重型汽车驱动桥主动锥齿轮加工工艺毕业设计

1、重型汽车驱动桥主动锥齿轮加工工艺毕业设计1 驱动桥主动锥齿轮结构与作用汽车的驱动桥位于传动系的末端，由主减速器、差速器、半轴、和驱动桥壳等组成是传动系的最后一个组成。 它的基本功用是将万向节传动装置传来的发动机转矩传给驱动轮，并经过降速增大由传动轴或直接由变速器传来的转矩，将转矩分配给左、 右车轮，并使左、右车轮具有汽车行驶运动学所要求的差速功能；同时，驱动桥还要承受作用于路面和车架或承载式车身之间的铅垂力、纵向力和横向力及其力矩。主减速器是汽车传动系中减小转速、增大扭矩的主要部件。对发动机纵置的汽车来说，主减速器还利用锥齿轮传动以改变动力方向。主、从动锥齿轮啮合图如图1.1 所示。图 1.1

2、 主、从动锥齿轮啮合图Fig.1.1 Host, driven bevel gear meshing chart汽车正常行驶时，发动机的转速通常在 2000 至 3000r/min 左右，如果将这么高的转速只靠变速箱降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需很大，而齿轮副的传动比越大，两齿轮的半径比也越大，换句话说，也就是变速箱的尺寸会越大。另外，转速下降，而扭矩必然增加，也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器，可使主减速器前面的传动部件如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，也可使变速箱的尺寸质量减小，操纵省力。圆锥齿

3、轮与圆柱齿轮不同，圆锥齿轮在其齿线的全长上，齿轮的模数是均匀连续变化的，圆锥齿轮为渐近线齿轮，其齿形有直齿、斜齿等几种。直齿锥齿轮的啮合接触是一个接触面，其啮合过程并不是连续的，啮合瞬间会造成冲击，而且载荷大，传动不平稳，噪声大。易造成齿面的磨损，点蚀等，严重时会使轮齿折断。斜齿锥齿轮啮合时，其瞬时接触线是斜直线，且长度变化。一对轮齿从开始啮合起，接触线的长度从零逐渐增加到最大， 然后又由长变短， 直至脱离啮合。 因此，轮齿上的载荷也是逐渐由小到大，再由大到小，所以传动平稳，冲击和噪声较小。此外，一对轮齿从进入到退出，总接触线较长，重合度大，同时参与啮合的齿对多，故承载能力高。因此齿轮齿形宜采

4、用斜齿锥齿轮。主动锥齿轮的零件图如 图 1.2 所示 。它的轴向尺寸大于径向尺寸，严格地说，应该属于齿轮轴。它由装在轴 75 和轴 60 两段轴颈处的轴承支撑，通过装在花键外的凸缘盘联结，将传动轴的扭矩，传递给被动锥齿轮，以实现驱动轮的转动。162139.11245.5 0.2R33RR31 16003114+0.336+0.355531303C35221R8451 22 74 381. 5362 01 03 5400 000 0.R2.0. . .00580 070 0-0+91+ + -150676+0.2h6060-5104 0.1RCX-0.231323M169. 635.3511.5

5、9110+0.03712C-C-0.0150.031+7252+0. 00. 8-1.5R10R图 1.2 主动锥齿轮的零件图Fig.1.2 Bevel Gear Parts2 驱动桥主动锥齿轮选材2.1 常用齿轮材料齿轮原材料质量的优劣是影响齿轮强度及其疲劳性能的最主要因素之一。 齿轮钢材的质量状况，不仅直接影响齿轮的预备热处理质量，而且还影响齿轮渗碳淬火后的畸变情况，即影响齿轮的尺寸精度，并最终影响齿轮的疲劳性能。因此，齿轮材料应该有足够的齿面硬度， 已获得抗点蚀、 抗磨粒磨损、 抗胶合和抗塑性形变的能力； 而齿心要韧，在变载荷和冲击载荷作用下有足够的抗弯疲劳折断能力； 同时还要有良好的机

6、械加工和热处理性能。工程中常用的齿轮材料锻钢、铸钢，其次是铸铁。铸铁齿轮成本低、切削性能和耐磨性能好，但铸铁的抗弯及耐冲击能力较差，热处理工艺也较复杂，只能用于低速、载荷不大的的齿轮传动中。而重型汽车主动锥齿轮在工作中要承受繁重而复杂的载荷，这就要求齿轮材料要有较大的接触应力和弯曲应力。而钢材的韧性好、耐冲击，还可以通过热处理或化学热处理来改善其力学性能及提高齿轮面的硬度，故最适于用来制造齿轮。齿轮材料除必须满足工作条件，还要考虑齿轮尺寸的大小、毛坯的成形方法及热处理和制造工艺。在此综合考虑我们选用钢类做毛坯。2.2 钢的分类按化学成分分类，钢材可分为碳素钢和合金钢两大类。按含碳量又可分为低碳

