机械毕业设计（论文）-EQ140变速箱二轴三档齿轮加工工艺及夹具设计【全套图纸】 .pdf

i 摘 要 机械制造业的发展，依赖于机械制造的先进技术，以及市场的占有率。因此如何改 进加工工艺、提高加工精度、减少加工工时、创造性利用工装设备、节约成本，提高产 品的先进性和使用性，提高产品的市场竞争力，将是我们设计过程中的核心问题。本文 主要针对传统的双联滑移齿轮加工工艺路线进行研究和设计。其中包括传统的齿轮加工 刀具、工装设备以及内孔加工夹具的改进性设计，以提高 eq140 变速箱二轴三档齿轮 加工效率和加工质量。 关键词：齿轮加工；节圆夹具；插齿刀；滚刀 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstract ii abstract the development of machine manufacturing industry, the dependence is at the machine manufacturing of forerunner technique, and the share of market. how therefore the improvement process a craft, exaltation process accuracy, decrease process man- hour, create sex exploitation work to equip have, economy cost, exaltation product of forerunner and usage, exaltation product of market competition ability, will be us design core problem within process. this time design main aim at tradition of the double be allied slippery move wheel gear to process craft route to carry on research and design. the wheel gear which include a tradition among them process the knife, work equip to have and inside the bore process tongs of improvement design, and improve manufacturing quality and efficient of tow axis, three gears of eq140 trucks gear- box. keywords: gear processing; festival round; jig slotting tool; hob i 目 录 摘摘 要要 . i abstract ii 第第 1 章章 绪论绪论 1 第第 2 章章 eq140 变速箱二轴三档齿轮工艺分析变速箱二轴三档齿轮工艺分析 3 2.1 零件分析 . 3 2.1.1 零件的作用 3 2.1.2 零件的工艺分析 3 2.1.3 齿形加工工艺方案分析 3 2.2 齿轮工艺规程的制定 . 4 2.2.1 零件图分析 4 2.2.2 确定毛坯画毛坯零件和图 4 2.2.3 加工余量、工序尺寸及偏差的确定 5 2.2.4 定位基准选择 6 2.2.5 加工经济精度和加工方法的选择 7 2.2.6 加工顺序的安排 7 2.2.7 其它工序的安排 8 2.2.8 确定零件的加工工艺 8 2.2.9 计算与确定工序切削加工用量 10 2.2.10 机床、刀具、夹具的选择 16 2.3 本章小结 . 18 第第 3 章章 剃前齿轮滚刀设计剃前齿轮滚刀设计 19 3.1 剃前滚刀设计参数 . 19 3.2 确定留剃余量 . 19 3.3 滚刀旋向的确定 . 21 3.4 滚刀头数和容屑槽的确定 . 22 3.5 滚刀全齿高 . 22 3.6 滚刀法向齿厚 . 22 3.7 齿顶触角的计算 . 22 目 录 ii 3.7.1 被切齿轮齿根有效渐开线起点曲率半径的计算 22 3.7.2 剃前滚刀齿顶触角长度计算 24 3.7.3 触角高度计算 24 3.7.4 触角凸出部分尺寸 24 3.8 剃前滚刀齿根倒缘的计算 . 24 3.8.1 倒缘部分的角度 24 3.8.2 倒缘起始点到滚刀节线的距离 24 3.8.3 倒缘部分的尺寸 25 3.9 齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径 25 3.10 剃前滚刀的基本尺寸 . 25 3.11 轴向齿形参数的计算 . 26 3.12 剃前滚刀的精度和主要技术条件的确定 . 27 3.13 本章小结 27 第第 4 章章 插齿刀设计插齿刀设计 28 4.1 被插齿轮的已知条件 . 28 4.2 插齿刀的设计 . 28 4.2.1 插齿刀的基本参数计算 28 4.2.2 前端面上的齿形尺寸计算 32 4.3 插齿刀设计的技术要求 . 