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】

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 ABSTRACTII 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.9 2.2.10机床、刀具、夹具的选择.16 2.3本章小结.17 第第 3 章章剃前齿轮滚刀设计剃前齿轮滚刀设计18 3.1剃前滚刀设计参数.18 3.2确定留剃余量.18 3.3滚刀旋向的确定.20 3.4滚刀头数和容屑槽的确定.21 3.5滚刀全齿高.21 3.6滚刀法向齿厚.21 3.7齿顶触角的计算.21 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.21 3.7.2剃前滚刀齿顶触角长度计算.22 3.7.3触角高度计算.23 3.7.4触角凸出部分尺寸.23 3.8剃前滚刀齿根倒缘的计算.23 3.8.1倒缘部分的角度.23 3.8.2倒缘起始点到滚刀节线的距离.23 3.8.3倒缘部分的尺寸.24 3.9齿顶圆弧半径和齿根圆弧半径.24 3.10剃前滚刀的基本尺寸24 3.11轴向齿形参数的计算25 3.12剃前滚刀的精度和主要技术条件的确定25 3.13本章小结26 第第 4 章章插齿刀设计插齿刀设计27 4.1被插齿轮的已知条件.27 4.2插齿刀的设计.27 4.2.1插齿刀的基本参数计算.27 4.2.2前端面上的齿形尺寸计算.31 4.3插齿刀设计的技术要求.32 4.4本章小结.32 第第 5 章章夹具设计夹具设计33 5.1夹具综述.33 5.1.1确定设计方案.33 5.1.2特点及应用.33 5.1.3定位方案.33 5.1.4夹具工作原理.33 5.2定位滚柱的尺寸计算.34 5.3夹具尺寸设计计算.37 5.4本章小节.40 第第 6 章章总总 结结41 III 参考文献参考文献.42 致谢致谢.42 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7 9。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 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 . 60 116.3 拉孔余量0.5 046 . 0 0 5 . 61 80.8 磨孔余量0.25 0.03 0 6270.4 大端外圆加工总余量2.5 粗车余量2.2 0 0.4- 38.135126.3 精车余量0.3 0 04 . 0 78.134 70.8 小端外圆加工总余量2.25 粗车余量2 0 35 . 0 83126.3 精车余量0.25 0 035 . 0 82.570.8 齿轮大端面加工总余量1.75 粗车余量0.95 0 21 . 0 6 . 25 126.3 第 2 章 EQ140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 6 精车余量0.6 0 033 . 0 2 . 24 70.8 磨余量 0.2 0 021 . 0 2470.8 齿轮小端面加工总余量1.75 粗车余量1.0 0 21 . 0 9 . 19 126.3 精车余量0.7 0 021 . 0 1970.8 小齿轮加工余量3.0 粗插余量 2.4 0 054 . 0 81.281.6 精插余量0.6 0 03 . 0 8070.8 大齿轮加工总余量 8.9 滚齿加工余量8.26 0 1 . 0 564.128 93.2 剃齿加工余量0.14 0 063 . 0 284.128 80.8 珩齿加工余量0.5 0 0.04 28.127 70.8 油孔加工余量3 0.090 0 3 1112.5 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 7 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。 第 2 章 EQ140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 8 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。 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。 