7、钢（含碳量 0.3%）；中碳钢（ 0.3%含碳量 0.6%）；高碳钢（含碳量 0.6%）。碳素钢：碳素钢是由碳和铁素体组成的，其中还含有少量杂质。合金钢：合金钢是在碳素钢( (C) 0.25%）基础上，加入少量合金元素而发展起来的，具有较高强度的工程用钢。 这类钢比碳素钢的强度高20%-30%以上，节约钢材 20%以上，从而可减轻结构件自重量，提高使用可靠性。钢的力学性能与其含碳量有关，热处理工艺也与含碳量关系很大。在退火或热轧状态下，随含碳量的增加，钢的强度和硬度升高，而塑性和冲击韧性下降，与中、高碳钢相比，低碳钢的硬度小，塑性和韧性好，易于加工。一、低碳合金钢的成分特点（1）为保证有良好的

8、塑性与韧性，良好的焊接性能和冷成形性能，低碳合金钢中碳的含量一般均较低，大多数为 (C) 0.16 0.20 。（2）锰为主加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。这些元素的主要作用是：加入锰、硅、铬、镍元素为强化铁素体；加入钒、铌、钛、铝等元素为细化铁素体晶粒；合金元素使 S 点左移，增加珠光体数量；加入碳化物形成元素（钒、铌、钛）及氮化物形成元素（铝） ，使细小化合物从固溶体中析出，产生弥散强化作用。二、低碳合金钢的性能特点（1）良好的综合力学性能，在确保良好的塑性、韧性条件下具有高的强度，特别是把屈服点提高到265N/ 460N/，以便减轻结构自重，增加承载能力，节约钢材，保证安全。

9、（2）良好的焊接性能，较好的耐大气腐蚀性能，良好的加工工艺性能。（3）较低的韧脆转变温度（碳素结构钢的韧脆转变温度一般为 20左右，而低合金高强度结构则一般为 30左右）。这对北方高寒地区使用的构件及运输工具，具有十分重要意义。低碳合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能， 重型汽车的主从动锥齿轮传动载荷较大，冲击大，因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，常采用合金钢。低碳合金钢材料根据所含金属的成分及性能，可分别使材料的韧性耐冲击，耐磨及抗胶合的性能等获得提高， 也可通过热处理或化学热处理改善材料的力学性能及提高齿面的硬度。2.3 合金元素在钢中的作用合金元素可

10、以可以在钢中形成碳化物提高强度和耐磨性，可以细化晶粒，提高淬透性和回火的稳定性，抑制回火的脆性。例如：Mo: 强化铁素体，提高钢的强度和硬度、 降低钢的临界冷却速度， 提高钢的淬透性、提高钢的耐热性和高温强度。Cr：在低合金范围内，对钢具有很大强化作用，提高强度、硬度和耐磨性、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性、在高合金范围内，使钢具有对强氧化性酸类等腐蚀介质的耐腐蚀能力、提高钢的耐热性。Mn：在低含量范围内，对钢具有很大的强化作用，提高强度、硬度和耐磨性、降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性、改善钢的低温韧性。Ti ：钛是钢中的强脱氧剂，能使钢的内部组织致密，细化晶粒。最常见的锥齿轮材料是

11、20CrMnTi，价格低廉，但热后心部金相组织达不到要求，零件机械性能差。而20CrNi3 ，热后心部金相组织和零件机械性能满足要求，但该材料机械切削加工性能差，价格昂贵，同时，热后变形大，影响传动啮合。 22CrMoH恰恰满足了上述工艺和性能要求，市场价格适中，适合企业大批量生产要求，故在此选择材料为22CrMoH。材料 22CrMoH，其中 22 表示碳的质量分数为 0.22%，合金元素 Cr、Mo的质量分数小于 1.5%，H表示高品质，杂质含量低。 22CrMoH属于低碳钢。低碳钢的塑性和韧性较高 , 但强度较低。这类钢通常要经渗碳后进行淬火 , 回火处理 , 以提高强度和耐磨性。3 驱