33 4.4 本章小结 . 33 第第 5 章章 夹具设计夹具设计 34 5.1 夹具综述 . 34 5.1.1 确定设计方案 34 5.1.2 特点及应用 34 5.1.3 定位方案 34 5.1.4 夹具工作原理 34 5.2 定位滚柱的尺寸计算 . 35 5.3 夹具尺寸设计计算 . 38 5.4 本章小节 . 41 第第 6 章章 总总 结结 42 iii 参考文献参考文献 . 43 致谢致谢 . 43 1 第 1 章 绪论 机械制造是国民经济的重要支柱。如何改进加工工艺，提高产品的性能，越来越成 为世界各国研究的核心。 本次毕业设计是我们机械制造专业完成大学所以基础理论学习后的一次综合性实 践学习。在这过程中，我们利用所学知识去发现问题、分析问题和解决实际问题。此次 设计也是对我们实际工作能力的考察过程。 本设计主要涉及 eq140 双联滑移齿轮加工工艺设计，齿轮加工刀具、以及加工齿 轮内孔的夹具设计。 本次设计的主要目的在于通过设计过程环节发现问题解决问题，提高我们实际运用 知识的能力。起到理论联系实际，学以致用的目的。 由于生产实践经验不足设计中不妥之处再所难免。敬请老师批评指正。 第 1 章 绪论 2 3 第 2 章 eq140 变速箱二轴三档齿轮工艺分析 2.1 零件分析 2.1.1 零件的作用 该零件是汽车变速箱中的一个重要零部件，它是通过拨叉的作用使其在轴上滑移 与其它的齿轮啮合达到变速的目的。 2.1.2 零件的工艺分析 由零件材料为20grmnti，该材料具有较高强度、耐磨、耐热性、及抗冲击能力、 广泛适用于承受高速中载、手冲击的齿轮零件。 该零件上主要加工面为齿轮的大小端面及外圆 ，内孔及油孔。62h7 的孔是零 件加工的重要精度尺寸，它的尺寸精度影响了与轴的形成配合精度，以及齿轮转动时 油膜支承的形成， 大小齿轮的径向圆跳动影响齿轮与齿轮的啮合精度和传动的平稳行。 大小齿轮的端面圆跳动影响了齿轮传动时载荷在齿轮上分布影响齿轮使用寿命。因此 加工齿轮面时为了减少整体误差，我们应将两齿轮选择的基准统一，同时也满足了设 计基准与工艺基准的统一。由此也避免了因基准不重合而引起的误差bc。 大批大量生产带孔齿轮齿坯时常采用“钻拉多刀车”工艺方案，即毛坯经模 锻和正火后，在钻床上钻孔或扩孔，然后在拉床上拉圆孔或拉花键，再以内孔和端面 定位在多刀车半自动车床上对端面及外圆进行粗、精加工，包括车外圆，端面，切槽， 倒角等，这种齿坯加工方案生产率很高。 成批生产齿轮齿坯时常采用车拉车”工艺方案，即先在普通车床或高效转塔 车床上对齿坯外圆和端面进行粗车和钻孔， 然后拉孔， 再以内孔定位精车外圆和端面。 这种齿坯加工方案仍保留了高效率拉孔工序，由于拉床结构简单，工人操作技术要求 不高，很容易保证孔的精度和表面粗糙度，且拉刀寿命长，因此，不但是大批大量生 产，甚至是小批生产也可以采用拉削工艺。 2.1.3 齿形加工工艺方案分析 最常用的轮齿加工路线为滚剃珩和滚磨两种。下面来比较这两种方案： （a）珩齿方案 轮齿加工的主要工艺路线为：滚剃淬火珩。珩齿可以提高齿面光洁度，修 第 2 章 eq140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 4 正部分淬火变形，改善齿轮副的啮合噪声。一般作为齿面淬硬后的光整加工。珩齿的 加工精度可达到 67 级，齿面光洁度可以达到78。生产率高、设备简单、成本 低。在成批和大批生产中广泛采用。 （b）磨齿方案 轮齿加工的主要工艺路线为：滚淬火磨齿。磨齿是目前齿轮加工中精度最高 的方法。一般精度可以达到 56 级，最高精度可以达 34 级。齿面光洁度可达到 79。用来加工高精度的淬硬或不淬硬的齿轮。但是由于在一般齿轮磨床的传动 中，不象其他展成法那样连续分度而是单齿分度，带来了回程和分度时的时间损失， 所以生产效率很低，成本很高，一般只用于单件小批生产。 从以上两种齿形加工方案的比较来看，选择珩齿方案最经济。 2.2 齿轮工艺规程的制定 2.2.1 零件图分析 技术要求：小端面、内端面、大齿轮的粗糙度都为 0.8，内孔为 0.4，都要进行精 加工才能达到要求。大、小两端面的端面跳动为：0.03，台阶端面的端面跳动量为 0.1， 接触精度按 7 级，齿 2 齿圈径向跳动hrc53。 2.2.2 确定毛坯画毛坯零件和图 图 1- 1 锻件图 齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件、铸件棒料用于尺寸小、结构简单、强度要求 5 不高的齿轮。直径大于 400mm 的齿轮，可用精密铸造或压铸工艺制造毛坯。变速箱 齿轮 主要用于传递动力，对轮齿强度要求高，又属于大量生产，所以采用模锻工艺制 造毛坯。当孔径大于 25mm，孔长不大于孔径的两倍时，内孔一般直接锻出。 模 锻 斜度：按经验值取 外壁斜度为 5 度，内孔斜度一般取外壁斜 度 oooo 7525取内孔拔模斜度为+ 小型模段件加工余量一般在 24mm 锻件公差一般为 0.51mm。因此该齿轮零 件的内孔应直接锻出。为了消除锻造应力、细化精粒、改善切削加工性能，减小渗碳、 淬火时的变形和开裂倾向，锻造后必须对齿坯正火。