9 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： 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 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 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 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 11 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 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/r0.7mm/r 故 u C =242， u y =0.35 因刀具材料为硬质合金车刀 YT15 因此刀具耐用度 T 取 3600s 根据材料性质查表 2.4-17 切削速度修正系数 k=0.87 根据刀具耐用度 T=3600s 则速度修正系数 k=1.0 大圆 u = u y 15. 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C 大圆 = 0 . 187 . 0 5 . 0 5 . 27360060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 08 . 0 =72m/min 小圆 u = u y 15 . 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C 小圆 = 0 . 187 . 0 5 . 023.75360060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 08 . 0 =73.6m/min 大端 u = u y 15. 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C 大端 = 0 . 187 . 0 5 . 078.139360060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 08 . 0 =56.4m/min 小端 u = u y 15. 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C 小端 = 0 . 187 . 0 5 . 087360060 242 35 . 0 15 . 0 2 . 08 . 0 =60m/min 第 2 章 EQ140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 12 确定主轴转速 n= w d 1000u 大圆 n = w d 1000u = 78.13914. 3 1.21000 =2.73r/min 小圆 n = w d 1000u = 8714 . 3 1.231000 =4.5r/min 大端 n = w d 1000u = 78.13914. 3 1.231000 =2.14r/min 小端 n = w d 1000u = 8714 . 3 1.231000 =3.66r/min 按机床实际转速取 大圆 n =168r/min 小圆 n =248r/min 大端 n =107r/min 小端 n =204r/min 则实际切削速度 大圆 u =1000 dn D = 1000 16878.13914 . 3 =73.7m/min=1.23m/s 小圆 u =1000 dn D = 1000 2488714 . 3 =67.7m/min=1.13m/s 大端 u =1000 dn D = 1000 10778.13914 . 3 =47m/min=0.78m/s 小端 u =1000 dn D = 1000 2048714 . 3 =55.7m/min=0.93m/s 4）精车精基准 75mm 平面 根据表参考文献12.4-4 进给量 f=0.110.15 取 f=0.12，因加工材料为钛合金需要 乘以系数 0.70.8 取系数 k=0.8，则 f=0.120.8=0.096mm/r 根据表参考文献1表 2.4-20 切削速度公式 u y15 . 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C u u (2-3) 因为进给量 f=0.096mm/r=0.3 所以取 u C =291， u y =0.2 根据材料性质查表 2.4-17 切削速度修正系数 k=0.87 根据刀具耐用度 T=3600s 则速度修正系数 k=1.0 13 A u = u y A 15 . 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C = 0 . 187 . 0 096 . 0 83360060 291 35 . 