12、动桥主动锥齿轮加工流程驱动桥主动锥齿轮加工流程如下：毛坯加工预先热处理机加工终检热后机加工表面热处理3.1 毛坯加工常用的毛坯加工方法有铸造、锻造等。大尺寸的齿轮一般用铸造毛坯，可用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高齿轮常选用锻造毛坯。铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。它是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上减少了零件的制作时间。但铸件的收缩性引起体积的变化，在铸件的各个方向上都出现尺寸的减小

13、，对铸件的形状和尺寸精度影响最大，使铸件产生内应力甚至引起变形产生裂纹。锻造是指利用锻压机械对金属坯料施加压力， 使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织。而铸造工艺得到的铸件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状

14、，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷；铸件的抗压强度虽高、但韧性不足，难以在受拉应力较大的条件下使用。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于相同材料的铸件。锻造不仅可以获得预定的坯件形状， 而且可以使粗大的晶粒破碎， 晶粒细化，提高金属的力学性能，还可以节省材料，生产率高。模锻是将坯料放入锻造模膛内进行塑性变形，所以锻件尺寸精度较高，并且内部不存在气孔、砂眼、缩孔和缩松等现象。故在此我们选择锻造方法进行毛坯加工。3.2 下料为了充分发挥材料的功能，降低原材料消耗，提高经济效益，合理选择毛坯种类及下

15、料方法 , 对降低成本提高材料利用率 , 起着决定性作用。机械加工零件的毛坯种类很多，各类毛坯的结构尺寸和精度是不同的，一般是根据毛坯种类来决定零件的加工方法和加工路线。机械加工零件的毛坯种类主要有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及各种轧制材料。锻坯的原材料一般为圆钢，合理选择圆钢直径和确定下科长度是锻造毛坯过程中的重要环节。一、尺寸确定原则可归纳如下：（1）体积相等，即锻件毛坯的体积加工锻造过程中金属烧损率应等于原材料（圆钢）的下料体积。（2）金属烧损率即锻造力。热时产生的氧化皮、脱碳层等的损耗率。一般取 =0.05 0.10 。火次增多，锻造不平度大，材料脱碳倾向大时取大值。（3）原材料长径比

16、不能太大，一般取 L/D=l.5 2.5 ，最大不超过 3L/D 太大，锻件锻造过程中可能发生弯曲、夹层等缺陷。（4）计算后的原材料直径必须按国家标准的规格进行圆整，且最好是工厂库房里现存的或市场上供应的规格。根据以上原则可得出以下计算公式和方法：首先，按原则（ l ）可得： V 坯=V 锻（ l ）式中， V 锻是锻造后的模块体积，也就是模具零件的外形尺寸加上加工余量后的体积。 V 坯是原材料的下料体积。按原则（ 3）有 L/D=l.5 2.5 ，即 L=(l.5 2.5)D 。这里 D 为一个估计值，设其为 D 估，其计算按下式进行。按上式计算出 D 估后，应按原则（ 4）进行圆整，设圆整

17、后的直径为 D 料，则可按体积相等的原则计算出原材料下料长度 L 料，即故采用直径 120 mm，长 242mm，重 21 5kg 的热轧圆钢。二、下料方法选择常用的下料方法有：剪切法、锯切法、冷折法等，视材料性质，尺寸大小，生产批量和对下料质量的要求进行选择。剪切法：它是通过一对刀片作用给坯料，以一定的压力 P，在坯料内部产生剪断所需应力而实现的。虽然该方法生产率高，操作简单，切口无金属损耗，但是剪切后坯料局部会被压扁，端面不平整，剪切面常有毛刺和裂纹。冷折法：冷折法适用于硬度较高的碳钢和高合金钢，并要求预热到 300400。锯切法 : 锯床下料极为普遍，虽然生产率较低，锯口耗损较大，但下料

18、长度准确，锯割端面平整，在精锻工艺中，是一种主要的下料方法。各种钢、有色合金和高温合金均可在常温下锯切。圆钢一般采用锯床切割下料，应避免先锯一缺口，然后打断的操作方法，同时原材料上不应有毛刺等缺陷存在。综合考虑以上各种方法的特点，我们采用锯切法下料，两端截头。3.3 锻造（1）锻造种类锻造包括自由锻、模锻等加工方法。自由锻：通常指手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻主要依靠人力，利用简单的工具对坯料进行锻打，从而改变坯料的形状和尺寸获得所需锻件。机器自由锻造，主要依靠专用的自由锻和专用工具对坯料进行锻打，改变坯料的形状和尺寸获得所需锻件。优点是：所用工具简单，通用性强，灵活性好，因此适合单件和小