锻件毛坯零件合图如图 1- 1 所示。 2.2.3 加工余量、工序尺寸及偏差的确定 毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工余量。加工总余量的大小取决于加工过程 中各个工步切除金属层零件厚度的总和。 每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。 根据参考文献1用查表法确定各加工表面加工余量、工序尺寸及偏差总表，如表 1- 1 所示。 表 1- 1 各加工表面加工余量总表 单位:（mm） 余量名称 余量值 工序尺寸及偏差 经济精度等级 表面粗糙度值 孔加工总余量 2.25 扩孔余量 1.5 19 . 0 0 5 . 60 + 11 6.3 拉孔余量 0.5 046 . 0 0 5 . 61 + 8 0.8 磨孔余量 0.25 0.03 0 62+ 7 0.4 大端外圆加工总余量 2.5 粗车余量 2.2 0 0.4- 38.135 12 6.3 精车余量 0.3 0 04 . 0 78.134 7 0.8 小端外圆加工总余量 2.25 粗车余量 2 0 35. 0 83 12 6.3 精车余量 0.25 0 035 . 0 82.5 7 0.8 齿轮大端面加工总余量 1.75 粗车余量 0.95 0 21 . 0 6 . 25 12 6.3 精车余量 0.6 0 033 . 0 2 . 24 7 0.8 磨余量 0.2 0 021 . 0 24 7 0.8 第 2 章 eq140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 6 齿轮小端面加工总余量 1.75 粗车余量 1.0 0 21 . 0 9 . 19 12 6.3 精车余量 0.7 0 021 . 0 19 7 0.8 小齿轮加工余量 3.0 粗插余量 2.4 0 054 . 0 81.2 8 1.6 精插余量 0.6 0 03 . 0 80 7 0.8 大齿轮加工总余量 8.9 滚齿加工余量 8.26 0 1 . 0 564.128 9 3.2 剃齿加工余量 0.14 0 063 . 0 284.128 8 0.8 珩齿加工余量 0.5 0 0.04 28.127 7 0.8 油孔加工余量 3 0.090 0 3 + 11 12.5 2.2.4 定位基准选择 从设计和工艺两个方面看，可把基准分为两大类，即设计基准和工艺基准。 2.2.4.1 设计基准 设计人员常根据零件的工作条件和性能要求，结合加工工艺性，选定设计基准， 确定零件各几何要素之间的几何关系和其他结构尺寸及技术要求，设计出零件图。 2.2.4.2 工艺基准 根据用途不同工艺基准可以分为以下几种： 1.工序基准 在工序图上用来确定本工序所加工后的尺寸、形状、位置的基准； 2.定位基准 在加工中用作定位的基准。有时定位基准是中心要素，如球心、轴 线，中心平面等。工件定位时常用定位基准来体现。例如，轴类零件的定位基准是公 共轴线。定位时通过定位基面中心孔与顶尖的接触来体现。 3.测量基准 测量是所采用的基准； 4.装配基准 装配时用来确定零件或部件在产品中的相对位置所采用的基准。 2.2.4.3 精基准的选择 1.“基准重合”原则 应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，这样可以 避免因基准不重合而引起的误差bc。 2.“基准统一”原则 选择多个表面加工是都能使用的定位基准作为基准。 3.“互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度要 求很高上，可采用这两个表面互为基准，反复进行多次精加工。 4.“自为基准”原则 在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中，应尽 7 量选择加工表面本身作为定位基准。 综上所述用齿轮大小端面和62mm 孔作为精基准,能使加遵循基准重合的原则。 从而实现典型的面一孔典型的定位方式。 2.2.4.4 粗基准的选择 一般粗基准应根据下述具体情况来确定。 1.若工件必须首先保证某重要表面加工余量均匀，则应选该表面为粗基准。 2.在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上的每个表面都要加 工，则应以加工余量最小的表面作为粗基准。 3.在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件有的表面不需要加工 时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求教高的表面为粗基准。 4.选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口和其他缺 陷，以便定位精确，装夹可靠。 5.粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次，否则定位误差太大。 综上所述，选择齿轮外圆面和齿轮端面作为粗加工的基准。