確定齒輪的加工方案如下: 滾齒→熱處理→修正基準(zhǔn)→剃齒 (3)、熱處理的安排 由設(shè)計(jì)圖紙上的技術(shù)要求,熱處理工序在工藝過(guò)程中的安排如下： 正火 調(diào)質(zhì) 表面滲碳淬火及低溫回火 ↓ ↓ ↓ 毛坯 → 粗加工 → 半精加 → 精加工 ①正火。大多數(shù)鍛件都要經(jīng)過(guò)正火處理,一般安排在毛坯制造和粗加工之間,以改善金屬的機(jī)械切削性能。

7、 ②調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)可獲得良好是機(jī)械性能,調(diào)質(zhì)后仍可用刀具進(jìn)行加工,因而一般安排在粗精加工與半精加工之間,這樣有助于消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 ③滲碳。經(jīng)滲碳后表層與心部含碳量相差明顯,表現(xiàn)出表面硬、耐磨和心部韌性和朔性好的特點(diǎn)。滲碳后的工件一般要經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火處理,使表面層有回火馬氏體結(jié)構(gòu)和消除滲碳過(guò)程中形成的粗晶粒結(jié)構(gòu)。 ④淬火。這種方法是快速加熱使工件表層奧氏體化,不等心部組織發(fā)生變化,立即快速冷卻,表層起到淬火作用,其結(jié)果是表層獲得馬氏體組織,而心部仍然保持朔性,韌性均勻的組織,工件各部都能滿(mǎn)足使用要求。 ⑤低溫回火。經(jīng)過(guò)低溫回火的工件的硬度沒(méi)有發(fā)生大的變化(HRC60左右),但是

8、應(yīng)力減少了很多。 (4)、制定工藝路線(xiàn) 根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，確定各表面的加工方法如下： 齒坯外圓：粗車(chē)－精車(chē)； 齒坯端面：由設(shè)計(jì)圖紙上的要求，齒坯的小端面的表面粗糙度要求是1.6，而大端面的表面要求較低，但是在加工齒輪的整個(gè)過(guò)程中都要用到端面作為精基準(zhǔn)，所以端面的加工方法為：先粗車(chē)后精車(chē)，同時(shí)也可以保證尺寸21.5； 內(nèi)孔：由于毛坯采用的是鍛造的，所以?xún)?nèi)孔先經(jīng)過(guò)粗車(chē)，精車(chē)后再用鏜孔的方法加工以保證它的精度等級(jí)表面質(zhì)量1.6和跳動(dòng)精度控制在0.056； 齒行的加工：先滾齒，精度等級(jí)還不能達(dá)到，而且熱處理后內(nèi)孔回縮小，所以要基準(zhǔn)修配，然后在經(jīng)過(guò)精加工用鏜孔

9、的方法來(lái)保證齒形的精度等級(jí)。 綜合上面的分析，工藝路線(xiàn)確定如下： 序號(hào)工　　序　　內(nèi)　　容 1鍛造毛坯 2熱處理－正火 3粗車(chē)各外形 4調(diào)質(zhì) 5精車(chē)各部分 6滾齒 7齒端加工－倒角 8鉗工－去毛刺 9熱處理－齒面滲碳淬火及低溫回火處理 10鉗工－劃鍵槽加工線(xiàn) 11插鍵槽 12鉆通孔 13攻絲 14磨端面 15鏜孔 16剃齒 17檢驗(yàn) （5）、選擇加工設(shè)備及刀具 由于生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機(jī)床為主，輔以少量專(zhuān)用機(jī)床。其生產(chǎn)方式為以通用機(jī)床加工專(zhuān)用夾具為主，輔以少量專(zhuān)用機(jī)床的流水生產(chǎn)線(xiàn)。工件在各機(jī)床

10、上的裝卸及各機(jī)床之間的傳送均由人工完成。 車(chē)床的選擇： 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙上的設(shè)計(jì)尺寸，最大外徑為Φ750.14加上加工余量，其直徑比較大．查＜＜機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)＞＞一般的車(chē)床難以加工，由手冊(cè)表４-２立式車(chē)床，選擇立式車(chē)床Ｃ512-1A，其技術(shù)規(guī)格如下表： 技術(shù)指標(biāo)C512 垂直度刀架加工最大直徑1250 倒刀架加工最大直徑1120 工件最大高度900 工件最大質(zhì)量（Ｔ）2 工作臺(tái)直徑1030 工作臺(tái)轉(zhuǎn)速7.5-150 刀架數(shù)量：水平 垂直 1 1 垂直刀架最大行程：水平 垂直 630 690 垂直刀架最大回轉(zhuǎn)角 40 滾齒機(jī)的選擇:

11、 由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)>>表4-25滾齒機(jī),選擇Y31125型滾齒機(jī),其技術(shù)規(guī)格如下: 技術(shù)規(guī)格Y31125 加工齒輪最大直徑: 用外支架時(shí) 不用支架時(shí) - 1250 加工斜齒輪最大直徑: 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為30時(shí) 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為60時(shí) - - 加工齒輪最大寬度:550 加工齒輪最大模數(shù):12 加工齒輪最大螺旋角:- 滾刀最大直徑:200 滾刀心軸最大直徑:27、32、40 剃齒機(jī)的選擇: 由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)>>選擇剃齒機(jī)Y42125,其技術(shù)要求如下表: 技術(shù)規(guī)格Y42125 加工齒輪直徑:外嚙合 內(nèi)嚙合2

12、00-1250 600 加工齒輪模數(shù)2-8 加工齒輪寬度200 剃齒刀直徑300 剃齒刀寬度- 刀架最大回轉(zhuǎn)軸 20 工件與剃齒刀的中心距140-770 鏜床的選擇: 由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)>>選擇鏜床T616,最大加工直徑為240mm。 (6)、加工工序設(shè)計(jì) ①、工序3粗車(chē)毛坯外圓與工序5精車(chē)外圓 查參考文獻(xiàn)<<金屬實(shí)習(xí)>>表9-5機(jī)械加工的工序余量,粗車(chē)的工序余量為1.5～4mm,取余量為2mm,精車(chē)的加工余量為0.2～2.5mm,取精加工精度Z =2,已經(jīng)知道毛坯外圓的加工余量為4,故粗加工余量Z =4-2=2mm由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造加

13、工設(shè)計(jì)手冊(cè)>>立式車(chē)床的進(jìn)給量f=1.5～2.0mm取f=2.0(mm/r),粗車(chē)走刀一次 a =2.0mm.由設(shè)計(jì)手冊(cè)得粗車(chē)加工的公差等級(jí)為IT13～I(xiàn)T11,取IT11,T=0.4mm;精加工的公差等級(jí)為IT8～I(xiàn)T7,取IT=0.063;所以X =754 0.2,精加工后的尺寸為752 校核加工余量Z : Z =X -X =(754-0.4)-752 =1.6<2 故余量足夠. 機(jī)床的校核: 粗車(chē)工序3:由參考文獻(xiàn)取粗車(chē)進(jìn)給量為0.2m/r,粗車(chē)走刀一次a =2mm,由參考文獻(xiàn)<<機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)>>取270r/mm,故切削速度為:V = =3.14* 7

14、54*270/1000=206 查<<機(jī)械制造技術(shù)>>表2.1得 單位切削力P=1962N/mm F =P*A =1962*0.3*2=1177.2 P = =1172*206*10 /60=4.02KW 由參考文獻(xiàn)得C512-1A的功率為28KW,取機(jī)床的效率為0.85則28*0.85=23.8>4.02 所以機(jī)床的功率滿(mǎn)足。 第二部份　進(jìn)行滾齒加工用的夾具設(shè)計(jì) 2.1夾緊原理簡(jiǎn)介 本夾具以?xún)?nèi)孔及端面在斜面定心機(jī)構(gòu)上定心。在壓板4上裝有三個(gè)可擺動(dòng)的壓爪5，壓爪5的一端通過(guò)滑柱6壓在圓板7上，另一端壓在盤(pán)形壓板2上，旋緊螺母3，圓板7帶動(dòng)三個(gè)長(zhǎng)銷(xiāo)（或楔塊）8向下移動(dòng)，將工件定

15、心夾緊；同時(shí)盤(pán)形壓板2將工件軸向夾緊。松開(kāi)工件時(shí)，借碟形彈簧1的作用，是盤(pán)形壓板2和長(zhǎng)銷(xiāo)8向上移動(dòng)，取下盤(pán)形壓板2即可卸下工件。零件二維圖如圖2.1所示： 圖2.1 加工大型齒圈用滾齒機(jī)夾具裝配模型 2.2夾具設(shè)計(jì) 大量工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐可知，設(shè)計(jì)夾具時(shí)有以下基本要求： 1、滿(mǎn)足使用要求，應(yīng)保證工件裝夾時(shí)定位可靠、夾緊牢固，并能保證精度要求。良好的結(jié)構(gòu)工藝性，所設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)便于制造、裝配、調(diào)整、維修、且便于加工中切屑的清理。 2、使用安全省力，操作方便，有利用實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、改善勞動(dòng)條件。 3、應(yīng)盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件、借用件等，以提高標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的水平，降低生產(chǎn)