19、批锻件，特别是特大型锻件的生产。为了减轻模锻设备的负担或充分利用现有模锻设备，简化锻模结构，有些模锻件的制坯工步也在自由锻设备上完成。但自由锻也有其缺点：锻件精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大等模锻：在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛， 并固定在锻造设备上，坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时，能得到和模膛形状相符的锻件。锻模的上下模块分别固紧在锤头和底座上。模锻件余量小，只需少量的机械加工。模锻生产率高，内部组织均匀，件与件之间的性能变化小，形状和尺寸主要是靠模具保证，受操作人员的影响小。模锻需要借助模具，加大了投资，因此不适合单件和小批量生产

20、。模锻还常需要配置自由锻或辊锻设备制坯，尤其是曲柄压力机和压力机上模锻。与自由锻相比，模锻有如下特点：锻件的尺寸和精度比较高，加工后的形状与尺寸接近于零件，使以后机械加工余量减小，材料利用率高，节省加工工时；可以锻造形状较复杂的锻件；锻件内部流线分布合理；操作方便，劳动强度低，生产率高。但由于受模锻设备吨位的限制，锻件质量不能太大，一般在150kg 以下，且锻模制造成本很高，不适合于单件小批量生产。模锻广泛应用于机械制造业和国防工业中，适合于中小型锻件的大批量生产。（2）模锻分类模锻按使用设备的不同，可分为锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻。1. 锤上模锻：使用的设备有蒸汽空气模锻锤、无跕底锤、高

21、速锤等。一般工厂企业中主要使用蒸汽空气模锻锤，其工作原理与蒸汽空气自由锻锤基本相同，但由于模锻受力大，要求设备的刚性好，导向精度高，以保证上下模对准。2. 胎模锻：是在自由锻设备上，使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。所用模具称为胎模，它结构简单，形式多种多样，但不固定在上下跕块上。一般选用自由锻方法制坯，然后在胎模中终锻成形。胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种工艺。3. 压力机上模锻 : 锤上模锻具有工艺适应性广的特点，在锻压生产中广泛应用。但是，模锻锤在工作中存在震动和噪声大、劳动条件差、蒸汽效率低、能源消耗多等难以克服的缺点。因此近年来大吨位模锻锤有逐步被压力机所取代的趋势。用于模锻

22、生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机和平锻机等。在此，我们采用摩擦压力机。摩擦压力机是靠飞轮、螺杆和滑块向下运动所积蓄的能量使坯料变形的，其模锻的特点：适应性好，行程和锻压力可自由调节，因此可实现轻打、重打，可在一个模镗内进行多次锻打。不仅能满足模锻各种主要成形工序的要求，还可以进行弯曲、热压、切飞边、冲连皮及精压、校正等工序。滑块运动行程速度低，锻击频率低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。适合于再结晶速度慢的低塑性合金钢和有色金属的模锻。摩擦压力机结构简单、造价低、使用维护方便，适用于中小型工厂的模锻生产。（3）热切边切边和冲连皮分为热切、热冲和冷切、冷冲两种方式。热切和热冲是与模锻工序

23、在同一火次内进行，即模锻后立刻进行切边和冲连皮。冷切和冷冲则是在锻模以后集中在常温下进行。热切、热冲时所需的冲切力比冷切、冷冲要小的多，约为后者的 20%；同时，锻件在热态下具有较好的塑性。切边和冲连皮时，切口不易产生裂纹，但生产效率低（因热切、热冲时利用锻件余热，须与模锻设备配额进行。通常模锻工时长，冲切工时短，故切边生产率受到模锻生产率的限制） 。冷切、冷冲的优点是劳动条件好，生产率高，冲切时锻件走样小，凸凹模的调整和修配比较方便；缺点是所需设备吨位大，锻件易产生裂纹。模锻件的冲切方式，应根据锻件的材料性质、形状尺寸以及工序间的配合等因素综合分析确定。通常，对于大、中型锻件，高碳钢、高合金