之所以选择齿轮外圆 面和齿轮端面作为粗加工的基准，第一，选择外圆作为粗基准我们可以获得比较均匀 的加工余量和加工精度。第二，选择端面作为粗基准是因为端面加工余量小可以保证 加工面都有足够的加工余量. 2.2.5 加工经济精度和加工方法的选择 1. 加工经济精度 生产上加工精度的高低是用其可以控制的加工误差的大小来表示的。加工误差和 加工成本之间成反比例关系。 2.加工方法的选择 （1）所选加工方法的经济精度及表面粗糙度应与加工表面的要求相适应。 （2）所选加工方法应能保证加工表面的几何形状精度与表面相互位置精度要求。 （3）所选加工方法应与零件材料的可加工性相适应。 （4）所选加工方法应与生产类型相适应。 （5）所选加工方法应与本厂现有生产条件相适应。 2.2.6 加工顺序的安排 零件上的全部加工表面应用一个合理的加工顺序进行加工，这对保证零件质量、 提高生产率、降低加工成本是至关重要的。 第 2 章 eq140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 8 1.工序顺序的安排原则 （1）先加工基准面，再加工其它表面 工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面；为保证一定的 定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。 （2）一般情况下，先加工平面，后加工孔 当零件上有较大的平面可以作定位基准时，可以先加工出来作定位面，以面定 位，加工孔。这样可以保证定位稳定、准确，安装工件往往也比较方便；在毛坯面 上钻孔，容易使钻头引偏，所以在钻孔之前先加工平面；先加工主要表面，后加工 次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序。对于精度和表面质量要求教高 的零件，其粗精加工阶段应该分开。 2.热处理工序及表面处理工序的安排 （1） 对于改善金相组织和切削性能而进行的热处理工序 （如退火、 正火、 调质等） ， 应安排在切削加工之前。 （2）对于消除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等） ，一般 安排在粗加工之后，精加工之前。 （3）对于提高零件表面硬度的热处理工序（如淬火、渗碳淬火等） ，一般安排在 半精加工之后，精加工之前进行。 （4） 对于提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而安排的热处理工序， 以及以装饰为目 的而安排的热处理工序（如镀铬、阳极氧化、镀锌、发蓝处理等） ，一般都放在工艺过 程的最后。 2.2.7 其它工序的安排 （1）检查和检验工序一般都安排在：零件加工完毕后；从一个车间转到另一 个车间的前后；工序较长或重要的关键工序的前后。 （2）切削加工之后应安排去毛刺处理。 （3）工件在进入装配之前，一般都应先安排清洗。 （4）采用磁力夹紧的工序（如在平面磨床上用电磁吸盘夹紧工件） ，工件被磁化， 应安排去磁处理，并在磁后进行热处理。 2.2.8 确定零件的加工工艺 通过分析论证可确定两种相对来讲比较好的加工工艺方案，下面我们再对两种方 案进行比较择优： 9 表 1- 2 列出了两种齿轮加工工艺方案，现在我们对它进行对比择优：这两种加工 方案从齿坯来看第一种用的是扩拉车方案， 而第二种用的则是扩绞拉车方案， 这种方案设备较少，经济性好，很多零件的加工都用这种方案，但相比较而言，在大 量生产中，还是第一种方案的效率要高点。从齿形的加工来看，第一种是用了滚剃 淬火珩方案，而第二种则用了滚淬火磨方案。珩齿的加工精度可达到 0.32， 而磨齿更高，可达到 0.16，但所要求的齿轮最高精度只需 0.8，故用珩齿已经足够，磨 齿就浪费了，不经济。根据以上分析，我们认为采用第一种工艺方案较为合适。 表 1- 2 加工工艺 生产类型： 大批生产 材料牌号： 20grmnti 毛坯类型： 锻件 生产类型： 大批生产 材料牌号： 20grmnti 毛坯类型 锻件 工序号 方案一 工序号 方案二 下料 下料 锻造 锻造 正火 正火 10 扩孔，倒角 10 扩绞，倒角 20 拉内孔 20 粗车大外圆粗车小外圆 30 粗车大小外圆及端面 30 粗车小端面、台阶大端面 40 精车定位基准面 40 粗车大端面、内端面 50 车 r6 的环槽 50 车 r6 的环槽 60 精车大小端面及外圆 60 精车小齿端面，精车小外圆 70 插小齿 70 精车大端面及外圆，精车内端面， 80 小齿段倒角 80 车阶梯端面，车槽，车小外圆 90 滚大齿 90 铣油槽 100 大齿两端倒角 100 齿坯检验 110 铣油槽 110 滚大齿 120 钻油孔，去毛刺 120 大齿两端倒角 130 剃齿 130 热前检验剃齿 140 清洗 140 渗碳、淬火 150 齿形全面检查 150 回火 160 淬碳，淬火 160 喷丸 170 回火 170 磨内孔，小端面 第 2 章 eq140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 10 生产类型： 大批生产 材料牌号： 20grmnti 毛坯类型： 锻件 生产类型： 大批生产 材料牌号： 20grmnti 毛坯类型 锻件 180 喷丸 180 磨内端面 190 磨内孔，及端面 190 磨齿 200 珩齿 200 清洗 210 清洗 210 终检 220 终检 220 防锈处理 230 防锈处理 2.2.9 计算与确定工序切削加工用量 扩孔 加工余量根据孔的尺寸及加工精度及粗糙度查参考文献1表 2.3- 48，取孔加工余 量为 1.5mm. 