16、成本。 在基本要求中，由于每個(gè)機(jī)床的工作方式不同，所以機(jī)床夾具又各自具備不同的特點(diǎn)。 根據(jù)齒輪齒形的形成原理，滾齒機(jī)床和插齒機(jī)床夾具多為心軸和套筒類(lèi)結(jié)構(gòu)。這類(lèi)夾具在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要是保整心軸軸線(xiàn)及端面的垂直度要求，套筒內(nèi)外圓柱面同軸度及對(duì)端面和安裝基面的位置度要求。同時(shí)，保證夾具在機(jī)床上安裝后定位元件工作面與機(jī)床工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)同軸度要求，必要時(shí)還應(yīng)設(shè)計(jì)找正基準(zhǔn)。把握好這一點(diǎn)，滾齒機(jī)床和插齒機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程就變的簡(jiǎn)單多了。 本套夾具針對(duì)如圖2.2的大型齒圈設(shè)計(jì)，采用定心夾緊機(jī)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定心的同時(shí)達(dá)到夾緊工件的目的。 2.2 大齒圈模型圖 定心夾緊機(jī)構(gòu)是利用定位夾緊元件的等速移動(dòng)

17、或均勻彈性變形的方式，來(lái)消除定位尺寸偏差對(duì)工件定心或?qū)χ械牟焕绊?。因此，其基本?lèi)型亦可分為等速移動(dòng)的定心夾緊機(jī)構(gòu)和均勻彈性變形的夾緊機(jī)構(gòu)。等速移動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)的工作原理如圖2.3所示： 圖2..3等速移動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)原理圖 該種定心夾緊機(jī)構(gòu)可采用左右螺旋機(jī)構(gòu)，楔塊－滑柱機(jī)構(gòu)，杠桿機(jī)構(gòu)等。 本套夾具采用楔塊－滑柱機(jī)構(gòu)的等速移動(dòng)達(dá)到定心夾緊的目的，屬于等速移動(dòng)定心夾緊機(jī)構(gòu)。 先設(shè)計(jì)夾具體底座，該底座應(yīng)設(shè)計(jì)成錐形，保證與楔塊的配合，實(shí)現(xiàn)等速移動(dòng)并加緊的目的。如圖2.4所示。 圖2.4夾具體模型圖 然后設(shè)計(jì)夾緊機(jī)構(gòu)的其他零部件，主要零部件如下圖2.5、2.6、2.7、2.8所示：

18、 圖2.5盤(pán)形壓板模型圖 圖2.6壓爪模型圖 .. 圖2.7壓板模型圖 圖2.8滑柱模型圖 同時(shí)調(diào)用已有的標(biāo)準(zhǔn)件，將所有零件進(jìn)行裝配，便可得到加工大型齒圈用滾齒機(jī)夾具裝配體，如下圖2.9所示： 圖2.9 夾具模型 3 滾齒液壓波形脹緊夾具設(shè)計(jì) 3.1夾緊原理簡(jiǎn)介 如圖3.1所示，該夾具為工件以?xún)?nèi)孔、端面在墊片6和波形脹緊套5上定位，當(dāng)拉桿下移時(shí)，拉桿即壓縮波形脹緊套3，從而將工件定心并脹緊。 圖3.

19、1滾齒液壓波形脹緊夾具 3.2夾具設(shè)計(jì) 本套夾具針對(duì)如圖3.2的齒輪設(shè)計(jì)，同樣采用定心夾緊機(jī)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定心的同時(shí)達(dá)到夾緊工件的目的。 3.2 大齒圈模型圖 與上套夾具類(lèi)似，同為定心夾緊機(jī)構(gòu)，其不同之處就在于上套采用等速移動(dòng)的定心夾緊機(jī)構(gòu)，而本套則采用均勻彈性變形的定心夾緊機(jī)構(gòu)。 均勻彈性變形定心夾緊機(jī)構(gòu)有彈性?shī)A頭、彈性薄壁夾盤(pán)(鼓膜夾盤(pán))、蝶形彈簧片夾具、薄壁套筒－液性塑料夾具（液性塑料定心夾具）、波形脹緊套等。 該夾具采用波形脹緊套定心夾緊，多用于齒輪、環(huán)、套筒等類(lèi)零件的精加工。其特點(diǎn)時(shí)夾緊力均勻、定心進(jìn)度高，可達(dá)到直徑0.01mm，一般可穩(wěn)定在直徑0.02mm以?xún)?nèi)。并且

20、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命較長(zhǎng)，（每裝夾10000次后定心精度只降低直徑0.001mm），正因?yàn)闄C(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，壽命長(zhǎng)，所以設(shè)計(jì)也較為方便，主要零件如圖3.3所示： 3.3波形脹套模型圖 夾具體是夾具的重要組成部分，夾具的其他元件都在夾具體上放置，還要使放置在其上的其他零件能夠拆卸，保證零件相互之間的位置關(guān)系。夾具體必須要具備有足夠的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單、緊湊、輕便，體積小，還要安裝穩(wěn)定牢靠，便于制造、裝配和檢驗(yàn)等特點(diǎn)。因此，夾具體在夾具設(shè)計(jì)中也顯得非常重要。圖3.4給出了本套夾具的夾具體模型圖。 3.4夾具體模型圖 根據(jù)需要設(shè)計(jì)零部件尺寸，并根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》選擇波形脹緊套夾具結(jié)構(gòu)尺寸，裝配完成如圖3.5所示： 3.5波形脹緊套夾具模型圖