24、钢、镁合金锻件以及切边、冲连皮后还须进行热校正、热弯曲的锻件，应采用热切和热冲。含碳量低于 0.45%的碳钢和低合金钢的小锻件以及非铁合金锻件，可采用冷切和冷冲。制坯工序若采用热滚锻代替，滚锻制坯后接着模锻，变二火型为一火成型，可节约原材料及能源。锻造工序卡片如 表 3.1 所示3.4 预先热处理为消除锻造等热加工所造成的缺陷，为以后的最终热处理做好准备，锻造毛坯应进行预先热处理，这不仅对切削加工性能有极大影响，还可获得良好切削加工性能。预先热处理的目的主要是细化晶粒，使组织均匀化，提高齿坯的可切削性，消除锻造应力，减小齿轮渗碳淬火后因组织转变而产生的不规则变形，保证齿轮具有良好的接触面，降低

25、工作噪声，也可以降低材料自身的残余应力。一、预先热处理的类型预先热处理分为退火和正火。退火是钢的热处理工艺中应用最广、花样最多的一种工艺。它是将钢加热到适当的温度以后以适当的速度冷却、 ，以降低硬度、改善组织、提高加工性的一种热处理工艺。其三个基本点是：加热温度在 Ac1 以上；慢冷；得到珠光体类组织。正火是把钢加热至 Ac1 以上 3050，并保温一定时间， 然后置于空气中冷却至室温的一种热处理工艺。二、热处理的选择正火与退火后的组织状态存在以下差别：正火组织中的珠光体量比退火的多；正火组织中的珠光体分散度较退火的大；正火组织中的珠光体分散度沿着工件表面上有较大的不均匀性； 正火钢中存在一定

26、的内应力。由以上分析我们选择退火工艺。退火又分完全退火、球化退火、等温退火、扩散退火等。其中等温退火可以缩短退火时间，得到的组织更均匀，特别是对某些合金钢，生产中常用等温退火来代替完全退火或球化退火。而扩散退火加热温度过高，保温时间较长，扩散退火后组织严重过热，晶粒剧烈长大，因此必须再进行一次完全退火或正火来消除过热缺陷，工序过于复杂。故在此选用等温退火。三、热处理工序（1）等温退火它是将钢件加热至亚共析钢或共析、过共析钢，经保温后，再以较快速度冷却至珠光体转变温度区域， 即 600 700进行等温转变， 以获得珠光体类组织， 然后空冷的工艺方法。目的在于：改善或消除钢铁在锻压过程中所造成的各

27、种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂；软化工件，为切削加工及渗碳淬火做组织和性能准备。方法：首尾盘各放置一件样品，其余每十二盘放置一件样品；设备：高温炉；加热温度：区 860、区 940、区 940；保温时间： 234min；速冷 ( 空气鼓风 ) 至650，保温 234min。再空冷。（2）检验用 HB3000 硬度计，按指定部位磨掉脱碳层检验硬度。首尾检各三件，中检每十盘抽两件； 4 A 显微镜检查样品的金相组织及晶粒度。（3）抛丸：清除氧化皮；参数： 120 件，筒， 8min/ 次；设备： GN A 抛丸机。抛丸是利用高速旋转的叶轮把小钢丸或者小铁丸抛掷出去高速撞击零件表面， 故

28、可以除去零件表面的氧化层。同时钢丸或铁丸高速撞击零件表面，造成零件表面的晶格扭曲变形，是对零件表面进行清理的一种方法，抛丸常用于铸件表面的清理或者对零件表面进行强化处理。 一般抛丸用于规则形状等， 几个抛头上下左右一起， 效率高，污染小。喷丸或抛丸清理，在击落氧化皮的同时，使锻件表面层产生加工硬化，有利于提高零件的抗疲劳能力。但表面裂纹等缺陷可能被掩盖，因此，对于一些重要锻件应采用磁性探伤仪或荧光检验等方法来检验锻件的表面缺陷。（4）清磨：打磨折叠、裂纹等；设备：砂轮机。（5）完工检验：按锻件图执行。主动锥齿轮的热处理工序卡片如表 3.2 所示3.5 机械加工3.5.1 定位基准的选择定位基准

29、分为粗基准和精基准，在零件加工的第一道工序，只能用毛坯上尚未经加工的表面作为定位基准，这种定位基准称为粗基准。在以后的工序中则使用经过加工过的表面作为定位基准，称为精基准。轴类零件的定位基准，一般都选择两端中心孔。因为轴类零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面、花键表面的同轴度以及端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，如果用两端中心孔定位，就能符合基准重合的原则。而且，用中心孔作为定位基准，就能够最大限度的在一次安装中加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一的原则。所以，主动锥齿轮的机加工采用中心孔作为定位基准。下面简单介绍一下基准统一原则和基准重合原