扩60.5mm 孔参考文献1表 2.4- 54， 并参考机床实际进给量取 f=0.5mm/r,扩孔速 度 1.4m/s,由此计算出转速 min/442r 5 . 6014 . 3 1 . 841000 d 1000u n= = 参考文献1表 3.1.- 35z5163a 钻床的实际转速取实际转速为 n=440r/min 则实际切削速度为 min/84m 1000 5 . 6014 . 3 440 1000 dn u= = 扩孔扭矩参考文献1表 2.4- 69 得： m=9.810.848 75 . 0 d 8 . 0 p a 95 . 0 f m k (2- 1) m=9.810.848 82 . 0 f5 . 1 5 . 60 95 . 0 9 . 075 . 0 =120n.m 扩孔功率 96kw . 3 5 . 60 1202 d 2m pm= = 参考文献1表 3.1.- 35z5163a 钻床的实际扭矩功率足够 2) 拉孔 根据参考文献1表 2.4- 117 根据拉孔的工件材料和孔的形状确定孔的齿升量为 11 f=0.01mm/z 根据材料所属切削速度组别和加工后所要得到的表面粗糙度值确定拉刀切削速度 u=0.059m/s 根据材料性质及齿升量确定拉刀切削力 f=85n/mm 根据拉刀切削力和切削速度确定拉削功率 p=5kw 根据切削速度拉刀切削力拉削功率等综合因素选择拉床为 l6110 3）粗车端面及外圆 根据参考文献1表 2.4- 3 粗车大端外圆：根据 p a 12mm 及车刀刀杆尺寸进给量为 0.40.6 取 f=0.5mm/r 因车大小端面及外圆条件一样所以所有 f 均取 0.05mm/r 切削速度： u y15 . 0 p 2 . 08 . 0 u k fat60 c u u = (2- 2) 根据进给量 f=0.5mm/r0.552kw 故机床功率足够。 8）剃齿 精剃齿时候工作台纵向进给量 a f (0.350.4) 取 a f =0.36，单向行程进给量 0.040.05mm/行程 取 f=0.04mm/每行程 根据表参考文献1表 2.4- 137 剃齿刀节径圆周速度取 u=1.75m/s 则机床转速 n= w d 1000u = 284.12814 . 3 1.751000 =4.34r/s=260.7m/min 按机床实际转速取 n=250r/min 则实际切削速度 u=1000 dn d = 1000 128.2843.14250 =100.7m/min=1.68m/s 9)磨内孔 根据表参考文献1表 2.4- 163 并结合机床实际工作参数取 n=3.33r/s 则工件回转速度 第 2 章 eq140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 16 u=1000 dn d = 1000 6214 . 3 33 . 3 =0.65m/s 根据表参考文献1表2.4- 161耐用度t=1000s查表2.4- 164取b=50mm （砂轮宽度） 根据表参考文献1表 2.4- 163 所加工孔的粗糙度为 0.4，轴向进给量 ab f =（0.250.5）b 取 ab f =0.25b=12.5mm/r 径向进给量 r f = a 9 . 0 60uf 067d . 0 321 kkk d工件孔径 321 kkk 查文献1表 2.4- 163 分别取 0 . 1k 0 . 1k 0 . 1k 321 = 则 r f = 12.50.6560 62067 . 0 9 . 0 =0.056mm/双行程 切削功率 21 7 . 0 rfm kk)fu(98 . 0 p a = 根据表参考文献1表 2.4- 164 取 12. 1k 0 . 1k 21 = 则 21 7 . 0 rfm kk)fu(98 . 0 p a = = 1.121.0)056 . 0 5 . 1233 . 3 (98 . 0 7 . 0 =0.4kw= 因此，插齿刀在切削齿轮时不会发生根切 16原始截面到前端面距离： mm tgtga m b d g o 70.10 6 45 . 0 5 . 2 max = 17厚度： 按金属切削刀具设计手册表 3- 2 取 ;34,22 1 mmbmmb= 18修正后的齿形角： 133022.30 58 . 0 561 30 1 = = = fg e f fg a tgtg tg tgrtga tga tga 19侧刃后角： 31 合格）(302 . 3 052 . 0 6 2 . 30sinsin = = c efgc a tgtgaatga 20分度圆直径： mmmzd fg 100405 . 