0 15 . 0 2 . 08 . 0 =92m/min 确定机床实际转速 n= w d 1000u = 8314 . 3 53 . 1 1000 =5.87r/s=352r/min 根据机床实际转速 n=360r/min 则实际切削速度 A u =1000 dn D = 1000 8314 . 3 360 =93.8m/min=1.56m/s 5）精车齿端面及外圆 根据表参考文献12.4-4 进给量 f=0.110.15 取 f=0.12，因加工材料为钛合金需要 乘以系数 0.70.8 取系数 k=0.8，则 f=0.120.8=0.096mm/r 根据表参考文献1表 2.4-20 切削速度公式 u y15 . 0 p 2 . 08 . 0 u k faT60 C u u 因为进给量 f=0.096mm/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 =0.4kw3kw 故机床功率足够 。 10）珩齿 根据表参考文献1表 2.9-8 圆周速度 u=0.467m/min 往复速度 f u =0.167m/s 进给量根据表参考文献1表 2.9-10 r f (0.10.3) 3 10 mm/r 取 r f =0.2 3 10 mm/r 2.2.10 机床、刀具、夹具的选择 1机床的选择原则： 1）机床的加工尺寸要求和加工工件的尺寸相适应 2）机床的加工精度要求和所加工工件的精度要求相适应 3）机床功率要满足机械加工功率要求 2刀具的选择原则： 1)切削深度,宽度和进給量決定了切削体积,当切削体积增大时,应降低铣削速度, 降 17 慢转速. 2)一般情況下,铣刀直径越大,其转速越低,直径越小,其转速越高. 3)钨钢刀具切削速度比高速钢刀要高两倍,且需要较快的进给量,在使用钨钢 刀具时转速、进給量均要高于高速钢刀具. 4)提高切削速度而降低进给量能得到较好的面粗度. 5)加工硬度高的材料時,应选择较小的切削速度反之应用较高的切削速度. 6)在确保品质的情況下,首先应用大的切削宽度,切削深度,再选用较大的进给量,最 后才却定铣削速度. 7）尽量势力用通用刀具，在通用刀具不能满足切削要求时才用专用刀具，如专用 插齿刀的设计就是因为所给齿轮小齿的法向齿形角是 30，不是标准值，故需另行设 计。 3量具的选择原则： 在小批量生产时大多数都是用通用量具，但是在大量生产时，为了提高生产效率， 一般都用专用量具，如量块、量规、量棒等。 4切削液的选择原则： 1粗加工 粗加工时，由于切削用量大，产生的切削热多，切削温度高，容易导致高速钢刀 具迅速磨损，所以应选用冷却为主的乳化液或离子型切削液。硬质合金刀具耐热性好， 一般不用切削液，如果要用必须连续地、处分地浇注，切不可断断续续，以免因冷热 不均产生很大的热英里而导致裂纹，损坏刀具。 较低速度切削时，刀具以机械磨损为主，宜选用以润滑为主的切削油；较高速度 切削时，刀具以热磨损为主，宜选用以冷却为主的乳化液或离子型切削液。 2精加工 精加工时，切削液的主要作用是减小表粗糙度和提高加工精度，所以，加工刚件 时宜选用能减小摩檫和粘结、抑制积屑瘤和鳞刺形成的极压切削油或 10%12%极压乳 化油或离子型切削液。精加工铜及其合金、铝及其合金或铸铁时，为减小表面粗糙度 宜选用离子型切削液，或 10%12%乳化液。由于硫对铜有腐蚀作用，所以切削铜时不 宜选用含硫的切削液体。 3难加工 加工难加工材料时，宜选用极压切削油或极压乳化液。 4磨削加工 磨削加工的特点是切削温度高，还会产生大量的细屑和砂末。为了保证加工质量 第 2 章 EQ140 变速箱二轴三挡齿轮工艺分析 18 宜选用有较好冷却性能和清洗作用，并具有一定润滑和防锈作用的乳化液或离子型切 削液。磨削难加工材料时，宜选用极压乳化液或极压切削油。 2.3本章小结 齿轮加工属于典型机械零件加工，本章主要介绍了锻坯的制造过程、齿轮加工工 艺路线的选择论证和工艺路线的指定（包括齿坯分模面的选择、加工余量和尺寸公差 的确定、齿坯和齿形加工等） 。在本章我们主要涉及了机械加工工艺、金属热处理、互 换与测量、机械设计等课程。完成了对这些课程的理论与实践的结合。 19 第 3 章剃前齿轮滚刀设计 剃齿加工广泛应用于汽车、拖拉机齿轮制造，但是，剃齿效率、剃前质量和剃齿 刀的使用寿命，都与剃前刀具有很大的关系。剃前刀具能否为剃齿加工创造良好的条 件，主要在于剃前刀具的设计。 汽车、拖拉机齿轮属于大批、大量生产，齿形加工常采用滚 剃 珩工艺，生 产中使用的剃前滚刀一般设计成专用剃前滚刀。 