30、则。基准统一原则：当零件需要多道工序加工时，应尽可能在大多数工序中选择同一组精基准定位。基准统一有利于保证工件各加工表面的位置精度，避免或减少因基准转换而带来的加工误差，同时可以简化夹具的设计与制造。基准重合原则：应尽量选择加工表面的设计基准作为定位基准，这一原则称为基准重合原则。用设计基准作为定位基准可以避免因基准不重合而产生的定位误差。3.5.2 机械加工工艺规程机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分。 是对机械产品中零件采用各种加工方法（例如：切削加工、磨削加工、电加工、超声加工、电子束及离子加工等）直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面粗糙度以及力学物理性能，使之成为合格品零件的全部劳

31、动过程。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。为了便于工艺规程的编制、执行和生产组织管理，需要把工艺过程划分为不同层次的单元。它们是工序、安装、工位、工步和走刀，其中工序是工艺过程中的基本单元。 零件的机械加工工艺过程由若干个工序组成。在一个工序中可能包含有一个或几个安装，每一个安装可能包含一个或几个工位，每一个工位可能包含一个或几个工步，每一个工步可能包括一个或几个走刀。（1）工序一个或一组工人， 在一个工作地或一台机床上对一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程称为工序。划分工序的依据是工作地点是否变化和工作

32、过程是否连续。例如，在车床上加工一批轴，既可以对每一根轴连续地进行粗加工和精加工，也可以先对整批轴进行粗加工，然后再依次对它们进行精加工。在第一种情形下，加工只包括一个工序；而在第二种情形下，由于加工过程的连续性中断，虽然加工是在同一台机床上进行的，但却成为两个工序。工序是制定时间定额，配备工人和机床设备，安排作业计划和进行质量检验的单元。工序可进一步分为安装、工位、工步和走刀。（2）安装安装是在工件经过一次装夹后完成的那一部分工序。有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的工作内容。例如，在车床上加工轴，先从一端加工出部分表面，然后调头再加工另一端，这时的工序内容就包括两个安装。（3

33、）工位为了完成一定的工序部分，一次装夹工件后，工件与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置，成为工位。一个工序可能只包含一个工位，也可能包含几个工位。（4）工步工步是指在加工表面（或装配时的连接表面） 、加工（或装配）工具不变的情况下，连接完成的那一部分工序。因此，工步是加工表面、切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量）等要素都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。变化其中的任一要素就成为另一工步。每一个工序可包括一个工步或几个工步。每一个工步通常包括一个工作行程，也可包括几个工作行程。为了提高生产率，用几把刀具同时加工几个加工表面的工步，称为复合工步，也可以看作

34、一个工步。（5）走刀切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，成为一次走刀。一个工步可包括一次或数次走刀。当需要切削去的金属层很厚，不能在一次走刀下切完，则需要分几次走刀，走刀次数又称行程次数。（6）工序卡工序卡是针对每道工序所编制的，用来具体指导工人进行操作的一种工艺文件。它通过工序简图详细说明该工序的加工内容、尺寸及公差、定位基准装夹方式、刀具的形状及其位置等，并注明切削用量工步及工时等。工序卡片多用于大批、大量生产的零件和成批生产中的重要零件，每个工序都要有工序卡片。这类工艺文件只要内容全面、书写清楚即可。3.5.3 机械加工流程主动锥齿轮机加工过程流程如下：粗车精车粗铣齿精铣齿 (

35、 凸) 精铣齿 ( 凹 ) 倒角铣花键钻十字孔主动锥齿轮的机加工工艺过程如 表 3.3 所示表 3.3 主动锥齿轮的机加工工艺过程Tab.3.3 Active bevel gear machining process零件主动锥齿轮山东交通学院机加工工艺过程卡片名称材料22CrMoH编号工序号工序名称基准及技术要求设备工夹具1粗车普通车床车夹具2精车端面和外圆；卧式数控车床车夹具锥面跳动 0.103 打编号Ms=10.3572； Z=174粗铣齿=22 30 ；中点螺旋角弧齿铣齿机铣夹具35；旋向：左Ms=10.3572； Z=285精铣凸面=22 30 ；中点螺旋角弧齿铣齿机铣夹具35；旋向：