2= 21齿形角修正后的基圆直径： mmr mmadd og fgfgog 20.43 40.8622971982.30cos100cos = = 22齿顶高： mmmfh egeog 75 . 1 5 . 27 . 0= 23分度圆弧齿厚： mm m s fog 927 . 3 2 5 . 2 2 = = 24齿全高： mmhog5 . 375 . 1 2= 3.2.2 检验用的展开角的计算 图 3.1 插齿刀 1顶圆上的展开角 e ： e ：82 . 0 6575.105 40.86 5 cos = = = tgtgad d a eeg og eg 4 3982726082.3980381387.3429578.57 4 3480381387.34 = = tg a e eg 2齿形有效部分起始点展开角： 1 sin2/ )5 . 2( fgog eoe fgy aa tgabmf tgatga = 第 4 章 插齿刀设计 32 564 . 0 017 . 0 582 . 0 229.30sin2/40.86 6)5 . 2 7 . 10(5 . 25 . 0 582708524 . 0 = = tg 2132364.32564 . 0 29.57 46.29 = = y y a 3有效部分展开角： 287“58277“512132“384939= yex 4齿根圆压力角： 877 . 0 75.98 301.432 2 cos= = ig og ig d r a 422870895512.28= ig a 5根圆齿厚： )( igf fg fg igig invainva d s ds+= mm invinv 869 . 5 )0465745 . 0 0537515 . 0 05226 . 0 (75.98 ) 422830 100 226 . 5 (75.98 = += += 6根圆齿间宽： 合格)5 . 11 (887 . 1 869 . 5 40 75.98 = ig g ig ig s z d w3080381387.3420068824.43 =tgtgar egoge 2 24402.2446049036.2920068824.43 1 =tgtgar yog 4.2.2 前端面上的齿形尺寸计算 1齿顶高： mmtgtgabhh eoeogeg 875 . 2 6 7 . 1075 . 1 =+=+= 2分度圆弧厚： mmtgtgtgatgabss feofogfg 226 . 5 306 7 . 102927 . 3 2+=+= 3顶圆直径： mmhdd egfgeg 75.105875 . 2 21002=+=+= 4根圆直径； mmhdd ogegig 75.985 . 3275.1052= 33 5前刃面齿顶高： mm r h h eg eg 886 . 2 5cos 875 . 2 cos = 4.3 插齿刀设计的技术要求 1材料：w18cr4v 2硬度：工作部分硬度：hrc6366 3碗形插齿刀 a 级 4插齿刀各部分表面的光洁度要求： 齿顶表面、内孔表面、外支撑面不低于 ra0.2 内支撑面不低于 ra0.4 5插齿刀前角偏差： 正负 8 分 齿顶及侧后角偏差：正负 5 分 6制造精度须符合以下规定： 1）有效部分齿形公差：0.05 2）齿顶圆径向跳动：0.016 3）分度圆处前端面轴向跳动 0.020，齿圈径向跳动 0.020 4）周节累积误差：0.020 5）任意两个相邻齿周节的最大相互允差：0.005 4.4 本章小结 通过对插齿刀的设计计算我们主要学习和加深了插齿工作的原理， 插齿刀的应用。 以及插齿刀重要的加工工艺参数设计以及对加工精度的影响。本章重点主要讲述了插 齿刀的设计计算步骤、被切齿轮的基本尺寸参数和插齿刀的技术要求。 第 5 章 夹具设计 34 第 5 章 夹具设计 本次设计的要求是设计第 250 道工序磨齿轮内孔的夹具。 5.1 夹具综述 5.1.1 确定设计方案 此工序是齿轮零件的最后一个加工工序，同时也是精加工中的最后一个加工部位， 这道工序加工的孔与齿轮端面垂直，与齿轮圆周同轴，同时齿轮圆周与端面精加工都是 以孔作为精基准，按照基准选择原则中的互为基准原则，所以我们选择一齿轮圆周和端 面对齿轮进行定位。从对工件的结构形状分析，我们选择用比较经典的齿轮内孔加工夹 具爪式弹性薄壁夹盘作为该加工工序的工作夹具！ 5.1.2 特点及应用 弹性薄壁卡盘的优点是定心精度高，可达公 0.005 一 0.01mm；结构紧凑，动作迅 速，工作乎稳，辅助时间少，生产率较高。其缺点是夹紧行程小，央紧力小且对工件定 位表面的精度要求高。它主要应用于环形工件的摆车、磨内外圆、齿轮桔磨内孔等精加 工中，在检验工序中也日益得到广泛应用。 5.1.3 定位方案 用卡爪压紧齿轮外圆限制 x,y,z 三个方向的转动以及、方向的移动，为了减少 卡爪的磨损延长使用寿命和夹持更牢固，我们需要在安装时在齿轮上加几个辅助元件 定位滚柱。在次，我们用支承元件顶住齿轮端面，来对齿轮端进行定位装夹，从而限制 齿轮沿的方向滑动。 5.1.4 夹具工作原理 薄壁夹盘工作原理，可用下图所示工作图说明。 