3.1剃前滚刀设计参数 表 2.1 剃前滚刀设计的原始参数 序号名称被加工齿轮共轭齿轮 1模数 mn=3.75mn=3.75 2压力角 20 fn 20 fn 3分度圆螺旋角f = 24 1 58 f = 24 1 58 4齿高系数f=1f=1 5法面径向间隙系数 Cn * =0.373Cn * =0.373 6齿顶高 h 1 =3.75h 2 =3.75 7齿全高 h1=8.9h2=8.9 8齿数 z1=31z2=28 9变位系数 x 1n =0x 2n =0 10分度圆直径 d 1f =127.284d 2f =114.966 11基圆直径 d 1o =118.241d 2o =106.792 12顶圆直径 d 1e =134.784d 2e =122.466 13中心距A=121.125 设计专用剃前滚刀应该根据被加工齿轮和啮合齿轮参数来确定。其参数如表 2.1 所 示。若剃前滚刀是加工直齿圆柱齿轮，由于其端面参数与法面参数相同，所以其参数 也可以在用户界面输入。 3.2确定留剃余量 为了使剃齿工序能够得到预期的效果，对剃前齿轮齿形提出了如下要求：1）必须 在齿轮的齿形上有一定的剃削余量，齿轮在分圆上的留剃余量，可按表 2.2 选取；2） 在保证齿轮有效齿形的高度的基础上，应将齿根部分作出少量的沉割，以避免在剃齿 第 3 章 剃前齿轮滚刀设计 20 时剃齿刀的齿顶角参加工作，否则将会影响剃齿精度以及剃齿刀的寿命；3）在齿轮齿 顶处作出尽可能小的倒棱，以避免剃齿后该处残留毛刺。留剃余量的形式，对剃齿刀 的工作条件和齿轮的加工精度有很大影响。最常用的留剃余量形式如图 2-1 所示四种： （带触角的剃前滚刀； （带触角及倒缘的剃前滚刀 （双齿形角的剃前滚刀 ； （减小齿形角的剃前滚刀 （ 剃前滚刀齿形 图2.2 留剃余量的形式和剃前滚刀的齿形 （1）带触角的剃前滚刀 如图 2.1（a）所示，留剃余量为沿齿高平均分布，齿轮的齿根处切有沉割，这就 为剃齿刀创造了有利的工作条件，剃齿时使剃齿刀齿顶能自由地退出，从而提高了剃 齿刀的耐用度和剃齿精度。但是，由于齿轮齿顶没有倒缘，使齿轮在剃齿后沿外圆产 生毛刺。 （2）带触角及倒缘的剃前滚刀 将前一种留剃形式在齿顶处再增加倒缘得到如图 2.1（b）所示留剃余量形式。这 种留剃余量形式适用于模数为 28mm 的剃前滚刀。这种形式具有前一种的优点。由于 增加了倒缘，可以满足齿轮齿顶不产生毛刺的要求，因此是一种比较好的留剃形式。 表 2.2 齿轮分度圆上的齿厚留剃余量 模数11.7522.75355.566.58 齿厚留剃余量 0.080.100.140.150.18 （3）双齿形角的剃前滚刀 如图 2.1（C）所示这是一种留剃余量分布不均匀的留剃形式，在齿根处有沉割， 在齿顶处有倒缘，这就使剃齿刀在剃齿时齿顶能自由地退出，同时也能避免齿轮齿顶 产生毛刺。这种留剃形式剃前滚刀的通用性好，可以用同一把剃前滚刀来加工齿数不 同的齿轮，而不致使齿轮的齿顶倒缘值变化过大（相差在 0.02mm 左右） 。剃齿后残留 在齿轮齿顶上的倒缘值很接近齿轮的修缘尺寸，对减少齿轮传动中的动载荷也有一定 的作用。 21 但是，这种留剃余量有很大的缺点：对剃前齿轮的制造误差比较敏感，因此工艺 要求较高；由于剃前滚刀的齿形角为双齿形角，因此对齿轮的精度检查很不方便。 （4）减小齿形角的剃前滚刀 这是一种最为简单的留剃形式，适用于模数小于 2mm 的剃前滚刀。齿轮在齿根处 的沉割靠减小剃前滚刀的齿形角来获得。一般是将剃前滚刀的齿形角做得比齿轮分度 圆压力角小 12，使滚齿后的齿轮在齿根处切出 0.010.03mm 的沉割。这种形式 的留剃余量也呈不均匀分布，沿齿轮外圆为最大，因此不可避免的会产生毛刺。 综上所述，本文中剃前滚刀设计采用齿顶修缘，齿根沉切的留剃余量形式，加工 该齿轮的剃前滚刀轴向齿形齿顶带触角，齿根有倒缘刃。 3.3滚刀旋向的确定 滚齿是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮。滚刀刀齿在刀体上成螺旋状分布，滚齿时 刀齿螺旋方向与工件齿槽方向一致，所以滚刀轴线与工件轴线在空间有一定安装角， 为减小安装角，加工右旋齿轮应设计成右旋剃前滚刀，加工左旋齿轮应设计成左旋剃 前滚刀。滚刀的螺旋方向应根据被切齿轮的旋向而定。当被切齿轮螺旋角 10 时 （包括=10的直齿轮） 。当10时，滚刀的螺旋方向应与被切齿轮的螺旋方向 相同，这时滚刀的安装角将是齿轮螺旋角与滚刀螺旋升角之差（ 0 ） ，如图 2.2 所示。安装角过大 ，将使滚刀切入端齿负荷过大，容易磨损。 (a) 右旋滚刀滚切右旋齿轮 (b) 左旋滚刀滚切右旋齿轮 (c) 右旋滚刀滚切左旋齿轮 (d) 左旋滚刀滚切左旋齿轮 图 2.3 滚刀旋向示意图 从图中不难看出，当滚刀的螺旋升角 的旋向与齿轮螺旋角 的旋向相同时， 滚刀安装角 的大小为 -；当滚刀的螺旋升角 的旋向与齿轮螺旋角 的旋向 不同时，滚刀安装角 的大小为 。滚刀安装角 的偏转方向与被加工齿轮的 旋向有关，当加工右旋齿轮时，滚刀逆时针偏转；当加工左旋齿轮时，滚刀顺时针偏 第 3 章 剃前齿轮滚刀设计 22 转。根据以上分析，可总结出如下口诀：“同减异加，右逆左顺。 ” 3.4滚刀头数和容屑槽的确定 滚刀头数可做成单头，也可做成多头。精加工齿轮滚刀为减小造形误差都用单头 的。粗加工和半精加工齿轮滚刀可以采用多头的，多头滚刀的优点是生产率高，这是 因为用多头滚刀切齿轮时，滚刀每转一圈，齿轮可以转过几个齿， （齿数等于滚刀头数） 。为了使滚刀刀齿两侧刃切削条件相差不大，多头滚刀螺纹升角一般较大，容屑槽应 做成螺旋槽，而螺旋槽滚刀制造刃磨困难。此外，多头滚刀加工齿轮是包络工件齿形 的刀刃数目较少，工件齿面粗糙度大。在选择容屑槽数时应全面考虑刀具成本、加工 效率和加工质量等因素，容屑槽数的增加会降低刀齿强度、减少滚刀重磨次数。所以 生产中所用剃前滚刀常做成单头直槽，这样一来刃磨、检验都显得十分方便，且包络 工件齿面的刀刃数比多头滚刀多，工件齿面粗糙度也比多头滚刀加工的粗糙度小。 3.5滚刀全齿高 （1）滚刀齿顶高： mcfh na ) 1 . 0( * 0 n=(1+0.373+0.1)3.75=5.524 （2）滚刀齿根高： nf mfh)25 . 0 ( 0 =（1+0.25）3.75=4.688 （3）滚刀全齿高： 00fag hhh =5.524+4.688=10.212 3.6滚刀法向齿厚 目前很多剃前滚刀设计资料在计算加工标准齿轮（变位系数为零）的滚刀法向齿 厚时都用 mm m s n fng 77 . 5 12 . 0 2 75 . 3 2 ，式中被剃齿轮齿面留剃量取 0.12。 3.7齿顶触角的计算 3.7.1 被切齿轮齿根有效渐开线起点曲率半径的计算 设计计算剃前滚刀齿顶触角长度之前必须首先计算被切齿轮齿根有效渐开线起点 的曲率半径 。根据齿轮啮合原理，若被切齿轮与共轭齿轮为一对标准斜齿圆柱齿轮 啮合是，被切齿轮齿根有效渐开线起点的曲率半径为： mmrraSina oet 8689.14399.53233.619596.31sin625.110 222 2 2 2 min1 23 式中：A：被切齿轮与共轭齿轮啮合时的实际中心距：A=121.125mm ft a ：斜齿分度圆端面压力角： 7284.21) “58 124cos 20 () cos ( 11 tg tg tga tga f fn ft t a ：被切齿轮与共轭齿轮啮合时的端面啮合角： 9596.31851 . 0 cos 851 . 0 7284.21cos 125.121 625.110 coscos 1 t ftt a a A a a ：标准中心距 a=3.75(31+28)/2=110.625mm 2o r ：共轭齿轮的基圆半径： mmarr ftfo 399.537284.21cos483.57cos 22 2e r ：共轭齿轮的顶圆半径： mm d r e e 233.61 2 466.122 2 2 2 图 2.4 齿顶触角的计算 3.7.2 剃前滚刀齿顶触角长度计算 设计剃前滚刀时应首先明确剃前滚刀是专用刀具，他的参数应根据被切齿轮的参 数来计算。滚刀触角长度: mm arahC ftffta 306 . 2 7284.21sin642.637284.21sin8689.14524 . 5 sinsin 22 1 min10 第 3 章 剃前齿轮滚刀设计 24 3.7.3 触角高度计算 触角高度 1 是根据留剃余量和齿轮齿根的沉割深度来确定的。沉割深度一般为 =0.030.04mm,触角高度可按金属切削刀具手册表 2.3 选取。 表 2.3 触角高度的选择 模数11.7522.75355.566.58 触角高度 1 0.070.0850.0950.1150.130 3.7.4 触角凸出部分尺寸 触角凸出部分尺寸 1 c 可大约取,决定这一尺寸时，应保证 153mm . 1 2 306 . 2 2 c c1 触角部分的最小法向后角不小于 2 3.8剃前滚刀齿根倒缘的计算 3.8.1 倒缘部分的角度 7284.31107284.2110 ftt aa 式中 ft a 为斜齿分度圆端面压力角： 7284.21) “58 124cos 20 () cos ( 11 tg tg tga tga f fn ft 3.8.2 倒缘起始点到滚刀节线的距离 为减小齿轮传动中由于基圆齿距偏差而引起冲击，当圆周速度大于一定数值时， 齿顶应有一定的修缘量 1 ，齿顶修缘量 1 可根据被切齿轮传递运动的平稳性精度来确 定。 倒缘起始点到滚刀节线的距离 D h = ttid mxh 1 ，由于此处变位系数为零，则 )( )( 1 1111111 11 ftte eteeeteteftef idD tgatgar rinvarinvarinvrinvrr hh 25 mm tgtg invinvinvinv 995 . 2 )3985 . 0 6183 . 0 (392.67 392.6706 . 0 05 . 0 )0571244 . 0 0464874 . 0 0644542 .