36、左Ms=10.3572； Z=176精铣凹面=22 30 ；中点螺旋角弧齿铣齿机铣夹具35；旋向：左7倒角倒 1.5X45 磨棱机磨夹具8清洗清洗机9热前配对检查机10铣花键花键底径为 52.35 0.05铣夹具花键铣床Z=8；花键圆跳动 0.0511钻十字孔两个垂直孔，直径为5mm上钻夹具钻床偏差 0.12 ，下偏差为 012清洗清洗机转热处理处数更改文件号签字/ 日期标记3.5.4 齿轮加工（1）齿坯加工齿坯加工，在齿轮的整个加工过程中占有重要的位置，包括切齿前的各工种序，如车、铣、钻、攻丝等这样一类的加工。齿坯的内孔、端面或外圆常作为齿形加工、测量和装配的基准，其加工精度对整个齿轮的精度

37、有着重要的影响。另外，齿坯加工在齿轮加工总工时中占有较大的比例，因此齿坯加工在整个齿轮加工中占有重要的地位。齿轮在加工、检验和装夹时的径向基准面和轴向基准面应尽量一致。一般情况下，以齿轮孔和端面为齿形加工的基准面，所以齿坯精度中主要是对齿轮孔的尺寸精度和形状精度、孔和端面的位置精度有较高的要求；当外圆作为测量基准或定位、 找正基准时，对齿坯外圆也有较高的要求。齿坯加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构，技术要求和生产类型。齿坯加工的主要内容有：齿坯的孔、端面、顶尖孔（轴类齿轮）以及齿圈外圆和端面的加工。1. 粗车：是加工工艺中的粗加工工序 , 主要是将工件表面的多余材料切削，一般对产品尺寸 ,

38、粗糙度要求不高。 粗车的主要目的是尽量大刀阔斧地切削掉工件的加工余量。由于切削时切削抗力较大，表面的形位公差都较大，而且表面的光洁度（粗糙度）肯定不好，一般粗车加工精度可达 IT10 IT12 ，表面粗糙度 Ra 为 12.5 m 25m。粗车外圆表面也可以作为不重要零件或次要表面的最终加工。因粗车时加工余量较大，因此，产生较大的切削应力和切削热，对零件的变形影响很大。2. 精车：切削深度要小 , 走刀量也要小 . 精车完毕后 , 不但工件的直径几何尺寸要合格 , 而且对表面的粗糙度要求也较高 , 而且也要合格。 外圆表面的精车多作为表面加工的最终加工工序或光整加工工序的预加工，精车后的加工精

39、度为IT7 IT8 ，表面粗糙度Ra为 3.2 m 1.6 m。精车加工工序卡片如 表 3.4 所示。（2）齿形加工一、齿形加工方法按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。 齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。按其加工成形原理可分为成形法和展成法两种。1. 成形法：是用与被加工齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具加工齿轮的方法。常见的的方

40、法有： 用齿轮铣刀在铣床上铣齿、 用成形砂轮磨齿、 用齿轮拉刀拉齿等方法。这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出910 级精度的齿轮。此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。故主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。2. 展成法：是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所

41、以在生产中应用十分广泛。二、滚齿滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种方法，在这里我们简单介绍一下。滚齿方法不仅用于圆柱齿轮加工，还可用于加工蜗轮。加工的齿形除渐开线外，还可加工摆线、圆弧形及其他特殊齿形。 加工的尺寸范围从仪器仪表中的小模数齿轮直到化工、矿山机械中的大型齿轮。滚齿既可用于齿形的粗加工，也可用于精加工，滚齿加工的精度范围为 49 级。一般滚齿后可直接得到8、9 级精度的齿轮，当采用AA级以上的齿轮滚刀和高精度滚齿机时也可以加工出7 级以上精度的齿轮， 甚至加工出 4 级精度的齿轮。通常滚齿是作为剃齿或磨齿等齿形精加工前的粗加工和半精加工工序。 一般生产中多用高速钢滚刀，因此

42、滚齿多用于软齿面（未淬火）齿轮的加工，切削用量也较低，一般切削速度在 30mmin 左右，进给量取为 l 3mm r 。近年来超硬高速钢滚刀、硬质合金滚刀已相继投入使用，滚齿切削速度大大提高。在功率大刚度高的滚齿机上，切削速度已达 300mmin，滚齿生产效率可大幅度提高。此外，硬质合金滚刀的采用，为淬火后硬齿面齿轮的精加工或半精加工开辟了一条新路。 由于滚齿加工时的齿面是由滚刀刀齿的包络面形成，且参加切削的刀齿数目有限，因此滚齿齿面的表面质量较低。为提高加工精度和提高齿面质量，应将粗、精加工分为两个工序（或三步）进行。精滚时宜采用较高的切削速度和较小的进给量。粗滚后齿面上直留 05lmm的精