薄壁卡盘是利用薄壁件的弹性恢复力实现对工件的自动定心和夹紧，其工作原理 图（a）表示卡盘未受外力作用状态，卡爪内径小于工件被夹持表面外径； 图（b）为薄盘在轴向推力作用下产生弹性变形使卡爪向外张开，此时卡爪内径 大于工件被夹 持表面外径，工件可放入卡爪内；图（c)为去除轴向外力后，利用弹性恢复力将工 35 件定心并夹紧。 图 4- 1 薄壁夹具工作原理 下图为薄盘卡盘定心夹紧机构的结构图。 图 4- 2 薄壁卡盘定心夹紧机构结构图 薄盘(弹性盘)l 为定心和夹紧元件，用螺钉 3 和螺母 2 在夹具体 4 上。弹性盘 l 上有 6 一 12 个夹爪，爪上装有可调螺钉 5，用于对工件定心和夹紧。螺钉位置调好后用螺母 锁紧，然后“就地”磨削螺钉及顶杆 7 端面，以分别保证对主轴回转轴线的同轴度和垂 直度。磨削应在夹爪有一定预张量的情况下进行，端面圆弧直径磨到被夹表面的下限尺 寸。装夹工件时，外力 q 通过推杆 8 使弹性盘 1 产生弹性变形，卡爪张开，放入工件 6， 然后去除外力，卡爪靠弹性盘的弹性恢复力对工件定心和夹紧。 5.2 定位滚柱的尺寸计算 在加工内孔时，因为内孔要求粗糙度小，一般加工方法很难达到；热处理后内孔要 收缩、变形，其他方法无法加工，所以必须磨内孔。而内孔是测量齿圈径向跳动的基准， 第 5 章 夹具设计 36 所以必须以节圆定位磨内孔，以内孔定位测量齿圈径向跳动。不能以外圆定位磨内孔， 因为外圆和内孔之间没有相互位置精度要求。节圆夹具可分为：斜锲式、三个齿轮式、 弹性薄壁卡盘式节圆夹具。之所以采用弹性薄壁卡盘式是因为（1）它的定心精度高， 可达到 0.0080.010mm； （2）装卸工件方便，辅助时间短； （3）制造精度高，消耗材料 少。 弹性薄壁卡盘式节圆夹具设计主要包括以下几点：滚柱直径计算、卡爪所需涨量计 算、卡盘所需压力计算、卡爪高度和位置半径的确定以及磨削力的计算。 图 4- 2 定位滚子参数关系图 法向模数： n m =3.75 2齿数：z=31 3法向压力角： = 20 0n a 37 4分度圆上螺旋角： 58 124= f 5分度圆法向弧齿厚： 08 . 0 14 . 0 89 . 5 = f s , 75 . 5 14 . 0 89 . 5 min = f s 6端面模数：1 . 4 58 124cos 75 . 3 cos = f n s m m 7端面压力角：4321728.21 58 124cos 20 cos 11 = = tg tg tga tg f on os 8分度圆上端面最小弧齿厚： 296 . 6 “58 124cos/75 . 5 cos/= fffs ss 9分度圆半径： 643.632/31106 . 4 2/=zmr sf 10基圆半径： 121.59728.21cos643.63cos= osfo arr 11滚柱与端面齿形的接触点半： 893.6575 . 3 6 . 0643.63)7 . 05 . 0( 1 =+=+=hrr f 12滚柱与端面齿形的接触点压力角： 1226204.26 892.65 121.59 coscos 1 1 01 1 = r r a s 13 os a 的渐开线函数值： 019 . 0 4321=invinvaos os 14基圆齿厚半角：068 . 0 019258 . 0 643.632 296 . 6 2 + =+= os f fs os r s r 15分度圆齿距半角： 101 . 0 31/=z fs 16基圆齿间半角： 032 . 0 07 . 0 101 . 0 = osfsos r 17 s a1 的渐开线函数值：034 . 0 1226 11 =invinva ss 18滚柱接触点径向线中心角：066 . 0 034 . 0 032 . 0 11 =+=+= soss 19 s1 的角度值：493826481511 . 3 0667847 . 0 180180 11 = = = ss 第 5 章 夹具设计 38 20端面上滚柱计算直径： sssols aratgrd 1111 sin)(2+= = 204.26sin893.65)826481511 . 3 204.26(121.592+tg 10.158 21按 ls d 求出同中心位置与法向齿形接触的滚柱直径 ln d ： 92 . 0 728.21sin/20sinsin/sincos= osono aa 385 . 9 923877444 . 0 158.10cos= olsln dd 22按 ln d =9.385 选取标准滚柱直径得 ln d =9.5mm 23按 n d 求出同中心位置与端面齿形接触的滚柱直径： 283.10923877444 . 0 /5 . 9cos/= ons dd 24 s a2 的渐开线函数值： 054 . 0 101 . 0 121.592 283.10 068721413 . 0 2 22 +=+= fs o s osss r d rinva 25滚柱中心的压力角： 9 30 2 = s a 26中心距：37.68 9 30cos/121.59cos/ 2 = so ara 27滚子外公切圆直径：6822=+= n dad 5.3 夹具尺寸设计计算 图 4- 3 夹具尺寸 弹性盘夹持直径 d。