43、滚余量。三、铣削加工铣削是一种常见的金属冷加工方式，在铣床上利用铣刀的旋转作主运动，工件的移动作进给运动来切削工件的加工方法。铣削主要用于加工各种平面、各种沟槽、齿轮、齿条和成形面等。另外可进行分度、孔加工。此外，还可以用于回转体表面和内孔的铰削、镗削加工以及切断加工。由于铣削属于多刃切削，且可选用较大的切削速度，所以铣削效率较高。但由于各种原因易导致刀齿负荷不均匀，磨损不一致，从而引起机床的振动，造成切削不稳，直接影响工件的表面粗糙度。铣削加工精度一般可达到IT8 IT7 ，表面粗糙度Ra 值为6.3 1.6 m铣刀刀齿切入或切出时产生冲击，一方面使刀具的寿命下降，另一方面引起周期性的冲击和

44、振动。但由于刀齿间断切削，工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件好，有利于提高铣刀的耐用度。由于铣刀是多齿刀具，刀齿之间的空间有限，若切屑不能顺利排出或有足够的容屑槽，则会影响铣削质最或造成铣刀的破损，所以选择铣刀时要把容屑槽当作一个重要因素考虑。齿形加工阶段的加工工序卡片包括粗铣齿加工工序卡片如 表 3.5 、精铣凸面加工工序卡片如 表 3.6 、精铣凹面加工工序卡片如 表 3.7 。（3）齿端加工齿轮的齿端加工有倒角、倒尖、倒棱和去毛刺等。倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合状态，减少撞击现象。倒棱可去除齿端尖端和毛刺，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。用指状铣刀倒

45、圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动，加工一个齿端后沿径向退出，经分度后再送进加工下一个齿端。齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后，剃齿之前进行。倒角加工工序卡片如 表 3.8 所示。3.5.5 铣花键在单件小批量生产时，花键在卧式铣床上利用分度头来铣削，铣削前先用千分表找正。有两种铣削方法：（1）分两次铣出花键，即先铣侧面，然后再铣内径。常用三面刃铣刀来加工完成。（2）一次铣出花键，即侧面和内径一次铣出。在大批量生产时，采用花键滚刀在专用的花键铣床上加工。其加工原理是展成法加工，即用花键滚刀在卧式滚齿机或专用花键铣床上加工，相似于齿宽较宽，齿数较少的齿轮加工。精度不高

46、的花键可在铣床上用分度头在两顶尖中安装，用成形铣刀铣出。精度要求较高的花键须在专用的花键铣床上，用花键滚刀加工。若花键轴表面需经淬火处理，则需用花键磨床进行磨削。由于工件阶台长度较短，为了保证花键滚刀越出行程长度，同时便于夹紧和加工时承受转矩，加长尺寸应由花键滚刀直径来决定。铣花键加工工序卡片如 表 3.9 所示。3.5.6 钻十字孔在孔的加工过程中， 可根据孔的结构和技术要求的不同， 采用不同的刀具进行加工。钻孔是利用钻头在实体材料上加工内孔的工艺方法， 一般为定尺寸刀具。由于刀具简单，应用非常广泛，钻头直径一般为 0.5 50mm。钻孔多使用麻花钻，应用麻花钻最大钻孔直径为 80mm。因钻

47、头刚性较差，钻孔时钻头易引偏，影响孔的加工精度。一般不应在斜面上钻孔，为防止钻头引偏，加工孔端面应与孔中心线垂直。钻头刃磨时，应尽量使麻花钻的两主切削刃磨得对称，使两个主切削刃的径向力相互抵消，以防止钻头引偏及孔径扩大。钻孔多为粗加工，其加工精度为 IT11 IT12, 表面粗糙度 Ra12.5m6.3 m。钻十字孔加工工序卡片如表 3.10 所示。3.6 表面热处理为防止主动锥齿轮上的外螺纹在随后的表面热处理中硬度增加， 应先在此处涂上防渗涂料。对工件表面进行强化的金属热处理工艺。它不改变零件心部的组织和性能 。广泛用于既要求表层具有高的耐磨性、抗疲劳强度和较大的冲击载荷，又要求整体具有良好

48、的塑性和韧性的零件，如曲轴、凸轮轴、传动齿轮等。表面热处理分为表面淬火和化学热处理两大类。表面淬火：通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。为了达到只加热工件表层的目的，要求所用热源具有较高的能量密度。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火。化学热处理：将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