d=dg (dg 为工件夹持表面直径) 1 d = 1g d =134.78 2 d = 2g d =82.5 弹性盘安装直径 d。d=(1.333)d 取 1 d =1.5 1 d =203.18， 2 d =2.18 2 d =180 卡爪悬伸长度 h。h=(0.250.5)d(mm) 39 取 1 h =0.25 1 d =50， 2 h =0.25 2 d =46 卡爪斜角。= 0 0 45 弹性盘有效变形半径 1 r 。 1 r = 2 d - 1.8 1 d 1 d 螺栓安装孔直径 螺栓安装孔直径。 1 d =6 1 r =90.79mm 1 r =79mm 卡爪位置半径 2 r 根据零件的尺寸 2 r =81.59mm 2 r =47.1mm 弹性盘的厚度 h h=(0.050.08) 1 r 取 1 h =0.08 1 r 2 h =0.053 1 r 则 1 h =0.08 1 r =8mm 2 h =0.053 1 r =4.2mm 每个卡爪所需径向夹紧力 k w = n mk p = dn p 式中 p m 切削扭矩 n卡爪数 摩擦系数（0.10.15） k安全系数 n 取 3 取 0.12 k 取 1.5 切削扭矩 p m = 切 f 砂 r =615 =4920 3 10 n.m 则 1k w = 1 2dn p = n152 78.13412 . 0 3 101092 . 4 5 . 1 36 = 2k w = n dn p 249 5 . 8212 . 0 3 101092 . 4 5 . 1 2 36 2 = = 根据径向夹紧力卡爪所需涨量 有心孔 2 53 2 10 2k h hnw c k = 2 k 查机床夹具设计手册表 1- 3- 6 取 2 k =0.609 2 k =0.637 第 5 章 夹具设计 40 0067 . 0 0135 . 0 609 . 0 108 503152 10 2 1 53 2 2 5 3 1 2 11 1 = = = = c k h hnw c k 067 . 0 135 . 0 637 . 0 102 . 4 463 5 . 248 10 2 2 53 2 2 5 3 2 22 2 2 = = = = c k h hnw c k 卡爪实际所需涨量 += cs22 式中放入工件所需的时间间隔（0.030.05）取=0.04 工件夹持表面直径公差 042 . 0 0835 . 0 04 . 0 03 . 0 0135 . 0 22 1 111 = = += += s cs 1 . 0 2 . 0 035 . 0 03 . 0 135 . 0 22 222 = = += += s cs 薄壁盘所需的推力 有中心孔 3 2 3 1 2 ln 104 k hr sk q r r c = 式中 c k 抗弯刚度 )1 (12 2 3 = eh kc 3 k 根据机床夹具设计手册表 1- 3- 7 取 93. 0 3 =k 9 . 0 3 =k 2115 /101 . 2101 . 2mnmpe a = 泊松比取 0.3； h 弹性盘厚度 （m）; n h kc9846 91 . 0 12 8101 . 2 )3 . 01 (12 101 . 2 311 2 3 1 11 1 = = = n h kc1425 91 . 0 12 2 . 4101 . 2 )3 . 01 (12 101 . 2 311 2 3 2 11 2 = = = nk hr sk q r r c 1105593 . 0 ln5059.81 1004175 . 0 984614 . 3 4 ln 104 79.90 5981 3 3 12 3 1 1 1 1 2 = = = 41 14329 . 0 ln46 1 . 47 101 . 0142514 . 3 4 ln 104 2 .79 1 .47 3 3 2 2 3 2 2 2 1 2 = = =k hr sk q r r c 验算弹性盘的厚度，有中心孔。 )( 4 2 mmkh q 材料的许用应力（ a mp ） 夹具材料选择 65mn 根据机械加工工艺手册表 1.2- 22=981n/ 2 mm 8 . 248 2 . 2 981 11055 8 2 2 4 2 1 1 kh q 2 . 32 . 4 2 . 2 981 1432 2 . 4 2 2 4 2 1 1 kh q 所以 1 h 故薄壁卡盘厚度足够 所以 2 h 故薄壁卡盘厚度足够 5.4 本章小节 本章主要学习了典型的加工齿轮内孔的夹具的设计。设计的弹性薄壁节圆夹具的优 点是定心精度高，可达公 0.005 一 0.01mm；结构紧凑，动作迅速，工作乎稳，辅助时 间少，生产率较高。其缺点是夹紧行程小，央紧力小且对工件定位表面的精度要求高。 它主要应用于环形工件的摆车、磨内外圆、齿轮桔磨内孔等精加工中，在检验工序中也 日益得到广泛应用 参考文献 42 第 6 章 结论 通过本次毕业设计中不仅发现了许多的问题，更重要的是收获了许多知识。对于 本次设计可以得出如下结论： 1 在设计加工孔的工艺时，我首先选择了扩铰方案，我之所以选择扩铰孔方案是 因为我认为可以在一次装夹下完成孔所要求的加工